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用于脑功能研究的生物光子学技术研究进展

电子科技大学学报 2023年第2期52卷 296-305页

作者：苏黎李天明电子科技大学电子科学与工程学院成都610054

脑成像技术是生物医学工程学研究的热点。现有传统脑成像手段,如X射线成像(X-ray)、磁共振成像(MRI)等已发展成熟,广泛应用于科学研究和临床诊疗。然而这些成像技术大多具有侵入性、设备体积庞大、成像成本高昂等局限性,且难以适用于特... 详细信息

脑成像技术是生物医学工程学研究的热点。现有传统脑成像手段,如X射线成像(X-ray)、磁共振成像(MRI)等已发展成熟,广泛应用于科学研究和临床诊疗。然而这些成像技术大多具有侵入性、设备体积庞大、成像成本高昂等局限性,且难以适用于特殊人群,如新生儿。该文介绍了几种可用于脑成像的微观光学分子成像模态,这些方法大多无创、成本较低且性能优异,具有广阔的发展前景。在给出了它们的成像原理、系统组成以及关键技术后,总结了已有的研究成果和现阶段研究进展。最后,通过列举和比较这几种成像模态的优缺点讨论了脑成像技术未来的发展方向。

关键词：扩散光学层析成像脑功能成像近红外光谱技术光学分子成像光声成像微波热声成像

光声成像技术在生物医学中的研究进展（特邀）

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光子学报 2023年第3期 81-99页

作者：申晓雯武红鹏董磊山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室

随着光声光谱的不断发展，以光声效应为基础所兴起的非侵入式光声成像技术正逐步成为生物医学的研究热点。该技术除具有光学成像优点外，还拥有声学深度传播优势，能够突破光学衍射极限、散射极限，获得高成像分辨率。本文介绍了光声成... 详细信息

随着光声光谱的不断发展，以光声效应为基础所兴起的非侵入式光声成像技术正逐步成为生物医学的研究热点。该技术除具有光学成像优点外，还拥有声学深度传播优势，能够突破光学衍射极限、散射极限，获得高成像分辨率。本文介绍了光声成像的原理机制，对目前三种典型光声成像技术：光声断层成像技术、光声显微镜技术和光声内窥镜技术分别进行了介绍，总结对比了这三种成像技术的优势，同时总结了近十几年随着光声技术的不断发展，为提高其成像分辨率的各类方法，最后展望了三种技术的未来发展趋势。

关键词：光声光谱生物医学光声成像结构成像

纳米药物的构型调控用于自噬增强铁死亡和肿瘤免疫治疗

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Science Bulletin 2023年第1期68卷 77-94页

作者：胡睿智戴晨代新月董彩虹黄慧宋新然冯炜丁利陈雨张波 Department of Ultrasound Shanghai East HospitalTongji UniversityShanghai 200120China Materdicine Lab School of Life SciencesShanghai UniversityShanghai 200444China Department of Medical Ultrasound Shanghai Tenth People's HospitalUltrasound Research and Education InstituteShanghai Engineering Research Center of Ultrasound Diagnosis and TreatmentTongji University Cancer CenterSchool of MedicineTongji UniversityShanghai 200072China Department of Ultrasound Zhongshan HospitalFudan UniversityShanghai 200032China

设计合成了一种四足针尖状铁钯纳米颗粒(简称TFPs),分别通过诱导乳腺癌细胞自噬和巨噬细胞释放促炎因子,实现在光声成像引导下的乳腺肿瘤细胞铁死亡协同免疫治疗.首先,该新型TFPs具有优异的光学吸收和较高的光热转换效率,是良好的光声... 详细信息

设计合成了一种四足针尖状铁钯纳米颗粒(简称TFPs),分别通过诱导乳腺癌细胞自噬和巨噬细胞释放促炎因子,实现在光声成像引导下的乳腺肿瘤细胞铁死亡协同免疫治疗.首先,该新型TFPs具有优异的光学吸收和较高的光热转换效率,是良好的光声成像造影剂.其次,TFPs具有过氧化物酶/谷胱甘肽氧化酶模拟酶性能,能原位催化肿瘤区过表达过氧化氢,产生羟基自由基,并同时下调胞内谷胱甘肽水平,协同诱导细胞铁死亡.此外,其独特的针状形态可以进一步触发肿瘤细胞自噬,加快铁蛋白降解,释放铁离子,进而增效铁死亡;同时,特殊的尖状结构能触发巨噬细胞释放促炎细胞因子,增效放大免疫效应,在与PD-L1检查点抑制剂联合使用后,取得最强的抗肿瘤效果.这项工作不仅开发了一种高效的铁死亡诱导剂,也为在纳米尺度调控肿瘤细胞自噬/免疫功能提供了一种全新的策略.

关键词：肿瘤免疫治疗谷胱甘肽氧化酶细胞自噬光声成像巨噬细胞纳米药物造影剂模拟酶

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光声骨检测研究进展

科学通报 2023年第26期68卷 3437-3454页

作者：封婷解维娅徐文逸高雅刘腾他得安钱梦騄程茜同济大学物理科学与工程学院声学研究所上海200092 复旦大学工程与应用技术研究院上海200433 复旦大学信息科学与工程学院上海200433 南京理工大学电子工程与光电技术学院南京210094

光声成像及检测技术兼具生物组织对光的选择吸收特性及超声波的穿透深度优势,可提供生物组织的宏观生理结构和微观分子层面的影像信息,在医学检测中有着巨大的应用潜力.其中,光声骨成像及检测技术是光声成像临床应用领域的重要分支.然而... 详细信息

光声成像及检测技术兼具生物组织对光的选择吸收特性及超声波的穿透深度优势,可提供生物组织的宏观生理结构和微观分子层面的影像信息,在医学检测中有着巨大的应用潜力.其中,光声骨成像及检测技术是光声成像临床应用领域的重要分支.然而,骨组织是固液两相复杂介质(固相为矿化的骨小梁网络,液相为嵌入的骨髓),这种各向异性的非均匀结构使得基于光声技术的骨组织表征方法面临很大挑战.本文系统讨论了面向复杂骨组织的光声检测及成像机制,包括光声在骨组织中的产生及传播理论、光声谱分析方法、光声骨成像方法及临床应用研究.针对现有的技术研究现状,分析了光声骨成像及检测领域当前所面临的挑战,展望了未来的发展趋势.

关键词：光声成像复杂介质骨代谢功能骨微结构

光声成像技术在生物医学中的研究进展(特邀)

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光子学报 2023年第3期52卷 73-91页

作者：申晓雯武红鹏董磊山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室太原030006

随着光声光谱的不断发展,以光声效应为基础所兴起的非侵入式光声成像技术正逐步成为生物医学的研究热点。该技术除具有光学成像优点外,还拥有声学深度传播优势,能够突破光学衍射极限、散射极限,获得高成像分辨率。本文介绍了光声成像的... 详细信息

随着光声光谱的不断发展,以光声效应为基础所兴起的非侵入式光声成像技术正逐步成为生物医学的研究热点。该技术除具有光学成像优点外,还拥有声学深度传播优势,能够突破光学衍射极限、散射极限,获得高成像分辨率。本文介绍了光声成像的原理机制,对目前三种典型光声成像技术:光声断层成像技术、光声显微镜技术和光声内窥镜技术分别进行了介绍,总结对比了这三种成像技术的优势,同时总结了近十几年随着光声技术的不断发展,为提高其成像分辨率的各类方法,最后展望了三种技术的未来发展趋势。

关键词：光声光谱生物医学光声成像结构成像

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黑色素基靶向纳米药物用于乳腺癌的光热治疗

高等学校化学学报 2023年第8期44卷 43-53页

作者：孙菁华郭春燕董杰张瑞平山西医科大学第一医院放射科太原030001

为提高小尺寸黑色素纳米颗粒(MNP)在肿瘤部位的靶向效应,设计合成了一种在肿瘤微酸性环境下可降解的羟基磷灰石杂化介孔氧化硅(MSN/HAP)对其进行负载,结合RGD导向肽构建了一种新型靶向纳米药物(MAN/HAP-MNP-RGD),用于小鼠乳腺癌的多模... 详细信息

为提高小尺寸黑色素纳米颗粒(MNP)在肿瘤部位的靶向效应,设计合成了一种在肿瘤微酸性环境下可降解的羟基磷灰石杂化介孔氧化硅(MSN/HAP)对其进行负载,结合RGD导向肽构建了一种新型靶向纳米药物(MAN/HAP-MNP-RGD),用于小鼠乳腺癌的多模态成像和光热治疗.对纳米颗粒进行了理化性能、细胞和活体实验.结果表明,颗粒尺寸约为60 nm,MNP的负载量为37.7%,在微酸性环境中呈现较好的降解性,且纳米颗粒的光热转化效率(η)高达40.29%.细胞实验结果也证明了纳米颗粒的高效摄取和对细胞的光热杀伤效果.此外,光声成像和磁共振成像结果表明,纳米颗粒在肿瘤部位表现出更高的累积和更长时间的滞留.活体实验结果证明,MAN/HAP-MNP-RGD具有最佳的治疗效果且具有很高的生物安全性,展现出潜在的应用前景.

关键词：羟基磷灰石杂化介孔氧化硅黑色素纳米颗粒光声成像磁共振成像光热治疗

考虑超声探测器脉冲响应和方向性的光声图像重建方法

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声学学报 2023年第3期48卷 568-577页

作者：孙慧峰孙正侯英飒孙美晨华北电力大学电子与通信工程系保定071003 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室保定071003

在光声成像中,假设超声探测器为具有全向响应的理想点探测器通常会导致图像分辨率下降。为了解决探测器效应引起的图像质量下降问题,提出一种考虑探测器特性的光声图像重建方法,建立包含探测器方向性和脉冲响应的前向成像模型,通过迭代... 详细信息

在光声成像中,假设超声探测器为具有全向响应的理想点探测器通常会导致图像分辨率下降。为了解决探测器效应引起的图像质量下降问题,提出一种考虑探测器特性的光声图像重建方法,建立包含探测器方向性和脉冲响应的前向成像模型,通过迭代求解前向模型的逆问题,实现光吸收能量分布图的高质量重建。仿真和仿体实验结果表明,与未考虑或未充分考虑探测器特性的传统重建方法和其他重建增强方法相比,所提方法可以显著提高图像分辨率和对比度,改善图像质量。

关键词：光声成像图像重建超声探测器特性空间脉冲响应电脉冲响应方向性

受体-供体-受体结构光疗试剂用于近红外二区荧光成像和光声成像引导的光动力和光热联合治疗

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Science China Materials 2023年第1期66卷 385-394页

作者：李宝伶甘亚兵杨柯庞娥任晓杰赵少静何旦赵富稳王本花尹鹏宋相志蓝敏焕 Key Laboratory of Hunan Province for Water Environment and Agriculture Product Safety College of Chemistry and Chemical EngineeringCentral South UniversityChangsha 410083China State Key Laboratory of Powder Metallurgy Central South UniversityChangsha 410083China Key Laboratory of Chemical Biology and Traditional Chinese Medicine Research(Ministry of Education) Key Laboratory of the Assembly and Application of Organic Functional Molecules of Hunan ProvinceHunan Normal UniversityChangsha 410083China Department of Chemistry and Center of Super-Diamond and Advanced Films(COSDAF) City University of Hong KongChina

多模态成像引导的光动力和光热治疗在癌症治疗上具有明显的优势.同时具有近红外光(NIR)吸收、高活性氧(ROS)产率和高光热转换效率的物质是非常理想的光疗试剂.本文设计合成了一种具有“受体-供体-受体”(A-D-A)结构的分子IDCIC.随后通过... 详细信息

多模态成像引导的光动力和光热治疗在癌症治疗上具有明显的优势.同时具有近红外光(NIR)吸收、高活性氧(ROS)产率和高光热转换效率的物质是非常理想的光疗试剂.本文设计合成了一种具有“受体-供体-受体”(A-D-A)结构的分子IDCIC.随后通过在IDCIC表面包裹DSPE-PEG2000-NH2得到了水溶性纳米颗粒IDCIC NPs.IDCIC NPs具有近红外吸收,峰值位于760 nm;同时还具有近红外二区荧光发射,峰值在1000 nm左右,荧光量子产率为1.2%,使得IDCIC NPs具有良好的光声成像和NIR-Ⅱ荧光成像能力.此外,IDCIC NPs在808 nm激光器照射下可以同时产生单线态氧(量子产率为9.1%)、羟基自由基(·OH)和热量(光热转换效率为78.9%).基于以上这些特性,IDCIC NPs可以用于多模态成像引导的光动力/光热联合癌症治疗.

关键词：光动力癌症治疗光热治疗光声成像荧光成像光疗近红外吸收受体结构

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分层媒质中的分步相位偏移光声成像方法

声学学报 2024年第3期49卷 392-397页

作者：刘思宇王云石阚威威西南技术物理研究所成都610041 南京理工大学物理学院南京210094

为了解决波场外推方法在横向声速不均匀的分层媒质中图像重建能力受限的问题,提出了一种基于分步相位偏移的不规则分层媒质光声成像方法。该方法将横向声速差异等效为分层媒质界面处的扰动声源,利用该扰动声源对相位偏移的结果进行额外... 详细信息

为了解决波场外推方法在横向声速不均匀的分层媒质中图像重建能力受限的问题,提出了一种基于分步相位偏移的不规则分层媒质光声成像方法。该方法将横向声速差异等效为分层媒质界面处的扰动声源,利用该扰动声源对相位偏移的结果进行额外的校正偏移,并采用变步长的混合外推机制,实现光声波场的逐层外推重建。仿真模拟及实验结果均表明,分步相位偏移方法能够有效抑制不规则分层媒质光声成像中伪影的产生,并提升成像分辨率以及图像对比度。

关键词：光声成像分层媒质成像相位偏移波场外推