侵入性醫療程序，如需要局部麻醉的手術，往往涉及神經損傷的風險。在手術過程中，外科醫生可能會不小心切斷、拉伸或壓迫神經，尤其是當誤以為神經是其他組織時。這會導致患者出現長期症狀，包括感覺和運動問題。同樣，接受神經阻滯或其他類型麻醉的患者，如果針頭與目標周圍神經的距離不正確，也會造成神經損傷。

因此，研究人員一直在努力開發醫學成像技術，以降低神經損傷的風險。例如，超聲波和磁共振成像（MRI）可以幫助外科醫生在手術過程中準確定位神經的位置。然而，要在超聲波圖像中將神經與周圍組織區分開來具有挑戰性，而核磁共振成像則既昂貴又耗時。

約翰霍普金斯大學的研究人員強調了多譜段光聲成像在預防侵入性醫療程序中的神經損傷方面的潛力，並確定了最佳神經可視化的關鍵波長。

首次活體記錄豬尺神經（左）和正中神經（右）的光聲學圖像。用1725 nm 的光照射神經，並將其疊加在共聚焦超聲波圖像上。圖中還顯示了神經和周圍瓊脂糖感興趣區(ROI) 的輪廓。資料來源：M. Graham 等人，doi 10.1117/1.JBO.28.9.097001

光聲成像的前景

在這方面有一種前景廣闊的替代方法，即多光譜光聲成像。作為一種非侵入性技術，光聲成像結合了光波和聲波，可生成人體組織和結構的詳細圖像。從本質上講，首先用脈衝光照射目標區域，使其微微發熱。這反過來又會導致組織膨脹，發出超聲波，從而被超聲波探測器捕捉到。

約翰霍普金斯大學的一個研究小組最近進行了一項研究，他們在研究中徹底描述了神經組織在整個近紅外（NIR）光譜範圍內的吸收和光聲特徵。他們的研究成果於9 月4 日發表在《生物醫學光學雜誌》（Journal of Biomedical Optics）上，由約翰-霍普金斯大學John C. Malone 副教授兼PULSE 實驗室主任Muyinatu A. Lediju Bell 博士領導。

他們研究的主要目標之一是確定在光聲圖像中識別神經組織的理想波長。研究人員假設，位於近紅外-III 光學窗口內的1630-1850 納米波長將是神經可視化的最佳波長范圍，因為神經元髓鞘中的脂質在此範圍內有一個特徵吸收峰。

為了驗證這一假設，他們對外周神經樣本進行了詳細的光學吸收測量。他們在1210 納米波長處觀察到一個吸收峰，屬於近紅外-II 波段。然而，這種吸收峰也存在於其他類型的脂質中。與此相反，當從吸收光譜中減去水的貢獻時，神經組織在1725 納米的近紅外-III 範圍內顯示出一個獨特的峰值。

實際測試和影響

此外，研究人員還使用定制的成像裝置對活體豬的外周神經進行了光聲測量。這些實驗進一步證實了這一假設：利用近紅外-III 波段的峰值可以有效地區分富含脂質的神經組織和其他類型的組織以及含水或缺脂的材料。

貝爾對研究結果感到滿意，他說：”我們的工作是首次利用寬波長光譜表徵新鮮豬神經樣本的光學吸光度光譜，也是首次利用近紅外-III 窗口的多光譜光聲成像技術展示健康和再生豬神經的活體可視化”。

這些發現可以激勵科學家進一步探索光聲成像的潛力。此外，神經組織光吸收曲線的表徵有助於在使用其他光學成像模式時改進神經檢測和分割技術。

“我們的研究結果凸顯了多光譜光聲成像作為術中技術的臨床前景，可用於確定有髓鞘神經的存在或防止醫療干預過程中的神經損傷，並可能對其他基於光學的技術產生影響。因此，我們的貢獻成功地為生物醫學光學界奠定了新的科學基礎。”