长焦区光声扫描成像无损诊断前列腺肿瘤新方法

发展申请人提出的长焦区光声扫描成像方法，应用于前列腺肿瘤的无损检测。拟将波长可调谐的脉冲激光由光纤经尿道照射前列腺组织，由置于直肠内的长焦区聚焦超声换能器以绕轴扇形扫描与沿轴平移扫描采集光声信号，得到对比度超过其它方法的光声光谱功能成像，获取亚毫米的空间分辨率以及20到50毫米的探测深度的病理信息，为临床估计手术以及综合治疗提供依据。创新点包括：前列腺光学模型的构造及脉冲光经尿道在前列腺组织中的分布特性；光声光谱信号传输过程机制；含解卷积技术的扇形扫描的图像重建；光声光谱与病理相关图像的解读等。预期将发展新的光声成像原理与技术，实现前列腺肿瘤等疾患的无损检测以及治疗过程监测，探索前列腺肿瘤光声成像的表现特点及癌肿外侵与转移规律，还可将技术转移到膀胱、妇科宫腔、胃等肿瘤的无损诊断，推动无损光诊断医学的发展。

前列腺癌是老年男性的常见病。前列腺癌发病率居欧美国家男性恶性肿瘤排行中第一。在中国，其发病率也呈逐年快速上升的趋势。前列腺肿瘤位置隐蔽，早期可无任何症状。活检是诊断的金标准。但是，单次穿刺的检出率只有60%-70%，在可疑不能排除的情况下，需要进行多次穿刺，但是多次穿刺会引起并发症，甚至是癌症的转移。为了解决此难题，开发了一种无损检测的新型光声成像系统。.本项目围绕新型光声成像系统，主要开展了以下五个方面的研究内容:1)三维前列腺的光学模型近似看成由两部分组成，其中，底面是半椭球，长轴4cm，短轴2cm，高为3mm；另一部分是抛物体，整个物体的高度为3cm。2）将三维前列腺及肿瘤组织的光学模型与蒙特卡洛的光传输模拟方法相结合，研究了脉冲光经尿道在前列及癌组织中分布特征，表明：经尿道辐照的柱状弥散形的光源适用于前列腺光声扫描成像。3)由于光能量衰减与超声信号衰减所引起的信号减弱，采用多频信号补偿因子与连续小波分解技术相结合的补偿方式，实现了多种频率成份的特异补偿，提高光声图像质量。4) 脉冲激光通过光纤经尿道进入前列腺部位进行照射，光声信号由置于直肠内超声换能器接收，实现无损检测的新型光声扫描成像系统，其纵向分辨率分别为2.21±0.03mm和0.390±0.018 mm，成像深度～3cm。5)发展了基于相衬显微技术的提取光学散射特性的方法和长焦区光声光谱方法，分别提取与光学散射和吸收特性以及光声光谱特征，刻画正常和肿瘤组织。.所开发的技术还可移植到膀胱、妇科宫腔、胃等肿瘤的无损诊断。例如：根据此项目的研究结果，已申报2016年科技部国家重点研发计划专项第一批_数字诊疗装备项目“无损胃肿瘤光声新型成像前沿技术及实现”，开发一种胃内腔脉冲光致超声并经腹外超声扫描的光声成像无损胃肿瘤检测原理及技术，可以得到对肿瘤特异性强的胃壁及周边组织的3D功能光声成像图，从而探索胃肿瘤光声成像的表现特点及癌肿外侵与转移规律，为临床精确估计胃癌手术治疗提供依据。这些功能是迄今任何一项其它影像学检查所无法替代的，有望实现早期胃癌的无损和精确检测，促进开发具有自主知识产权的数字诊疗装备。