光聲流式成像技術(shù)在無創(chuàng)檢測中的創(chuàng)新應用

瘧疾作為全球性的公共衛(wèi)生問題，其快速、準確的診斷對于控制疫情和改善患者預后至關(guān)重要。然而，目前的瘧疾診斷方法存在諸多局限性，如需要侵入性采血、檢測靈敏度不足以及快速檢測方法易受抗原缺失影響等。因此，開發(fā)一種非侵入性、高靈敏度且能夠快速檢測瘧疾感染的新技術(shù)迫在眉睫。

近年來，光聲成像技術(shù)的興起為解決這一難題帶來了新的希望。該技術(shù)結(jié)合了光學成像的高對比度和超聲成像的深穿透能力，能夠在不使用對比劑的情況下實現(xiàn)對生物組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能的實時監(jiān)測。在瘧疾檢測領(lǐng)域，光聲成像技術(shù)展現(xiàn)出了巨大的應用潛力，有望為瘧疾的早期診斷和治療效果評估提供一種全新的手段。

研究背景與技術(shù)挑戰(zhàn)
瘧疾是由瘧原蟲感染引起的寄生蟲病，主要通過受感染的按蚊叮咬傳播給人類。盡管近年來在瘧疾防控方面取得了一定進展，但由于耐藥性瘧原蟲的出現(xiàn)以及診斷和治療方法的局限性，瘧疾的發(fā)病率和死亡率仍然居高不下。傳統(tǒng)的瘧疾診斷方法主要包括顯微鏡檢查、快速診斷測試（RDT）和聚合酶鏈反應（PCR）等。顯微鏡檢查雖然被認為是金標準，但需要專業(yè)的技術(shù)人員和設(shè)備，且靈敏度較低；RDT操作簡便，但易受瘧原蟲抗原缺失的影響，導致假陰性結(jié)果；PCR雖然靈敏度和特異性較高，但需要復雜的實驗室條件和較長的檢測時間，難以在資源有限的地區(qū)廣泛應用。此外，這些方法大多需要采集血液樣本，對于患者來說具有侵入性，且無法實時動態(tài)監(jiān)測瘧疾感染的變化。

技術(shù)創(chuàng)新與應用
為克服現(xiàn)有瘧疾診斷方法的局限性，研究團隊創(chuàng)新性地開發(fā)了一種基于光聲流式細胞術(shù)設(shè)備——Cytophone。該設(shè)備利用高脈沖率激光和聚焦超聲換能器陣列，通過檢測瘧原蟲感染紅細胞（iRBCs）中特有的瘧原色素（Hz）的光學吸收特性，實現(xiàn)對瘧疾感染的非侵入性檢測。光聲流式細胞術(shù)工作原理是：當激光脈沖照射到含有iRBCs的血管時，Hz會吸收激光能量并產(chǎn)生熱聲效應，進而生成可被超聲換能器檢測到的光聲信號。這些信號經(jīng)過處理和分析，可以確定iRBCs的存在及其數(shù)量。

與傳統(tǒng)方法相比，光聲流式細胞技術(shù)設(shè)備具有以下顯著優(yōu)勢：一是非侵入性，無需采集血液樣本，減少了患者的痛苦和感染風險；二是高靈敏度，能夠檢測到極低密度的iRBCs，有助于發(fā)現(xiàn)無癥狀感染和早期診斷；三是快速檢測，可在短時間內(nèi)完成檢測，適合現(xiàn)場應用；四是無需對比劑或試劑，簡化了操作流程，降低了成本。此外，光聲流式細胞技術(shù)設(shè)備還能夠同時檢測多種瘧原蟲物種，為瘧疾的精準診斷和治療提供了有力支持。

成像實驗與結(jié)果分析
安全性與適用性驗證
在喀麥隆雅溫得進行的臨床試驗中，研究人員評估Cytophone在瘧疾檢測中的性能和安全性。研究共納入了38名受試者，其中包括10名用于安全性和設(shè)備優(yōu)化的橫斷面隊列，以及20名用于性能評估的縱向隊列。在檢測過程中未引起明顯的皮膚刺激或其他不良反應，證明了其在實際應用中的安全性和可接受性。

總結(jié)與展望
Cytophone通過光聲流式細胞術(shù)的創(chuàng)新融合，首次實現(xiàn)了瘧疾的無創(chuàng)活體診斷。其核心價值體現(xiàn)在三個方面：診斷靈敏度提升（理論檢測限達0.001%寄生蟲血癥）、操作流程革新（無需采血和試劑）、以及場景適應性突破（適合野外移動篩查）。臨床數(shù)據(jù)證實，該技術(shù)對無癥狀感染和抗瘧治療監(jiān)測具有獨特優(yōu)勢。未來，隨著技術(shù)的進一步優(yōu)化和成本的降低，Cytophone有望在更多的醫(yī)療機構(gòu)和資源有限的地區(qū)得到廣泛應用，從而改善瘧疾的診斷和治療效果，降低疾病負擔。然而，目前的研究也存在一些局限性，例如樣本量相對較小、檢測設(shè)備的便攜性和易用性有待提高等。未來的研究應進一步擴大樣本量，優(yōu)化設(shè)備設(shè)計，提高其適應性和可及性，同時探索其在其他寄生蟲病檢測中的應用價值，為全球公共衛(wèi)生事業(yè)做出更大的貢獻。

論文信息
聲明：本文僅用作學術(shù)目的。
Yadem AC, Armstrong JN, Sarimollaoglu M, Kiki Massa C, Ndifo JM, Menyaev YA, Mbe A, Richards K, Wade M, Zeng Y, Chen R, Zhou Q, Meten E, Ntone R, Tchuedji YLGN, Ullah S, Galanzha EI, Eteki L, Gonsu HK, Biris A, Suen JY, Boum Y 2nd, Zharov VP, Parikh S. Noninvasive in vivo photoacoustic detection of malaria with Cytophone in Cameroon. Nat Commun. 2024 Oct 25;15(1):9228.

DOI:10.1038/s41467-024-53243-z.