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新型光聲顯微鏡可為腦部神經(jīng)血管實(shí)時(shí)“照相” 幫助快速了解中風(fēng)情況

文章來(lái)源：賢集網(wǎng)發(fā)布日期：2022-05-31瀏覽次數(shù)：76
該方法打破了腦成像技術(shù)中的速度和分辨率障礙，并有助于深入了解中風(fēng)、癡呆和急性腦損傷。

超快功能光聲顯微鏡（UFF-PAM）采用先進(jìn)的硬件、基于受激拉曼散射的雙波長(zhǎng)激光激發(fā)、高靈敏度超聲換能器和基于深度學(xué)習(xí)的技術(shù)，超越了標(biāo)準(zhǔn)光聲顯微鏡（PAM）系統(tǒng)的能力。UFF-PAM的硬件包括一個(gè)浸入水中的12面多邊形掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以向比標(biāo)準(zhǔn)光聲成像設(shè)備更大的區(qū)域發(fā)送更多的激光脈沖。


為了實(shí)現(xiàn)高速腦功能成像，UFF-PAM具有532的雙波長(zhǎng)激發(fā)?和558?納米。掃描機(jī)構(gòu)可同時(shí)控制激光激發(fā)和超聲檢測(cè)的共焦光束。


據(jù)姚俊杰教授介紹，硬件的使用使該設(shè)備的速度提高了一倍，使UFF-PAM成為該團(tuán)隊(duì)已知的快的光聲成像技術(shù)。UFF-PAM在11毫米掃描范圍內(nèi)的大行掃描速率超過(guò)2 kHz。


為了提高圖像質(zhì)量，研究人員開(kāi)發(fā)了一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，并訓(xùn)練它識(shí)別大腦中的血管，使用了之前實(shí)驗(yàn)中收集的400多張小鼠大腦圖像。雖然每個(gè)大腦都是不同的，但算法學(xué)會(huì)了識(shí)別共同的結(jié)構(gòu)，并利用這些知識(shí)來(lái)填補(bǔ)圖像的缺失信息。采用一種自動(dòng)圖像配準(zhǔn)方法來(lái)克服多邊形面片的任何不對(duì)中。



“終的圖像看起來(lái)就像我們通常以較慢的速度拍攝的高分辨率圖像一樣細(xì)致，而且我們不需要犧牲整個(gè)視野，”姚說(shuō)。在11 × 7.5 × 1.5 mm3的視場(chǎng)上，UFF-PAM的體積成像速率為2hz，空間分辨率約為10 μm。


該團(tuán)隊(duì)使用UFF-PAM來(lái)觀(guān)察小鼠大腦中的血管對(duì)缺氧、藥物誘發(fā)的低血壓和缺血性中風(fēng)的反應(yīng)。在對(duì)缺氧的反應(yīng)中，UFF-PAM跟蹤了氧氣如何通過(guò)小鼠的大腦，并表明低氧水平導(dǎo)致血管擴(kuò)張。


因?yàn)槲覀兒芸斓玫搅诵⊙艿母叻直媛室晥D，我們看到擴(kuò)張實(shí)際上并不是對(duì)藥物的普遍反應(yīng)，我們發(fā)現(xiàn)這些小血管不能為組織提供足夠的氧氣和營(yíng)養(yǎng)，這就造成了損傷。


研究人員還使用UFF-PAM觀(guān)察大腦對(duì)中風(fēng)的反應(yīng)以及中風(fēng)后的恢復(fù)情況。中風(fēng)后，受影響區(qū)域的血管立即收縮。鄰近的血管也會(huì)收縮，這是由于一種稱(chēng)為擴(kuò)散去極化波的效應(yīng)。由于UFF-PAM的大視場(chǎng)和快速成像速度，研究小組精確定位了波的起始位置，并跟蹤其在整個(gè)大腦中傳播的運(yùn)動(dòng)。


該團(tuán)隊(duì)旨在利用UFF-PAM探索癡呆、阿爾茨海默病和長(zhǎng)2019冠狀病毒疾病等腦部疾病模型。它還計(jì)劃將該工具的用途擴(kuò)展到心臟、肝臟和胎盤(pán)等器官的成像，這些器官傳統(tǒng)上很難成像，因?yàn)樗鼈兛偸窃谶\(yùn)動(dòng)，這就需要快速操作工具。