Abstract

光聲成像（PAI）作為新興生物醫學成像技術，通過脈沖激光激發組織內發色團產生超聲波，兼具光學成像的高對比度與超聲的深組織穿透力（5-7 cm）。其核心機制為"光熱-聲波"轉換：血紅蛋白（Hb）、黑色素等內源性吸收體或外源性造影劑（如碳納米管CNTs）吸收光能后發生熱彈性膨脹，發射寬帶超聲波，經換能器捕獲后重建高分辨率三維圖像。PAI在傷口監測中可量化SO₂、血流速度等功能參數，突破傳統視覺評估的主觀局限。

Principle and Characteristics of PAI

PAI系統采用可調諧脈沖激光（700-900 nm近紅外窗口）照射組織，通過時間分辨超聲檢測實現層析成像。其獨特優勢在于：

1. 雙模態互補：光學對比度達10^-6 M，空間分辨率達100 μm級，突破光學擴散極限；
2. 動態監測：可追蹤傷口微循環變化，如缺血區域SO₂低于30%提示愈合延遲；
3. 便攜化進展：FDA批準的曲棍球桿式換能器（ATL CL15-7）和PAI筆等設備推動床旁應用。

Application of PAI in Wound Detection

pH監測輔助慢性傷口愈合

慢性傷口堿性環境（pH 7.4-9）會抑制蛋白酶活性。Guo團隊開發的聚乙二醇/蔗糖/Nitrazine Yellow（PVA/Suc/NY）水凝膠敷料，通過PA信號強度與pH的線性關系（R²>0.98），實現創面pH實時可視化監測，精度達±0.2 pH單位。

神經修復調控

CNT/絲素蛋白復合材料在近紅外脈沖刺激下產生局域熱聲效應，促進背根神經節（DRG）突觸生長。動物實驗中，PA神經調控使軸突再生速度提升40%，且無熱損傷。

藥物滲透追蹤

PA光譜（PAS）可檢測創面藥物滲透動力學。如抗菌肽CEG在傷口中的滲透速率通過290 nm特征吸收峰定量，14天治療期內滲透面積增加3.5倍。

燒傷深度評估

雙尺度PA系統結合宏觀PACT（分辨率150 μm）與微觀PAM（分辨率10 μm），清晰顯示燒傷分界帶"充血環"。深二度燒傷（DDB）的PA信號強度在傷后第4天達峰值，較淺二度燒傷（SDB）高2.3倍。

感染傷口診療一體化

聚多巴胺（PDA）包覆的磁性微游機器人（MSP@PDA）兼具PA增強（信噪比提升15 dB）與光熱殺菌功能，對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）的清除率達99.2%，且可通過熒光-PA雙模態追蹤定位。

Applications of Novel Materials in PAI

碳基材料

還原氧化石墨烯（rGO）修飾的傷口貼片通過表面等離子共振效應將PA靈敏度提升20倍，同時加速上皮再生。

納米機器人

MSP@PDA在旋轉磁場導航下可穿透5 mm厚膿液屏障，實現深部膿腫的PA成像引導治療。

錳單原子納米多酶

Mn-N₄活性中心模擬過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）等多酶活性，協同PA成像與催化治療，使感染傷口愈合周期縮短50%。

Conclusion

PAI技術通過"結構-功能"一體化成像為傷口精準管理開辟新途徑。當前挑戰在于標準化成像協議建立與便攜設備成本控制，未來突破點將聚焦智能響應型造影劑開發與人工智能輔助圖像解析系統的融合應用。