光声成像在前列腺癌诊断和治疗中的研究进展

吴韵竹，张 海（通讯作者）

（暨南大学第二临床医学院< 深圳市人民医院> 超声科 广东 深圳 518000）

前列腺癌是全世界最常见的男性癌症之一，近年来，我国前列腺癌的发病率呈现明显持续增长趋势，前列腺癌正成为严重影响我国男性健康的泌尿系恶性肿瘤[1]。然而在早期阶段，前列腺癌几乎没有或完全没有任何症状，因此前列腺癌早期诊断和治疗尤为重要。当前的主要筛查和诊断方法包括前列腺特异性抗原血液检查，直肠指检和经直肠超声引导的活检。持续升高的前列腺特异性抗原水平和在直肠指检上检查到的可疑病变后通常会进行经直肠超声成像引导的活检。由于大约一半的前列腺癌病变在超声图像上呈等回声表现，以及一些常见的非恶性前列腺疾病与前列腺癌具有相似的超声表现，因此经直肠超声成像在检测前列腺癌中灵敏度较差。经直肠超声成像引导的系统性活检可以对整个腺体进行采样，但也无法很好地提高其阳性率。目前前列腺癌的主要治疗方式为前列腺癌根治术和放射治疗，均会产生不利影响，例如泌尿症状和性功能障碍，降低患者的生活质量[2-3]。在最近对切除的人类前列腺标本的研究中，多波长光声成像具有以高特异性和灵敏度区分癌组织和正常组织的能力。同时光声成像技术分别与前列腺根治术和放射治疗相结合时，可以改善治疗效果并且减少副作用。在这篇综述中，我们介绍了这种新兴的成像方式，即光声成像在诊断和治疗前列腺癌方面的研究进展。

1 光声成像技术的原理

光声成像，是一种新型的非侵入性混合成像方式，在各种领域都具有潜力，包括医学诊断，治疗监测，生物学研究等。在过去二十多年的时间里，光声成像飞速发展。光声成像的原理主要基于光声效应，组织在脉冲电磁波（例如近红外辐射）作用下瞬时加热，引起弹性膨胀，从而产生压力波，压力波会被敏感的超声传感器检测到。然后将超声信号重建为二维或三维图像。光声成像通过使用血红蛋白作为内源性造影剂，能够实现可视化组织深处的肿瘤位置，显示或监测肿瘤血管生成，获得高分辨率和高对比度的血红蛋白氧饱和度信息[4]。

2 用于前列腺成像的光声系统

由于前列腺及其周围组织中的光散射，前列腺光声成像的穿透深度通常限制为3 ～5cm。人体前列腺位于皮肤表面的穿透极限之外；因此，目前无法使用带有外部光源的光声系统对人的前列腺进行成像，在动物研究已充分证明了可以使用内窥镜光传输系统进行前列腺光声成像的可行性。目前，有两种侵入性最小的光传输方法，一是经直肠光学纤维，可以将其与经直肠超声探头结合。二是经尿道光学纤维，通过导尿管进行传输。利用内窥镜光传输，光声成像在体内前列腺成像中显示出巨大的潜力[5]。

3 光声成像诊断前列腺癌中的研究进展

红细胞中的血红蛋白因其出色的光吸收性是一种主要的生物标志物，可实现不使用外源性对比剂的前提下光声显像。与正常血管相比，与肿瘤相关的脉管系统通常具有不同的结构特征，例如血管曲折度增加，血管扩张，过度分支和坏死。因此，通过光声成像技术检测红细胞的异常分布以及与血管相关的癌性形态特征，对于检测前列腺肿瘤具有广阔的前景。Wang 等[6]通过对犬前列腺进行活体内和离体光声成像，与前列腺超声成像进行比较，证明了光声成像在定位前列腺中血液丰富区域方面的独特能力。此外，光声成像技术可以提供组织功能信息，例如血红蛋白浓度，因为光声信号强度与血红蛋白吸收光的能力成正比。Bauer 等[7]证明了光声成像技术能够在植入PC-3 前列腺肿瘤细胞的小鼠背部皮肤中对肿瘤血管进行成像并监测肿瘤生长。与荧光成像和超声成像相比，光声成像的显着特征是其无需使用造影剂即可以获得高分辨率血管成像。氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白在光声成像光源范围内的波长下具有不同的光吸收特性。利用吸收光谱中的这种差异，光谱光声成像可以表征红细胞，分化恶性，良性和正常的前列腺组织。Dogra 等[8]对患有癌的前列腺冷冻切片进行多光谱光声成像，成功地分化出人类的恶性和非恶性的前列腺组织，具有极好的灵敏度（81.3%）和特异性（96.2%），均比目前的筛查方法高，证明了其作为前列腺癌早期诊断的有力工具的潜力。

4 光声成像在治疗前列腺癌中的研究进展

前列腺根治术是目前治疗早期前列腺癌的主要方式，精确切除含肿瘤的前列腺并保护前列腺周围神经血管束从而保护性能力是前列腺根治术的最终目标。解剖学研究表明，在前列腺的后外侧和前外侧位置都存在不同程度的前列腺周围神经，并且其位置，组成和形状存在明显的个体差异。尽管最近引入的机器人设备增强了外科医生的视野并实现了更精确的解剖，但前列腺血管神经束的保护仍然是前列腺根治术最具挑战性的步骤之一，为了在术中识别他们，外科医生只能依靠经验来判断。据报道，使用前列腺周围微血管作为标记并通过经直肠术中超声彩色多普勒成像可以确定血管神经束的位置，更好地保护神经并减少手术切缘，但是多普勒超声检查对于微小血管的检测效果有限，其图像质量在很大程度上取决于使用者的技术水平[9]。研究者们利用光声成像系统在前列腺根治术期间进行术中监测和导航，获得前列腺的高分辨率微血管结构图，通过确定前列腺周围的脉管系统准确定位前列腺周围神经血管束，术后与免疫组化切片对比结果显示出光声成像显示出的血管神经位置与组织学中相一致。

近距离放射疗法是前列腺癌的另一种重要的治疗方法，该方法是在肿瘤内部或者肿瘤周围组织放置微型放射源，持续产生射线，直接或通过产生自由基作用于细胞的DNA，使其复制过程受阻。治疗方案旨在最大程度地增加癌变区域的剂量，同时保留健康的组织。尽管前列腺近距离放射疗法具有出色的治疗结果，但是诸如放射源粒子迁移，前列腺运动，水肿或外科医生植入错误等因素是导致的计划剂量与实际剂量不匹配往往会引起并发症。因此通过术中实时定位和调整方案，可以避免计划剂量和实际剂量之间不匹配。目前是通过直肠超声成像进行放射源粒子定位。然而，由于放射源粒子尺寸小等因素，通常难以通过超声定位以及可能被误认为钙化现象。此外，固有的声学特性或伪影（例如阴影，混响，镜面反射）也对准确定位放射源粒子造成了影响。采用术后计算机断层扫描图像来确定放射源粒子的位置并确定是否采用其他治疗方式也对治疗也有一定的帮助。但是这种方法增加了电离辐射相关的风险，并且无法解决因植入过量放射源粒子而损伤健康组织引起的并发症，例如尿失禁，直肠损伤或勃起功能障碍[10-11]。

光声成像有可能补充近距离放射治疗中超声检测定位放射源粒子的不足，通过术中放射源粒子可视化克服当前的局限性。放射源粒子吸收光，通过经直肠超声探头检测到其产生的声波。由于放射源粒子的光吸收明显大于周围组织的，因此在光声成像中有望获得极好的对比度。Bell等[12]将定制的光声系统应用在两个犬科前列腺上，利用间质性会阴光照明方法和经直肠超声探头，获取超声和光声融合图像以确认放射源粒子位置。结果证明了通过光声成像体内可视化前列腺近距离放射治疗种子的可行性。其他研究人员通过体模和离体数据也验证了光声成像技术可视化放射源粒子的可行性。

5 总结与展望

光声成像作为一种具有安全的非侵入性的前列腺癌新型成像方式正在迅速发展，光声成像可以与超声技术相结合，提供肿瘤的结构信息。利用机体内源性光吸收物质，高分辨率地显示前列腺肿瘤脉管系统，还能提供前列腺肿瘤组织中的血氧饱和度等功能信息。借助外源性光敏对比剂，可以提高对比度，从而提高前列腺癌的诊断效能。光声成像可以在前列腺根治术和近距离放射疗法的过程中进行实时前列腺显像，提高前列腺癌的治疗效果，减少手术或放疗的不良影响。随着光声成像仪器的技术改进，未来可能会扩大其在医学领域的应用并推动其向临床应用的转化。