经食道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

Based on the optical properties of gastric tissues and the optothermal response to the red and infrared pulsed lights, the photoacoustic imaging system will be improved to be employed to have gastric tumors mapped in vivo. The experimental scheme employs a fiber which passes through the esophagus and into stomach in order to carry a pulsed light. The pulsed light excites gastric photoacoustic signals which can be collected by transabdominal external scanning with a focal transducer. The photoacoustic signals can be processed to transform a 3D imaging due to the irradiation by a tunable pulsed laser and the plain scanning by the transducer. In general it is quite promising for gastric neoplasm specific detection early according to the new photoacoustic imaging technology. Also it is possible for precise gastrectomy and monitoring treatment in clinic in near future. The innovations include (1) the photoacoustic imaging matched by gastric anatomy; (2) the transabdominal external scanning by transducer and pulsed light irradiated in gastric cavity; and (3) pathological knowledge related to gastric photoacoustic spectroscopy, etc.

在充分掌握胃及周边组织光学特性以及这些组织对红光至近红外波段光热响应的基础上，改进申请人所提出的长焦扫描光声软组织成像方法与装置，使之适用于胃肿瘤的无损功能成像检测。将首次提出这样的方案：波长可调谐的脉冲激光通过光纤经食道（可借助胃镜活检口通道）抵达胃腔内激励胃壁组织而在胃壁组织内产生光声信号，而光声信号经腹壁组织层传输后则由体外腹部的聚焦超声换能器所采集，合成焦区径向时间分辨光声信号和结合平移（或扇形小角度转动）扫描的光声信号，可以得到对肿瘤特异性强的胃组织的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，为临床正确估计胃癌手术切除治疗提供客观依据。创新之处主要有：（1）针对胃解剖结构的纵扫描和平面扫描结合的三维光声成像原理；（2）脉冲激光经食道由光纤引导照明激励超声与经腹部外超声检测技术方法；（3）包含光声光谱信息在内的光声功能成像与胃组织病理相关性知识。

胃癌是指发生于胃粘膜的恶性肿瘤，为消化道常见的癌症。术前有效判断早期胃癌分化和浸润深度及病灶的边界是决定内镜下能否完整和彻底切除病灶，实现治愈性治疗的关键。对进展期胃癌，术前必需明确肿瘤的浸润深度和周围脏器的关系及淋巴结转移情况。因此，本课题在聚焦光声成像物理层面的原理与技术研究的基础上，发展了自主创新的人体胃腔内光激发与体外腹部接收超声的胃肿瘤光声成像技术，包括（1）构建了适用于胃癌的光声成像系统方案；（2）分别比较各波长各形制光源的辐照效率，研究了光声光谱信号传输过程机制及信噪比控制，在实现了脉冲光的传输优化的同时，提升了提高了光声图像信噪比和分辨率；（3）研究了胃腺癌光学吸收系数测量及肿瘤光声信号分布函数；构造了胃及其恶性肿瘤的光学参数的实体仿真模型，其中使用了使用猪血块作为肿瘤的模拟样品，进行了成像系统性能测试；其纵向分辨率为~0.5毫米和横向分辨率为~2毫米空间分辨尺度（可通过解卷积技术进一步改善至亚毫米级），以及探测深度范围为厘米级，而且对比度超过其它非光学方法。此技术能够有效地显示胃肿瘤的形态、大小以及浸润深度，揭示了光声成像系统对胃癌的无损检测潜力，目前现在积极推进临床前实验研究工作。此后将继续完善光声扫描成像系统，并按原计划开展与合作单位福建省立医院伦理委员会批准的受试者自愿参加的系统性能测试，以探索临床胃肿瘤光声成像的表现特点及癌肿分期规律。