皮肤颜色在光声成像中的干扰效应

《Nature Communications》：The confounding effects of skin colour in photoacoustic imaging

　　

摘要

已知肤色会影响光学设备的检测精度，从而对深色皮肤患者的治疗带来不利影响。光声成像技术结合了光学与超声技术用于深层组织成像，因此其产生的生物标志物与皮肤黑色素浓度之间存在复杂的关系，但目前尚无通用的偏差校正方法。本研究采用了42名健康志愿者作为样本，这些志愿者的菲茨帕特里克肤色分类从I型到VI型不等，还包括白癜风患者，这是目前光声成像研究中样本多样性最高的群体。我们分析了导致图像质量及生物标志物定量结果因肤色差异而发生变化的光学与声学机制。在黑色素含量较低时，波长依赖性的黑色素吸收会导致光谱着色现象；而在黑色素含量较高时，则是表皮层超声信号的反射起主导作用，这使得未混合的sO?信号与肤色之间呈现非线性关系。基于对这些机制的理解，我们提出了一种实用的光谱着色校正方法，并改进了平面波重建算法，以消除超声反射带来的伪影。我们的研究结果表明，需要先进的重建技术才能实现公平可靠的临床光声成像应用。