面向术中肿瘤切缘快速检测的光声/荧光病理成像
（1）光声/荧光融合成像原理与系统
我们建立了紫外光声与自体荧光双模态（PAAF）显微成像系统，在同一深紫外脉冲激发下同步获取两类内源信号。光声成像利用核酸的紫外吸收显示细胞核，自体荧光成像则提供细胞质与细胞外基质的互补信息，为无外源染色的组织结构观察提供基础。
（2）双模态互补与融合增强
光声图像中的细胞核呈正对比，但周围组织的紫外吸收可能形成较强背景；自体荧光图像中的细胞核则通常呈负对比。利用这一互补特征，我们对归一化PA与AF图像进行比值融合，并结合组织掩膜抑制背景，从而增强细胞核显示。在图示小鼠脑神经束区域，融合后细胞核对比度约提升12.3倍，使原本难以辨识的核结构更加清晰，并与相应H&E染色图像中的核分布相吻合。
（3）基于PAAF的虚拟H&E染色
为便于病理医生结合熟悉的染色图像观察组织，我们进一步采用CycleGAN，将无标记成像结果转换为具有苏木精–伊红（H&E）染色外观的虚拟图像。与直接使用光声图像相比，PAAF融合图像能够抑制组织背景、增强细胞核对比，为网络提供结构更清晰的输入，减少背景信号对虚拟染色结果的干扰。
（4）展望
我们正推进下一步研究，结合高速扫描与双模态同步采集技术，提升PAAF对新鲜离体组织的成像效率，以5分钟内完成术中组织成像为目标，缩短病理评估的等待时间。在此基础上，研究基于PAAF图像的虚拟染色与自动诊断方法，利用细胞核形态、空间分布及组织结构信息，实现可疑病变区域识别与辅助判读，逐步构建从快速成像到智能分析的完整流程，为术中肿瘤切缘评估提供技术支持。
下肢光声成像
下肢动脉病变是一种常见的血管疾病，严重时会引起足部溃疡、感染甚至截肢。然而，与患者预后紧密相关的并不是下肢大动脉，而是脚上细密的微血管网。为此，我们研发了下肢光声成像系统，仅用1分钟的扫查，即可成像整只脚/腿的微血管和血氧功能。
（1）扫描光声成像：一分钟看清全脚/腿的血管与血氧
图1 扫描式光声断层成像设备与成像深度示意图
我们设计了半环形 512 阵元超声探头和自动扫描平台。受试者把脚或腿放在约 温水中，约 1 分钟即可完成血管结构与血氧扫描，成像深度约 15 mm、分辨率约 0.2 mm。随后，利用深度学习算法，成像系统可自动去除皮肤干扰、勾画出血管，并计算血管密度、粗细、弯曲度和血氧等指标，把图片变成可量化、可比较、临床可信的血管结构与血液功能参量。
（2）从脚上的血管，读出腿上的病变
图2 下肢光声成像对足部扫描与腿部扫描成像示意图
我们与中山大学附属第三医院合作，对 100余位受试者进行了成像。结果显示，下肢缺血患者的全足血氧明显降低，全足血管变细，而足趾变化尤为明显。另外，病变位置不同也同样影响足部血管：膝上动脉受累时，足部血管密度和弯曲度的下降比单纯膝下病变更明显，揭示了不同血管节段病变对末梢循环有着截然不同的作用机制。机器学习后，我们仅用 5 个指标就能较准确地判断下肢是否缺血，也能区分病变位于膝上还是膝下。未来，一次快速、无辐射的足部扫描，有望帮助医生更早发现缺血、精准规划手术，并在术后持续追踪微循环的恢复。
（3）相关工作
Chen T., Liu L., Ma X., et al. Dedicated photoacoustic imaging instrument for human periphery blood vessels: a new paradigm for understanding the vascular health. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2022, 69(3): 1093–1100.
Chen H., Liu J., Dong S., et al. Functional photoacoustic foot imaging enables ischemia detection and lesion localization in lower extremity arterial disease. (in review)
