光聲矢量層析成像（PAVT）為深部血流動力學(xué)研究開辟新途徑

光聲矢量層析成像（Photoacoustic Vector Tomography, PAVT）是由加州理工學(xué)院Yang Zhang、Joshua Olick-Gibson、Anjul Khadria及Lihong V. Wang團隊開發(fā)的一項革命性生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。該研究突破傳統(tǒng)光學(xué)成像的深度限制，首次實現(xiàn)對深層血管（>5 mm）血流速度與方向的無創(chuàng)矢量測繪，相關(guān)成果以《Photoacoustic vector tomography for deep haemodynamic imaging》為題，發(fā)表在《Nature Biomedical Engineering》。

重要發(fā)現(xiàn)
01技術(shù)原理：光聲效應(yīng)與血液異質(zhì)性的協(xié)同作用
PAVT的核心突破在于利用血液紅細胞（RBCs）的空間非均勻分布增強血管腔內(nèi)信號。傳統(tǒng)光聲成像（PAT）因血管腔內(nèi)均勻吸收導(dǎo)致的“邊界累積效應(yīng)”無法探測深層血流。

研究團隊通過仿真與實驗證明：當(dāng)血液存在局部高/低密度區(qū)域時，腔內(nèi)光聲信號強度顯著提升（相對可見性指數(shù)γ從0升至>0.1）。這一現(xiàn)象使腔內(nèi)血流動態(tài)可視化成為可能。

在人體實驗中，PAVT成功測繪手腕靜脈、掌區(qū)血管及前臂深靜脈（深度3.5–5.5 mm），流速范圍覆蓋0.04–100 mm/s，遠超多普勒超聲低速檢測極限（0.04 mm/s誤差僅4.3%）。

此外，通過血壓袖帶阻塞實驗，團隊量化了血流功能性響應(yīng)：袖帶加壓時流速下降70%，釋放后瞬態(tài)增速達350%，證實PAVT在監(jiān)測血管疾病動態(tài)變化的潛力。

創(chuàng)新與亮點
01突破光學(xué)擴散極限的深層成像
PAVT解決了生物醫(yī)學(xué)光學(xué)領(lǐng)域的核心難題——超越光學(xué)擴散極限（>1 mm）的深部血流矢量測繪。傳統(tǒng)光學(xué)技術(shù)（如OR-PAM）受限于光聚焦能力，而聲分辨率PAT（AR-PAM/PACT）因分辨率不足無法追蹤單個紅細胞。PAVT通過寬場單激發(fā)序列與異質(zhì)性增強信號的結(jié)合，將探測深度提升至光學(xué)極限的5倍（>5 mm），首次實現(xiàn)人體深層靜脈血流方向與速度同步量化。

角度無關(guān)性：流速測量不受血管角度影響，克服多普勒超聲的視角局限；

實時功能性監(jiān)測：支持20–100 Hz幀率切換，通過調(diào)整脈沖重復(fù)頻率（PRF）平衡深度與信噪比（如20 Hz PRF適用5.5 mm深血管）。

總結(jié)與展望
PAVT標(biāo)志著深層血流動力學(xué)成像的技術(shù)躍遷。其融合光聲分子對比度與超聲深穿透的優(yōu)勢，不僅為慢性靜脈功能不全、靜脈曲張等外周血管疾病提供全新診斷工具，更在腦功能成像、乳腺癌早期檢測（通過代謝耗氧率MRO₂量化）及腫瘤血管生成監(jiān)測領(lǐng)域展現(xiàn)潛力。

未來需突破動脈血流檢測瓶頸（當(dāng)前僅限靜脈），并探索低頻探頭以實現(xiàn)厘米級深部成像（如頸動脈/頸靜脈同步監(jiān)測）。隨著環(huán)形陣列等先進聲學(xué)設(shè)計引入，PAVT有望成為血管疾病診斷與循環(huán)系統(tǒng)功能繪制的通用平臺，推動精準(zhǔn)醫(yī)療從解剖走向功能與代謝的多維時代。

DOI:10.1038/s41551-023-01148-5.