超快光声成像提供了对大脑功能的新见解

杜克大学的科学家开发了一种超快光声成像系统，能够捕获主要脑部疾病中发生的功能和分子变化。

提供与复杂脑血管网络相关的实时、详细信息的成像技术对于扩展我们对中风、痴呆和急性脑损伤等神经血管疾病的理解非常重要。

虽然正电子发射断层扫描(PET)和功能磁共振成像(fMRI)提供了不错的图像，但它们的空间分辨率低，难以区分相邻的身体结构，时间分辨率低，这是产生测量结果所需的时间并构建图像。

同样，光学显微镜可产生高分辨率图像，但成像速度慢和穿透深度差会阻碍成像。微泡增强超声以高分辨率深入穿透，但缺乏功能灵敏度。

另一种成像方法是光声显微镜(PAM)，它使用发射到器官中的激光脉冲。脉冲引起超声波，超声波被捕获以形成图像。

重要的是，PAM可以使用不同波长的激光来瞄准体内的特定结构，甚至可以达到分子水平。这意味着PAM可以测量重要的血流动力学参数，例如血氧、血流量和氧代谢率。

PAM的缺点是扫描速度慢。但是杜克脑科学研究所(DIBS)的研究人员已经解决了这个问题，他们开发了比现有PAM系统快两倍的超快功能光声显微镜(UFF-PAM)。

UFF-PAM使大脑微血管成像成为可能，并具有其他成像技术所缺乏的宽视野和高空间分辨率。

在一项概念验证实验中，杜克大学的研究人员使用UFF-PAM成功地捕获了小鼠大脑中对诱导缺氧、硝普钠诱导的低血压和中风的血液动力学反应。UFF-PAM能够实时捕获快速的全脑变化。

中风实验产生了意想不到的结果。UFF-PAM检测到从脑中风区域发出的扩散去极化(SD)波，在扩散时导致血管变窄(血管收缩)。研究人员和科学家对SD波非常感兴趣，因为对其功能知之甚少。

“SD波可以指示受伤的严重程度，使它们成为一种潜在的诊断工具，”生物医学工程助理教授兼DIBS教员JunjieYao博士说。

“波的性质还可以为脑损伤的类型和程度提供线索，这可以为治疗提供信息并优化治疗，”姚说。

杜克大学的团队现在正在研究使用UFF-PAM来研究其他疾病。虽然UFF-PAM目前仅用于动物，但Yao透露计划开发用于人类的手持式UFF-PAM。

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