肾癌的生存率与手术时是否完整切除肿瘤有密切关系。完整切除肿瘤对患者的二次手术率和预后有着决定性的作用。是否能完整切除肿瘤意味着肿瘤摘除时是否有癌组织残留, 边缘是否切除干净, 因此, 术中快速准确的肾癌检测至关重要。目前用于辨别肿瘤的金标准是病理切片^[28]。病理切片制作流程需要长时间复杂的操作, 所以对于癌症快速检测来说没有很大的用处。而冰冻切片因提取样有限也会导致诊断结果不准确^{[29, 30]}。如果病理切片发现术后患者有癌组织残留, 患者局部癌症复发的可能性则变高, 术中超声成像已被用于检测肾脏肿块, 但缺乏识别病理病变的化学选择性^{[31, 32]}。近年一些肾癌检测方法可用来区分正常组织和癌组织, 如荧光光谱和漫反射光谱^[33]、拉曼光谱^[34]和结构光照明显微镜^[35], 但其速度不高、灵敏度和成像深度限制了这些技术在临床中的应用。

目前肾癌检测手段难以同时提供大深度、高速度、高特异性的成像。在分子水平, 肾透明细胞癌（约占肾癌类型的 70%以上）中有着异常的脂质积累且伴随着新生血管的生成。通过调节激发波长, 组织中血红蛋白的吸收和富含 C-H 键的脂质成分引起的吸收对比可产生光声信号, 因此可以用来区分肾癌组织和正常组织。Li等^[36]提出了一种肾癌切缘检测技术, 该技术可提供超声和光声两种成像的多模态光声断层扫描系统, 由红外双波长激光器（1064nm和1197nm）、一种共线的128通道超声探头和自动扫描平台组成, 两波长可分别检测血液和脂质分布。31例人体离体组织数据证明了系统使用脂质面积比区分正常和肾透明细胞癌组织的强大能力, 可达100%的灵敏度和80%的特异性。系统3.5 cm²/min的成像速度, 可在15 min内评估被切除组织的整个表面积。该研究初步验证多模态光声成像有潜力作为一种肾癌检测方法。

在此基础上, 光声信号进行频谱分析、实现组织的自动化扫描以及结合深度学习实现自动化诊断为未来临床手术中的切缘诊断提供了更多可能。此外, 上述成像探头的小型化为未来通过腹腔镜通道在术中自动化评估肾组织边缘状态提供了可能, 一定程度上可避免术后肿瘤残留和二次手术, 对手术起到辅助作用。

前列腺癌早期阶段症状很轻或无症状, 有症状时可能已转移, 所以前列腺早期诊断尤为重要。然而由于前列腺的解剖位置, 一些前列腺肿瘤的成像对比度较弱, 肿瘤很难检测或定位, 并且无法准确区分恶性组织和与良性组织相似的前列腺增生。在前列腺癌的标准筛查方法中, 前列腺特异性抗原 （prostate specific antigen, PSA） 测量被经常使用, PSA是前列腺产生的一种蛋白, 血液中PSA增多会被认为癌变征兆, 但也有可能由前列腺老化肥大或发炎引起。诊断结果一旦确定呈阳性, 患者通常会接受活体组织切片等更多检查, 从而带来出血、感染和尿失禁等其他风险, 所以PSA会造成假阳性结果和过度诊断。还有一部分前列腺癌患者PSA水平不一定有明显变化, 可能会导致检测不准确^{[37, 38]}。因此, 血液检测通常必须与其他方法相结合完成活检以便组织病理学分析。目前主要的诊断方法是经直肠超声引导活检。超声是前列腺成像常用的检查方法, 但由于超声的对比度有限, 部分前列腺癌在经直肠超声下不可见, 并且经直肠超声不能鉴别恶性肿瘤和前列腺增生^{[39, 40, 41]}。此外, 经直肠超声引导的活检对前列腺的随机区域进行取样, 但样本采样区域有限、并且伴随着非靶向检测, 会导致假阴性结果^{[42, 43]}。

由于前列腺活检是超声引导的, 因此使用传统超声换能器阵列的光声成像可以很方便地集成用于信号采集, 但由于前列腺及其周围组织的光散射, 前列腺光声成像的穿透深度通常限制在 3~5cm^[44]。因此, 从皮肤表面直接检测前列腺是不可行的。目前侵入性最小的两种光传输方法是经直肠光传输和经尿道光传输。通过使用这两种光传输设计, 利用光声成像的化学特异性, 为前列腺检测提供了一种新方法。

2.2.1 前列腺辅助穿刺 前列腺癌在超声上的可视化效果很差, 目前临床活检需专业技术或与超声和磁共振成像融合后进行引导穿刺, 但磁共振成像和超声同时进行是很困难的。因此一种直观、准确的前列腺穿刺引导方式很有必要。在 Bungart等^[21]的研究中, 利用双模态光声断层扫描和超声, 使用基于纹理的机器学习图像识别前列腺活检目标。研究发现1064 nm超声和光声图像经过基于纹理的 k-means 聚类特征学习, 成功地在测试组中得到验证的肿瘤聚类中心, 对原发性和继发性病变提供了 100% （3/3） 和 67% （2/3） 的敏感性, 这为靶向前列腺活检位置提供了可能。

光声光谱可以产生丰富的关于生物组织的化学和物理信息。然而, 如此丰富的信息使得直接分类组织变得困难。Chen等^[23]使用机器学习方法通过光声谱分析诊断前列腺癌。利用血红蛋白、胶原蛋白和脂质的含量和分布, 应用于癌症组织诊断的准确率达到 82%, 优于目前标准临床方法。该技术显示出对侵袭性前列腺癌进行无痛早期诊断的巨大潜力。Kothapalli 等^[45]最近展示了一种双模式经直肠超声和光声成像系统, 它将经直肠超声的物理特征与光声成像的分子特异性相结合, 并对临床未静脉注射和静脉注射吲哚菁绿（indocyanine green, ICG）的前列腺癌患者 （n=20） 进行了研究。临床结果表明, 光声成像技术提供了血管对比和 ICG的前列腺内光声对比的增强, 对前列腺癌症筛查和管理有益, 可以用靶向替代或减少随机活检, 帮助选择合适的治疗方案, 使治疗变得更加智慧化。Mohammad等^[46]使用光纤调Q激光器、128通道超声波探头、数字信号处理器和滤波径反向投影算法, 实现了犬前列腺中富含血液的病变的光声图像, 可以清楚地识别出高度血管化肿瘤的病变。该研究证明了光声成像系统能够显示具有高血液含量的前列腺病变, 检测前列腺中早期侵袭性生长的恶性肿瘤灵敏度高, 并为活检提供一种引导方法。Ishihara等^[47]开发了一种经直肠超声型光声探头, 系统由一个光学照明系统的微凸阵列换能器组成, 证实了光声信号模式与血管数量之间的关系, 证明经直肠光声成像的临床可能性, 能使外科医师识别感兴趣区域或进行针对性的活检。

2.2.2 前列腺肿瘤辅助诊断 与纯超声成像相比, 由于肿瘤富含血液, 光声成像由于其独特的化学选择性会使肿瘤的图像增强。经直肠超声探头已广泛应用于临床, 光声成像与经直肠光学探头相结合是目前最方便和侵入性最小的方案。

Horiguchi等^[48]开发了一种光声成像系统, 该系统结合了光学和传统的线性阵列超声探头, 在术中监测了7例非保留神经耻骨后根治性前列腺切除术患者的前列腺周围组织, 能够区分微血管复合物和邻近神经与周围组织。该研究为术中神经血管束的实时可视化提供了方法, 有助于保留神经的根治性前列腺切除术, 并在一定程度上改善手术结果。他们还使用经直肠超声型探头的光声成像系统, 对在前列腺活检前接受光声成像并随后接受根治性前列腺切除术的3例患者进行回顾性分析, 证明光声成像信号的强度可能反映了正常前列腺组织和指示肿瘤中的微血管分布。光声成像可能是一种指示前列腺癌血管生成的新技术。Wang等^[49]在离体犬前列腺组织模型上, 实现了由注射血液引起的假性癌性病变犬前列腺的体内和离体光声成像。通过将其与纯超声成像进行比较, 证明了光声成像可以定位前列腺中富含血液的区域, 而体内超声成像只提供了犬前列腺结构图像, 未能区分前列腺中的富含血液病变。Cong等^[50]在模拟前列腺癌的犬模型中证明了光声探头在前列腺癌体内诊断中的用途, 该系统可以在前列腺癌成像中实现高灵敏度和宽视场, 还实现了体外前列腺穿刺活检的微创实时引导, 展示了该探针在前列腺癌早期筛查和早期预防治疗方面的潜力。Kumon等^[51]对来自皮下前列腺癌小鼠模型的光声信号进行频域分析, 以生成用于组织表征的定量参数, 最后根据光谱特征将癌组织与健康组织区分开来。该研究结果初步表明, 这种频域分析可以为使用体内光声成像的肿瘤组织表征提供智能定量方法。