為生物醫(yī)學(xué)組織診斷設(shè)計(jì)的光聲傳感儀器

印度理工學(xué)院（Indian Institutes of Technology）開(kāi)發(fā)出用于生物醫(yī)學(xué)組織診斷的光聲傳感儀器。

在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，對(duì)準(zhǔn)確、高效的診斷工具的追求不斷發(fā)展。光聲（Photoacoustic，PA）傳感就是其中一項(xiàng)頗具前景的創(chuàng)新技術(shù)。

目前，光聲傳感已成為一種可行的成像方式，在許多臨床應(yīng)用中得到證明，具有良好的結(jié)果。與傳統(tǒng)方法不同，光聲傳感提供了一種非侵入性的方法來(lái)探測(cè)生物組織，但該技術(shù)在廣泛的臨床應(yīng)用中仍然受到一些限制，部分原因是激光源體積大且昂貴。

在《生物醫(yī)學(xué)光學(xué)雜志（Journal of Biomedical Optics）》最近發(fā)表的一項(xiàng)研究中，印度理工學(xué)院印多爾校區(qū)的研究人員公布了一項(xiàng)重大進(jìn)展：開(kāi)發(fā)出一種專為生物醫(yī)學(xué)組織診斷而設(shè)計(jì)的緊湊且經(jīng)濟(jì)高效的光聲傳感儀器。這項(xiàng)概念驗(yàn)證研究采用低成本二極管激光器。它代表著彌合實(shí)驗(yàn)室研究和臨床應(yīng)用之間差距的關(guān)鍵一步。

基于低成本激光二極管的光聲傳感儀器原型

光聲傳感用于乳腺組織診斷

該研究著眼于乳腺組織的診斷，深入研究了纖維囊性變化的復(fù)雜性——這種情況經(jīng)常被迫在眉睫的乳腺癌幽靈所掩蓋。纖維囊性病變可表現(xiàn)為乳房疼痛和可觸及的囊性腫塊，給臨床醫(yī)生帶來(lái)診斷挑戰(zhàn)。此外，這些變化經(jīng)常出現(xiàn)在腫瘤周圍乳腺實(shí)質(zhì)中，使診斷情況進(jìn)一步復(fù)雜化。

目前的診斷方式，例如超聲波和乳房X光檢查術(shù)，雖然普遍采用，但往往無(wú)法提供精確診斷所需的準(zhǔn)確性和洞察力。細(xì)針抽吸細(xì)胞學(xué)雖然是診斷程序的主要內(nèi)容，但受到采樣問(wèn)題的阻礙，需要進(jìn)一步的侵入性方法，例如空心針活檢或手術(shù)干預(yù)。

該光聲傳感方法利用激光二極管發(fā)射激光照射生物組織，通過(guò)超聲傳感器接收生物組織產(chǎn)生的聲波來(lái)揭示組織成分和密度的寶貴見(jiàn)解。通過(guò)分析光聲傳感信號(hào)的頻譜，研究人員能夠辨別正常和患病乳腺組織之間的不同模式。

此次新開(kāi)發(fā)的儀器在一個(gè)緊湊的外殼內(nèi)集成了多個(gè)激光二極管，以及一個(gè)定制的脈沖電流供應(yīng)單元。此設(shè)置可確保有效的光聲傳感激勵(lì)，以20kHz的頻率生成精確的25ns脈沖。隨后的數(shù)據(jù)分析涉及計(jì)算頻譜以定量評(píng)估組織特性。

結(jié)果揭示了不同組織類型對(duì)應(yīng)的不同光譜模式。例如，纖維囊性乳腺疾病表現(xiàn)出1.60MHz左右的主頻率峰值，表明由于腺體和基質(zhì)成分增加而導(dǎo)致組織密度增加。相比之下，正常乳腺組織的峰值頻率較低，大約為0.26MHz，反映了其纖維脂肪成分。

此外，組織病理學(xué)檢查驗(yàn)證了這些發(fā)現(xiàn)，證實(shí)了光譜響應(yīng)和組織特征之間的相關(guān)性。值得注意的是，實(shí)驗(yàn)裝置根據(jù)峰值頻率、平均頻率和光譜能量等定量光譜參數(shù)成功區(qū)分了各種組織類型。

該研究強(qiáng)調(diào)了光聲傳感技術(shù)的潛力——不僅可以提高診斷準(zhǔn)確性，還可以簡(jiǎn)化病理性乳腺組織的采樣過(guò)程。緊湊型光聲傳感儀器能夠提供快速、詳細(xì)的組織表征，有望徹底改變臨床實(shí)踐。

審核編輯：黃飛