一种新研发的成像技术将超声与光声技术相结合，可三维捕捉组织结构及血管功能。
加州理工学院与南加州大学的研究人员融合两种强大的成像技术，开创出一种全新方式，能以前所未有的速度与精细度透视人体内部。该技术可生成三维全彩图像，不仅能呈现软组织形态，还能实时展现血管功能状态。在早期演示中，研究人员成功对人体多个不同部位进行成像，凸显了这一方法的广泛适用性。
这种复合成像方法可显著提升医生对疾病的检测与研究能力。其潜在应用领域包括：实现更精准的乳腺肿瘤成像、开辟追踪糖尿病所致神经损伤的新途径，以及开发可同步观测脑部结构与血流动态的先进工具。该研究成果为开发兼具信息丰富性与可重复性的医学影像技术指明了方向。
研究人员在发表于《自然·生物医学工程》的一篇论文中介绍了这项新技术。
医学影像技术往往需在成像速度、成本及可捕捉的信息类型之间做出权衡。超声成像作为应用最为广泛的技术手段之一，具有成像迅速、费用低廉的优势，尤其适用于观察组织结构。然而该技术通常仅能提供二维影像，难以实现大范围成像，且无法清晰呈现血液化学成分或血流动力学等细节信息。
光声成像技术填补了部分空白，却又带来了新的问题。该技术通过将激光射入体内，由血管中的分子吸收。吸收过程会产生声波，这些声波可被探测并转化为图像。由于不同分子吸收光的方式各异，光声成像能够以光学色彩呈现血管，从而直观展示血液在动脉和静脉中的流动情况。然而，仅凭这一技术无法提供足够的结构细节，难以完整描绘周围组织的全貌。
其他先进的成像工具，如计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI），虽能提供详尽的解剖学图像，但也存在显著弊端。这些方法成本高昂，可能需要使用造影剂，有时还会涉及电离辐射暴露，或因耗时过长而难以用于频繁监测或床边即时检查。
超声与光声联合技术
为突破这些局限，研究人员研发出RUS-PAT（旋转超声断层扫描技术，RUST，与光声断层扫描技术，PAT，相结合）。二十多年前，加州理工学院医学工程与电气工程布伦讲席教授、安德鲁与佩吉·程医学工程领导力主席李弘（Lihong Wang）率先开发了光声断层扫描技术（PAT）。
在光声断层扫描技术（PAT）中，吸收光线的分子会因短激光脉冲的刺激而产生振动，进而生成声学信号。随后，这些信号可被探测并处理，最终形成细节丰富、分辨率极高的图像。
身为加州理工学院医学工程执行官的王教授表示，其团队当前研究的目标是将光声成像（PAT）技术的优势与超声波技术相结合。他说道：“但这绝非简单的叠加，我们需要找到一种最优方式，将这两种技术融为一体。”
超声成像通常需借助众多换能器来发射并接收超声波，若将这一过程直接与光声成像技术（PAT）结合，其复杂性与高昂成本将使其难以广泛普及。与此同时，光声成像技术仅需探测超声波，这一特点启发了王教授。“我思索道，‘且慢，我们能否仅模仿光声断层扫描中光激发超声波的原理，但改用超声波来实现呢？’”光声成像技术能让激光在组织内扩散，最终激发出可测量的超声波。王教授认为，同理，他们可利用单一宽场超声换能器，将超声波广泛播散至组织内部。
随后，他们可利用相同的探测器对两种模式产生的波进行测量。在新系统中，少量弧形探测器围绕中心点旋转，使其能够像完整的半球形探测器一样工作，但复杂度和成本却大幅降低。
已展现的临床潜力
论文作者之一、加州理工学院生物学与生物工程学客座副教授查尔斯·Y·刘博士表示：“声学与光声技术的创新结合，有效解决了当前临床实践中广泛应用的医学成像技术的诸多关键局限。尤为重要的是，该研究已在多种情境下验证了人体应用的可行性。”查尔斯·Y·刘博士同时担任南加州大学凯克医学院教授、南加州大学神经修复中心主任，以及兰乔洛斯阿米戈斯国家康复中心神经外科主任。
RUS-PAT技术有望应用于身体任何可接受光照的区域，尤其适用于那些临床医生或研究人员能从形态与色彩相关功能的协同成像中获益的场景。例如，该技术可优化乳腺肿瘤成像，使医生能够精准掌握肿瘤的位置、周围环境及其病理生理特征。此外，它还能通过形态与供氧状况的一体化监测，助力医生追踪糖尿病神经病变引发的神经损伤。王教授表示，这项技术在脑成像领域同样具有应用潜力，可让科学家在观测大脑结构细节的同时，同步追踪其血液动力学变化。
目前，该系统可扫描深度约达4厘米。此外，还可通过内窥镜输送光线，这或许能让这项新技术触及更深层的组织。RUS-PAT扫描可在不到一分钟的时间内完成。
当前这套装置包含一个扫描系统，该系统配备有超声换能器和激光器，且均安置于床体下方。该装置已在人类志愿者和患者身上进行了演示验证，目前正处于转化开发的早期阶段。
参考文献：杨章、那帅、乔纳森·J·鲁辛（Jonathan J. Russin）、卡尔蒂基亚·萨斯特里（Karteekeya Sastry）、李林、郑俊夫、罗一林、童欣、安玉金、胡鹏、康斯坦丁·马斯洛夫（Konstantin Maslov）、谭泽伟（Tze-Woei Tan）、查尔斯·Y·刘（Charles Y. Liu）和王立宏（Lihong V. Wang）所著《人体旋转超声与光声断层扫描》，发表于2026年1月16日《自然·生物医学工程》期刊。DOI：10.1038/s41551-025-01603-5
该研究获得了美国国立卫生研究院的资助。
