研究人员开发新的低成本，双模成像技术，以促进早期疾病检测

诊断成像在医疗保健中是不可或缺的，因为它使临床医生能够检测和诊断各种医疗状况。然而，尽管成像技术取得了重大进展，但现有的单一成像技术往往无法解决所有诊断情况，这导致对多种成像类型的依赖增加，医疗保健费用增加。

为了应对这一挑战，伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校的研究人员开发了一种双模成像技术，不仅可以提供全面的诊断信息，还可以为医疗保健提供者提供经济有效的解决方案。

超声(US)成像是一种普遍和广泛应用的诊断工具在卫生保健。然而，它受到低图像质量的限制，通常必须与更高质量和更昂贵的成像方法(如MRI)配对。为了增强超声成像技术，电气与计算机工程助理教授陈云生和赵阳与欧洲电气工程学院研究生赵申生一起，将光声(PA)成像、超分辨率超声成像和稀疏约束优化方法集成在一起，创造了一种双模态、超分辨率医学成像技术。这项新研究，“混合光声和快速超分辨率超声成像”，最近发表在自然通讯．

Zhao强调，这种新的成像工具具有“更多的可访问性、便携性和成本效益”。这项技术比临床医学成像技术便宜得多，同时提供类似的功能。”

当病人的器官出现结构性变化时，传统的成像技术在识别疾病方面最为有效。不幸的是，当这些变化变得明显时，疾病往往已经进展到晚期。为了解决这一缺陷，研究人员旨在开发一种更全面的成像技术，能够检测额外的生理和生化异常，如血流和组织氧合的变化。通过结合两种新兴的基于超声波的成像方法，该团队希望促进早期疾病检测，潜在地改善患者的预后。

光声成像是一种利用激光脉冲的技术，它被人体组织吸收，产生超声信号，产生图像。有趣的是，每个组织在与光相互作用后都表现出独特的特征，从而可以识别组织的结构和内容。PA成像可以可视化体内的生理生化过程，如血氧含量、组织组成、炎症和显像剂的分布(功能信息)。尽管PA成像具有优势，但它也有其局限性——其分辨率受到限制，无法分辨微血管等精细结构，而微血管是包括癌症和肾脏疾病在内的各种疾病的关键靶点。

超分辨率超声成像采用微泡作为造影剂，在血液中流动，产生非常强的超声信号。先进的信号处理用于消除超声组织背景信号，仅聚焦于血流中单个显像剂的信号。该技术可以实现高分辨率，使其成为微血管成像和测量相应血流的理想选择。由于超分辨率超声和光声成像可以共用一个超声成像系统，因此它们非常适合发展双模成像。

将超分辨率美国成像与PA成像结合起来听起来很简单，但每种技术都有自己的硬件要求和采集速度。不同的采集速度尤为重要，因为患者的自然运动，如呼吸和心跳，会导致成像信息随着时间的推移而发生变化。

将稀疏约束优化应用于信号处理，使两种成像技术的速度保持一致，从而实现对成像区域的平滑扫描。这种方法使他们能够将合成数据的超分辨率超声成像帧率提高37倍，将体内数据的帧率提高28倍。匹配的成像速度可以实现两种成像类型的交错记录，从而成功地共同登记化学成分，血液流动，以及结构。

研究小组在两个关键的体内场景中展示了他们的突破性技术淋巴结和肾脏。淋巴结是癌症最先转移的地方之一，医生会检查患者的淋巴结，以确定是否需要进行淋巴结切除术。在这个过程中，了解淋巴结的位置和观察癌细胞周围复杂的脉管系统是很重要的。以目前的技术，要么可以看到脉管系统，要么可以定位淋巴结，但不能两者都看到。这项新技术表明它可以提供淋巴结位置和脉管系统的信息。

肾脏是另一个值得关注的重要领域，因为大约15%的美国人会患上肾脏疾病，而40%的慢性肾脏疾病患者直到2008年才意识到自己的病情诊断成像执行。肾脏的血管和氧合在慢性肾脏病的发展中起着至关重要的作用肾脏疾病．然而，就像淋巴结的情况一样，目前的成像方式不能充分捕获结构和功能信息。双重成像模式不仅可以识别肾脏独特的脉管系统，还可以识别肾脏组织的功能。

Chen强调，“这种成像的主要好处是它可以提供多维信息。我们可以添加不同的成像层。一层可以是结构性的，另一层可以是功能性的。”在未来，他们的目标是结合另一层——分子信息——来观察大多数疾病发生的分子甚至基因水平的变化。

该团队以及校园内的其他合作者对这种新型成像方法的潜在应用充满热情。他们对用这种方法研究神经退行性脑疾病很感兴趣。考虑到氧气供应在脑功能中的关键作用，这种成像技术可以为向大脑输送氧气的血管系统成像提供有力的工具。