勇于冒險 甘于艱苦 樂于和諧

? ? ? ?近日，南方科技大學生物醫學工程系多功能光學影像實驗室本科生趙元龍以第一作者的身份在光學領域期刊Biomedical Optics Express發表研究成果，題為“Long-term assessment of cutaneous inflammation and treatment using optical resolution photoacoustic microscopy”。

? ? ? ?光聲顯微成像技術（PAM）作為一個近年來發展迅速的新型無標記、無創成像方法，結合了光學成像中高對比度和超聲成像中深層高分辨率，是生物醫學成像領域重點研究方向之一。然而，該成像方法在生物醫學診斷和檢測領域的應用仍有待拓展。

? ? ? ?該研究提出了一種基于光學分辨率PAM對皮膚炎癥進行長期監測與定量化分析的方法，通過對炎癥小鼠模型及治療模型的長期連續成像監測，以得到不同感染和治療階段的光聲血管網絡圖像。基于深度學習算法對圖像進行處理和參數提取，對所提取參數的變化趨勢進行分析和對比，結合關于炎癥過程分子機理的研究，得出了血管形態和炎癥機理的內在聯系，證明了PAM可提供一種無創且針對血管形態的量化方式。該方法展現出了一定的臨床應用前景，有希望成為一種新型的針對皮膚炎癥發展以及治療過程的定量監測分析方法。

圖1：血管網絡參數提取過程

? ? ? ?圖1展示了通過U-Net神經網絡及參數提取算法對PAM圖像的處理過程，定義了血管長度、直徑、分支點數、密度、彎曲度以及分型復雜度等參數，從而對血管進行形態學量化。通過建立基于不同感染階段PAM圖像的訓練集，U-Net提供了高準確度與特異性的血管分割方法，使得參數計算更為精準。

圖2：不同藥物濃度及實驗天數下的PAM圖像、照片及切片圖像

圖3：血管參數變化及組間對比

? ? ? ?圖2和圖3展示了炎癥發展及藥物治療的過程以及血管參數的變化。通過對已有文獻提出的炎癥過程中細胞和分子層面變化的總結，將血管參數變化與其進行了分階段對應，綜合8個參數的變化對炎癥中止血、感染、增殖和重塑的階段進行了表征。結果表明了PAM定量分析方法有取代組織學切片檢測，并提供無創皮膚病理診斷的潛力。

? ? ? ? 生物醫學工程系2021級本科生趙元龍為論文第一作者，生物醫學工程系教授奚磊與博士后李婷婷為論文的共同通訊作者，南科大是論文第一單位。此項研究得到了國家自然科學基金和南方科技大學等項目的支持。

? ? ? ?論文鏈接：https://doi.org/10.1364/BOE.499627