浙大开发高速双模成像系统，12秒完成全乳腺扫描，特异性提升3倍

近期，浙江大学林励研究员团队开发了一种高速双模成像系统（HDMI，high-speed dual-modal imaging system），通过将光声和超声层析成像结合，能够提供整个乳腺横截面的大画幅双模态实时图像。

该系统在成像速度和深度方面表现优异，可提供 10 帧/秒的双模态实时成像，并在 12 秒内完成全乳腺扫描。在不使用电离辐射和造影剂的条件下，两种成像模态的穿透深度均可达 5 厘米，以覆盖不同尺寸的乳腺（向胸腔方向无痛挤压后）。

除了技术的进步，该系统还验证了其临床统计学意义。研究团队开展了一项涉及 170 名患者和 186 个乳腺肿瘤的临床测试，并基于测量的双模态影像信息，建立了一种机器学习诊断模型。相较于传统临床超声检查，HDMI 将诊断特异性从 22.5% 提高至 75%，并保持了 97.7% 的诊断敏感性。

该技术不仅可用于乳腺肿瘤的早期诊断和疗效监测、评估，未来还有望拓展应用于颈动脉斑块、关节炎、皮肤成像等领域。

图丨项目团队（来源：林励）

林励的研究方向是生物医学成像设备开发与前沿应用。这项研究是他在回国后，基于其在美国加州理工学院博士和博后工作的发展和迭代。

HDMI 是林励主导研发的第三款光声层析成像设备。据介绍，第一款设备是国际上首台能够清晰成像乳腺肿瘤的光声设备，但其在系统可靠性等方面仍有一定限制；第二款设备追求三维成像效能和科研通用性。2022 年 4 月，林励回国加入浙江大学后总结经验和得失，开始致力于发展新一代设备。

“当时我不仅想在性能方面有所提升，更是致力于让这款成像平台能够解决相关的临床问题，或在领域内建立相关的技术规范。”林励告诉 DeepTech。

图丨HDMI 系统展示（工程样机原型）（来源：Science Advances）

光声成像设备的核心构成包含了脉冲激光器和超声信号接收模块，在此基础上增加了超声信号发射模块和切换开关，即可将光声成像和超声成像有机融合在一起。

比如，在做光声成像时，每秒可以达到 10-20 帧的成像帧率，每帧之间有几十毫秒的时间间隔。在此时间间隔即可完成一帧超声成像，相当于是光声和超声成像交替进行。但由于时间间隔很短，对于用户来说，光声和超声的图像就像是在同一个位置实时显示的。

图丨乳腺肿瘤患者的 HDMI 图例（来源：Science Advances）

在成像信息层面，超声成像主要反映组织的声学反射特性，而光声成像主要提供组织的光学吸收信息。光声成像和超声结合提供了乳腺组织的结构和血供信息，尤其是能够精准揭示病灶及其周边的生理环境。林励解释说道，这就相当于超声图像看“发型和脸型”，光声图像则用来看“眼睛和鼻子”。

乳腺癌是全球女性癌症相关死亡的重要原因，其早期精准诊断对于优化诊治效能意义重大。需要了解的是，乳腺 X 线摄影（钼靶）对东亚女性，尤其是年轻女性的致密性乳腺并不适宜，图像对比度差、灵敏度低。

“我们的技术对致密性乳腺同样友好，不会过度挤压乳腺，且没有电离辐射，所以从这方面来看对东亚女性更为友好。”林励表示。

相较于核磁，该技术的主要优势在于避免了注射造影剂，且扫描速度大幅提升。核磁使用的造影剂通常含有重金属，频繁使用存在一定的风险。在速度优势方面，做乳腺核磁一般需要几十分钟，而该技术只需要 12 秒。因此，光声/超声双模态成像非常适宜于病灶的疗效监测与评估。

林励指出，“希望这项研究对光声成像领域，或对关注光声成像的科研工作者而言，可以注入一针小小的振奋剂。这款成像平台在成像质量、速度、深度以及可靠性等方面，都具备相对均衡的优势体现。”

需要看到的是，该技术若想转化为受欢迎的临床产品仍面临一些挑战，例如需要建立专家共识、诊疗规范和行业标准等。据了解，研究团队已成立技术转化实体——利影科技，不仅推出了高速多通道开放式超声科研平台，还服务了众多用户。

相关论文以《用于乳腺肿瘤早期精准诊断的高速光声和超声层析成像》（High-speed photoacoustic and ultrasonic computed tomography of the breast tumor for early diagnosis with enhanced accuracy）为题发表在 Science Advances[1]。

图丨相关论文（来源：Science Advances）

参考资料：

1.DOI:10.1126/sciadv.adz2046

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