胃肠道或肠道成像和分析对胃肠道疾病的临床和研究很有价值。以前，传统的放射学技术一直占主导地位；然而，非侵入性方式的进步，如联合X射线和光声成像，已经改变了胃肠道研究。

胃肠病学是一个研究肠道或胃肠系统及其疾病的医学科学领域。胃肠道或肠道包括口腔、食道、咽喉、胃、大肠、小肠、肝、阑尾和胰腺。

胃肠道疾病，如炎症性肠病、消化性溃疡病、胃食管反流病和结肠直肠癌，是全世界普遍存在的严重健康问题。

要确定这些疾病，需要进行体检和完整的病史。然而，有些病人可能需要更全面的诊断测试，如内窥镜手术和成像。

传统诊断技术的局限性
诊断胃肠道疾病传统上涉及侵入性程序，如活检、内窥镜和结肠镜检查。然而，这些技术只能监测轻微的炎症和代谢组织变化，并发现小的肿瘤。此外，由于侵入性程序或造影剂，它们的并发症和不利结果的风险增加。

因此，非侵入性的诊断技术，如光声成像、计算机断层扫描、X射线和磁共振成像已被引入，作为替代方法，对肠道进行更准确和可靠的分析。

X射线和光声成像用于肠道分析
X-射线成像
X射线成像被广泛用于各种操作和检查。它们是无创的、无痛的，因此对诊断和监测胃肠道疾病很有用。

钡是一种造影剂，用于胃肠道的X射线诊断。它是一种白色、白垩质的粉末，与水混合后摄入。摄入后，钡被包裹在肠道内部，使内壁衬里、轮廓、形状、大小和通畅性在X射线上可见，以便诊断。

肠道被暴露在连续的X射线光束下，然后被转移到监视器上，这样任何器官都可以被诊断得非常详细。

光声成像
光声成像（PAI）是一种基于光声现象的非侵入性成像技术，光声现象涉及光向声能的转换。

它是其他技术（如磁共振成像、X射线成像和正电子发射断层成像）的一个简单且具有成本效益的替代品。与这些方法不同，光声成像没有电离辐射，电离辐射会对生物组织产生不利影响。

色素对组织中短脉冲激光的吸收导致了光声效应。吸收的激光（光能）转化为热能，使周围组织发生热弹性膨胀，导致体积变化。



图片来源： decade3d - 解剖学在线/Shutterstock.com

这些体积变化产生振动，以声波（声能）的形式传播，由外部超声波传感器检测和处理以生成图像。

光声和X射线联合成像
多模式成像在生物医学研究中越来越受到关注，因为它可以提供生物组织的功能和解剖学信息。

X射线计算机断层扫描经常被用于癌症检测，而光声成像已被用于研究小鼠肿瘤模型的血管。这两种成像方式可以与相同的造影剂一起工作，提供互补的信息。

X射线成像利用了造影剂的高衰减系数的优势。相反，光声成像利用了造影剂在近红外（NIR）区域吸收的高灵敏度。

将这些技术结合起来，就能对深部病变进行高空间分辨率的诊断。

案例研究： 肠道的X射线和光声对比剂成像
最近发表在《生物医学光学杂志》上的一项研究表明，结合光声成像和X射线，用双模式对比剂进行肠道分析的潜力。该造影剂是硫酸钡和近红外吸收颜料的混合物。

该混合物具有比硫酸钡更高的X射线衰减系数，这增强了X射线图像上肠道器官的可见性。该颜料还产生了一个强大的光声信号，使肠道的成像更加精确。

小鼠的体内成像显示，在光声和X射线成像模式中，造影剂的定位模式相似。这表明，将这两种成像方式结合起来，可以对肠道的功能成像产生互补性的认识，从而可以同时获得功能和结构数据。

结语和未来展望
快速准确的肠道分析对于有效治疗和改善胃肠道疾病的进展至关重要。不幸的是，传统的成像技术在准确检测疾病方面有局限性，但结合光声和X射线成像可以克服这些挑战。

这种结合提供了光学和超声成像的好处，可以实现深层组织分辨率、高穿透深度和分子的组织分布可视化。

尽管临床前研究显示在改善胃肠病学的临床成像方面取得了可喜的成果，但在预期更广泛地采用这种技术之前，必须解决技术挑战。然而，随着不断的改进，这种技术将可能在胃肠病学中有更多的应用。

参考资料

Kilian, H. I., Zhang, H., Bhurwani, M. M. S., Nilam, A. M., Seong, D., Jeon, M., ... & Lovell, J. F. (2023). Barium sulfate and pigment admixture for photoacoustic and x-ray contrast imaging of the gut. Journal of Biomedical Optics, 28(8), 082803. https://doi.org/10.1117/1.JBO.28.8.082803

Huang, G., Yang, S., Yuan, Y., & Xing, D. (2011). Combining x-ray and photoacoustics for in vivo tumor imaging with gold nanorods. Applied Physics Letters, 99(12), 123701. https://doi.org/10.1063/1.3643033

Bhushan, S., Anandasabapathy, S., & Petrova, E. (2020). Photoacoustic Imaging in Gastroenterology: Advances and Needs. Photoacoustic Imaging - Principles, Advances and Applications. Intechopen. https://doi.org/10.5772/intechopen.86051

Johns Hopkins Medicine. (2023). Barium X-Rays (Upper and Lower GI). [Online]. Johns Hopkins Medicine. https://www.hopkinsmedicine.org/health/conditions-and-diseases/barium-xrays-upper-and-lower-gi (Accessed on 21 February 2023)

Written by Owais Ali