光聲造影(photoacoustic imaging)-利用超音波與雷射進行醫學影像檢查


台大皮膚科/台大生醫電子與資訊學研究所  王修含 醫師


    光聲造影(photoacoustic imaging/ optoacoustic imaging)是利用光聲光聲超音波探頭,對軟組織進行掃描造影。因此可同時取得超音波與光聲信號,並將兩者的影像重疊。超音波影像一般以灰階顯示,而光聲影像則以假彩色(pseudo-color)表達。此種多重造影方法(multi-modality imaging method),可在光熱治療前,以超音波將腫瘤的解剖位置清楚地標示,提供良好的治療規劃。配合金奈米粒子,將腫瘤部位明確地與其它的軟組織區別,有助於確認金奈米粒子的分布狀況,可提昇雷射光熱治療的安全性。


    與光聲影像相關的斷層掃描技術,可根據使用的能量不同,分為「光聲斷層掃描」(optoacoustic tomography,OAT),著重於以「光」、「雷射」產生的光聲信號,與「熱聲斷層掃描」(thermoacoustic tomography,TAT),係以無線電射頻或微波所產生的光聲信號。光聲影像結合光學或射頻之電磁能量與聲學之性質,可適用於具有非均質性光學或射頻吸收性,但聲學性質較均勻的生物組織造影;超音波則主要運用在聲學異質性高(acoustic heterogeneity)的組織造影,因此,光聲影像比超音波較能容忍組織的音波速度差異(sound speed variation)。此外,光聲影像不會有「斑點效應」(speckle effect),但傳統的超音波則會有斑點雜訊(speckle artifacts)。光聲影像之信號來自光學吸收度,所以可直接反應組織特性,擁有高對比的優點,而且使用雷射或無線電射頻,與X光等游離輻射造影方式相比,較無健康疑慮,而且聲波之散射與衰減優於光波,可維持較深層組織的解析度。結合雷射等電磁能量與超音波系統之光聲造影系統架構圖如圖所示。



圖1. 結合雷射等電磁能量與超音波系統之光聲造影系統架構圖



圖2. 光聲溫度量測之活體實驗,用於監測雷射誘導光熱治療的過程,並將光熱治療過程的超音波影像(以灰階顯示)與光聲影像(以紅黃色假彩表示)疊合如圖示。


    光聲影像具有電磁能量(光學)與聲學之優點,但同時也有來自這兩方面的限制。例如硬質構造會造成強烈的超音波傳遞偏差,故不適用於堅硬組織,無法穿透頭蓋骨,所以不易進行大腦斷層造影;此外,光聲影像也需與組織接觸,以利聲學匹配(acoustic coupling);光學特性也造成較強的散射(scattering),使得光聲信號的動態範圍(dynamic range)相當寬廣,所以不易對深層的微小腫瘤造影。


參考文章:


1. Wang SH, Wei CW, Jee SH, Li PC, “Photoacoustic temperature measurements for monitoring of thermal therapy”, Photons Plus Ultrasound: Imaging and Sensing, 71771S (2009). [DOI: 10.1117/12.809973] http://adsabs.harvard.edu/abs/2009SPIE.7177E..55W


2.「光聲效應(photoacoustic/ optoacoustic effect)及其在生物醫學上的應用」http://tw.myblog.yahoo.com/skindr-wang/article?mid=82


3. http://en.wikipedia.org/wiki/Photoacoustic_imaging_in_biomedicine

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皮膚科 王修含醫生

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