超声定位显微镜可以成像微观血管并测量大脑中的血流

2022-06-03 10:32:59  信息编号：K217987  浏览次数：95

为了对微观血管进行成像并测量大脑中的血流，研究人员使用了一种称为超声定位显微镜的工具。它通过使用在血流中循环的微小气泡作为造影剂来测量通过身体的高频声波的反射。

贝克曼先进科学技术研究所的研究人员开发了一种基于曲波的算法，可以快速测量和重建小鼠大脑中的全脑血管和血流。他们的工作可用于未来对阿尔茨海默病等疾病的神**管机制的研究。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究生研究员齐游在电气与计算机工程和生物工程助理教授宋鹏飞的指导下领导了这项研究。他们的方法利用超声技术在短短几秒钟内生成动物微血管系统的全脑图像。

”我们的方法是对这项技术的实用性的巨大改进。我们不需要将两三分钟的数据平均在一起，而是只需要一两秒的数据并拥有良好的图像。时间分辨率大大提高，这对于测量血流的动态特性非常重要。”

电气与计算机工程与生物工程助理教授宋鹏飞说道。

该方法依靠旋转和缩放许多小的任意曲线来拟合微泡成像数据的局部结构。

“在局部，血管实际上非常类似于曲波，这些小曲线。你可以将任意形状的血管分解成任意曲波的组合。当你对微泡数据应用曲率变换时，你会发现你只需要非常少量的数据来代表整个完整的血管结构。我们已经在几种不同类型的组织和血管结构中验证了该算法，所有这些都表现良好。血管是异质的，但在局部，它们遵循相似的同质结构。”

将此曲线波模型与稀疏促进算法相结合，产生了一种有效且高度通用的方法，用于根据小鼠大脑中的微泡数据测量血流和脉管系统。

该研究是与分子和综合生理学教授 Dan Llano 博士合作进行的。

“我们开发了一种工具，能够以非常高的空间分辨率和穿透深度对整个大脑微血管系统进行成像。对于像 Dan 这样的研究人员来说，使用小动物疾病模型对于从机械上理解衰老、阿尔茨海默氏症或中风等病理非常重要。”宋说。

该方法需要非常少量的微泡数据来重建血流和组织微脉管系统。You 说，它利用了快速超声成像固有的稀疏性，并将后处理加速到 10 到 30 秒。

宋强调，贝克曼独特的跨学科环境是合作的关键驱动力。

“据我们所知，我们的技术是唯一能够以非常高分辨率对全脑微血管系统进行成像的技术，因此这对神经科学家来说是一个非常诱人的工具，”宋说。“贝克曼的协作环境鼓励科学家们相互联系，创造这种研究。在四楼，我们正在构建这些强大的成像工具，并与二楼的丹这样的研究人员合作，他们将使用我们构建的东西。贝克曼研究所对这项研究至关重要。”

微泡被广泛用作人体临床超声中的超声成像对比，为该技术未来临床转化为中风、血管闭塞和神**管健康的无创评估打开了大门。

“许多神经系统疾病和病症与血管疾病有很强的相关性。未来，由于成本低、便携性和安全性，我们的超声技术可能是筛查技术的良好候选者。强烈需要为临床前应用开发这项技术。”