大腦成像新技術(shù)：分辨率水平達(dá)毛細(xì)血管級(jí)

汪立宏是圣路易斯華盛頓大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的GeneK.Beare生物醫(yī)學(xué)工程教授。使用光聲顯微鏡技術(shù)（PAM），以及他實(shí)驗(yàn)室此前研發(fā)的一種基于單波長(zhǎng)和脈沖寬度的技術(shù)，汪立宏的團(tuán)隊(duì)得以對(duì)血氧水平進(jìn)行更加快速的測(cè)量，測(cè)量速度比此前他們使用的快速掃描光聲顯微鏡技術(shù)快50倍，比聲音分辨率系統(tǒng)快100倍，比基于磷光壽命的雙光子顯微鏡技術(shù)快500倍以上。

這些研究成果于近期在《自然方法》雜志的網(wǎng)頁上提前在線發(fā)表。

此前已有的方法包括功能核磁共振、TMP和寬場(chǎng)光學(xué)顯微鏡技術(shù)，這些技術(shù)都能用于檢測(cè)小鼠大腦的結(jié)構(gòu)、血氧水平和血流的動(dòng)力學(xué)。但汪立宏介紹說，這些方法的速度和分辨率都很有限。

為了彌補(bǔ)這些缺陷，汪立宏和他的實(shí)驗(yàn)室使用了快速功能光聲顯微鏡技術(shù)，這種技術(shù)使他們能夠穿透完整的顱骨對(duì)活體小鼠的大腦進(jìn)行高分辨率和高速成像。這種技術(shù)的橫向空間分辨率可以達(dá)到他們實(shí)驗(yàn)室此前使用的快速掃描系統(tǒng)的5倍，是此前聲音分辨率系統(tǒng)的25倍，超過基于超聲陣列的光聲CT的分辨率35倍。

最重要的是，PAM能夠?qū)ρ跛竭M(jìn)行3D成像，分辨率的水平能夠達(dá)到毛細(xì)血管級(jí)，單向的成像速度能夠達(dá)到100kHz，也就是10μs。

“使用這種新的基于單波長(zhǎng)和脈沖寬度的技術(shù)，PAM能夠?qū)ρt蛋白的氧飽和進(jìn)行高速的成像，”汪立宏介紹說?！岸沂褂眠@種方法，我們能夠?qū)π∈蟠竽X的血氧水平逐根進(jìn)行成像，拼貼出整個(gè)大腦中的情況?！?/p>

“過去10年間，我們對(duì)人腦功能的很多發(fā)現(xiàn)都是使用功能核磁共振對(duì)血流進(jìn)行觀察而得到的，”美國(guó)國(guó)立生物醫(yī)學(xué)成像和生物工程學(xué)研究所光學(xué)成像的項(xiàng)目主管Richard Conroy介紹到，“汪立宏的研究極大地提高了光聲成像技術(shù)的時(shí)間和空間分辨率，使這項(xiàng)技術(shù)可能用于在單細(xì)胞水平檢測(cè)血流的動(dòng)力學(xué)和氧代謝。光聲成像技術(shù)在未來可以成為功能核磁共振重要的補(bǔ)充，在腦功能和疾病的發(fā)生領(lǐng)域做出重要的發(fā)現(xiàn)?！?/p>

關(guān)于這種顯微鏡技術(shù)對(duì)于活體組織是否有不良影響這一問題，汪立宏和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，所有用于成像的紅細(xì)胞成像后都保持完整，沒有對(duì)腦組織產(chǎn)生損害。

“PAM對(duì)于血液中的血紅蛋白和血紅蛋白與氧結(jié)合后顏色的變化非常靈敏，”汪立宏介紹說，“無需注射外源性的對(duì)照試劑，PAM就能使我們對(duì)與血紅蛋白相關(guān)的重要參數(shù)進(jìn)行逐根血管的定量掃描，甚至計(jì)算出氧的代謝速度。由于氧代謝在基本的生命活動(dòng)和諸如糖尿病和癌癥這樣的疾病中非常重要，PAM未來可能得到廣泛的應(yīng)用。”

大腦成像新技術(shù)：分辨率水平達(dá)毛細(xì)血管級(jí)

據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，研究癌癥和其它侵入性疾病的科學(xué)家的工作依賴于高分辨率的成像技術(shù)，科學(xué)家們使用這些技術(shù)來檢測(cè)腫瘤和身體深部組織的活動(dòng)。美國(guó)圣路易斯華盛頓大學(xué)的汪立宏（Lihong Wang）博士和他的研究小組發(fā)明了一種新的高速、高分辨率的成像方法。使用這種方法，能夠?qū)铙w小鼠大腦的血流、血氧、氧代謝和其它功能進(jìn)行檢測(cè)，速度比此前的方法都要快。