加州理工學院（Caltech）研究團隊的最新進展表明，光聲斷層掃描技術是實現大腦成像的好方法。

光聲計算機斷層掃描（PACT）基于光聲成像原理，創建血管和血管造影結構的圖像。

這項技術使用非電離激光脈沖短暫加熱吸收目標，引起膨脹，然后讓其冷卻收縮，進而產生超聲信號。接著，該信號能夠以類似功能性磁共振成像（MRI）的方式重建，可生成顯示目標內部光吸收分布的圖像。

尤其是，PACT還可以利用對氧和脫氧血紅蛋白的不同光吸收來重建血管系統，顯然，在這方面PACT比MRI技術更具優勢。

Lihong Wang是PACT的主要開拓者之一，他過往的成績包括將該技術應用于乳腺癌檢查、小動物研究，以及如何最大限度地利用從固有的微弱光聲信號中提取有用信息。然而，迄今為止，人類大腦的PACT尚未實現。

據麥姆斯咨詢報道，Lihong Wang在加州理工學院的研究團隊的最新研究展示了對人腦的大規模并行功能性光聲計算機斷層掃描，這表明該技術可能是監測大腦活動期間血濃度和氧合變化的一種有價值的方法。近日，這項研究以題為“Massively parallel functional photoacoustic computed tomography of the human brain”發表于Nature Biomedical Engineering雜志，論文鏈接為：https://www.nature.com/articles/s41551-021-00735-8。

人腦三維全景快速掃描光聲層析成像儀（1K3D-fPACT）示意圖

“在乳房成像中，一般只希望看到血管，因為這樣可以揭示腫瘤的存在。”Lihong Wang解釋道，“但是成像大腦活動的功能變化僅僅是基準信號幾個百分點的改變。這是難以衡量的數量級。”

該研究中所涉及的PACT平臺專門用于解決視場角、靈敏度、分辨率以及人體工程學舒適度等方面的挑戰。1064納米和694納米的雙波長激光模塊激發從氧化血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的PA波，而四組由256個元件組成的半球超聲波換能器陣列將記錄下所產生的信號。

來自1024顆傳感器的數據可通過計算機算法最終形成一幅3D全腦圖，可顯示整個大腦的血液流動和氧合情況。

PACT是穩固、強大且實用的工具，為人類神經成像而生！

在試驗中，加州理工學院的研究團隊發現，大規模并行超聲波換能器陣列使得PACT能夠產生更為清晰的大腦斷層圖像：視場角直徑10厘米、成像深度約1厘米、空間分辨率350微米、時間分辨率2秒。

盡管這項技術目前僅限于對淺表皮層的成像，但據研究團隊稱，該技術至少可以利用對大腦皮層中樞節點的成像，來監控至少部分大腦主要神經網絡的靜息狀態動態。

這些實驗成果使研究團隊相信，由于這項技術比核磁共振檢查更簡便、更便宜且尺寸更緊湊，因此該技術“未來很可能成為人類神經成像的穩固、強大且實用的工具”。然而，如頭發和頭皮的影響等現實挑戰將首先需要解決。

“另外，我們還需要克服的障礙是顱骨。”Lihong Wang解釋道，“它是聲學透鏡，但效果不好，所以信號也會失真衰減。就像透過一扇波浪形窗戶往外看。”

就目前試驗目的而言，該項目可以接觸到一些經歷過創傷性腦損傷并接受了半開顱減壓術的患者，切除部分顱骨作為潛在挽救生命的過程。這個問題的長期解決方案可能會是開發新一代重建算法，以解釋顱骨的聲學異質性。

然而，目前的研究結果已經證實了光聲計算機斷層掃描可在人腦成像中應用，該研究相信PACT可以在大腦成像和治療中發揮重要作用。

“神經成像是開發新治療模式的核心。”南加州大學（USC）神經恢復中心副主任、該研究成員Jonathan Russin評論道，“這次研究是朝向開發有效新型工具邁出了非常重要的一步，以補充當前方法（如基于核磁共振技術）的不足。”

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