影像学是现代医学的关键组成部分，为创伤、感染、癌症、慢性疾病等各类诊疗提供依据。但当前的金标准技术——超声、X光、计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）——均存在局限性。这些局限包括每次扫描所需的成本和时间，以及影像的捕捉能力——即一次能观察到的身体范围、成像的深度以及提供的细节程度。

2026年1月17日，Nature Biomedical Engineering（IF=26.7）上发表了一篇题为“Rotational ultrasound and photoacoustic tomography of the human body”的文章。在这项概念验证研究中，来自Keck School of Medicine of USC和the California Institute of Technology (Caltech)的研究人员证实了一种创新的无创技术能够快速采集人体从头到脚的3D图像。该技术融合超声与光声成像，同步获取组织与血管的影像。这项研究有望填补当前医学影像领域的空白。

为展示该技术的广泛应用前景，研究人员运用该系统对人体多个区域进行了成像：包括大脑、乳房、手部和足部。脑部成像在接受手术的创伤性脑损伤患者身上完成，这些患者的部分颅骨被暂时移除。结果表明，该技术能在约10秒内捕捉宽达10厘米区域内的组织结构和血管。研究人员表示这一开发的新方法改变了超声与光声成像系统的协同工作模式，使研究人员在有效深度范围内实现更全面的成像。这项技术在非侵入性诊断领域（noninvasive diagnostics）取得重大突破，既无需使用电离辐射，也不依赖强磁场。

研究团队首次在人体上将旋转超声断层成像（rotational ultrasound tomography, RUST）与光声断层成像（photoacoustic tomography, PAT）两种成像技术相结合，创造出他们称之为RUS-PAT的新技术。与标准超声类似，RUST将声波聚焦于成像区域。但不同于单探测器生成二维图像的方式，该技术采用弧形阵列的探测器（an arc of detectors）重建人体组织的立体三维体积图像。PAT则向同一区域发射激光束，被血液中的血红蛋白分子吸收后，这些分子会产生振动并释放超声频率，通过相同的探测器接收这些频率即可生成血管的三维图像。RUS-PAT系统基于USC-Caltech team的早期研究成果，该研究证实PAT技术同样适用于采集脑部活动图像。

图1 RUS-PAT示意图

相较现有医学成像工具，RUS-PAT具备多重潜在优势：其造价低于核磁共振扫描仪，避免了X光与CT扫描所需的辐射，且能提供比传统超声更精细的图像。研究人员认为当前医学成像存在诸多关键局限，包括成本高昂、FOV（field of view）受限、空间分辨率不足及扫描耗时等问题，而该平台能有效解决其中多数难题。

图2 健康女性受试者左右乳房的RUS-PAT图像。RUST图像（a,b,d,e）中的白色与橙色箭头分别指示皮肤表面及距表皮约5.0厘米深处的深层内部结构。PAT图像（c、f）中的白色和橙色箭头分别指示接近皮肤表面的浅表血管以及距皮肤表面约3.2厘米深度的深部血管。

足部快速低成本成像技术（Rapid, low-cost imaging of the foot）也可惠及数百万糖尿病足并发症（diabetic foot complications）及静脉疾病（venous disease）患者。研究人员认为该方法显然能帮助临床医生识别高危肢体（at-risk limbs），为糖尿病足病及其他血管疾病的干预措施提供决策依据。RUS-PAT技术投入临床应用前仍需进一步完善。其在脑部应用面临的主要挑战在于：人类颅骨会扭曲系统信号，导致难以获取清晰脑部图像。研究人员正探索新型解决方案，包括调整超声频率等技术手段。

这是一项早期但重要的概念验证研究，证明RUS-PAT技术能在人体多部位生成具有医学价值的图像。研究人员正持续优化系统，朝着未来临床应用目标迈进。

参考文献

Zhang, Y., Na, S., Russin, J. J., Sastry, K., Lin, L., Zheng, J., ... & Wang, L. V. (2026). Rotational ultrasound and photoacoustic tomography of the human body.Nature Biomedical Engineering, 1-12.

资讯来源

https://medicalxpress.com/news/2026-01-3d-hybrid-imaging-limitations-mri.html

编译：李黎

审核：薛晓萌