研究癌癥和其它侵入性疾病的科學(xué)家的工作依賴(lài)于高分辨率的成像技術(shù)，科學(xué)家們使用這些技術(shù)來(lái)檢測腫瘤和身體深部組織的活動(dòng)。美國圣路易斯華盛頓大學(xué)的汪立宏（LihongWang）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，能夠對活體小鼠大腦的血流、血氧、氧代謝和其它功能進(jìn)行檢測，速度比此前的方法都要快。
這些是快速功能光聲顯微鏡拍攝到的小鼠大腦的圖像。左圖是投射到x-y軸二維平面上的完整顱骨內的脈管系統。中圖是投射到x-z軸二維平面上的典型的大腦脈管系統增強成像圖像。
汪立宏是圣路易斯華盛頓大學(xué)工程與應用科學(xué)學(xué)院的GeneK.Beare生物醫學(xué)工程教授。使用光聲顯微鏡技術(shù)（PAM），以及他實(shí)驗室此前研發(fā)的一種基于單波長(cháng)和脈沖寬度的技術(shù)，汪立宏的團隊得以對血氧水平進(jìn)行更加快速的測量，測量速度比此前他們使用的快速掃描光聲顯微鏡技術(shù)（fast-scanningPAM）快50倍，比聲音分辨率系統（acoustic-resolutionsystem）快100倍，比基于磷光壽命的雙光子顯微鏡技術(shù)（phosphorescence-lifetime-basedtwo-photonmicroscopy，TPM）快超過(guò)500倍。
這些研究成果于3月30日在《自然方法》（NatureMethods）雜志的網(wǎng)頁(yè)上提前在線(xiàn)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)都能用于檢測小鼠大腦的結構、血氧水平和血流的動(dòng)力學(xué)。但汪立宏介紹說(shuō)，這些方法的速度和分辨率都很有限。
為了彌補這些缺陷，汪立宏和他的實(shí)驗室使用了快速功能光聲顯微鏡技術(shù)（fast-functionalPAM），這種技術(shù)使他們能夠穿透完整的顱骨對活體小鼠的大腦進(jìn)行高分辨率而又高速的成像。這種技術(shù)的橫向空間分辨率可以達到他們實(shí)驗室此前使用的快速掃描系統的5倍，是此前聲音分辨率系統的25倍，比基于超聲陣列的光聲CT（ultrasound-array-basedphotoacousticcomputedtomography）的分辨率高超過(guò)35倍。
最重要的是，PAM能夠對血氧水平進(jìn)行3D成像，分辨率的水平能夠達到毛細血管級，單向的成像速度能夠達到100千赫，也就是說(shuō)10微秒。
“使用這種新的基于單波長(cháng)和脈沖寬度的技術(shù)，PAM能夠對血紅蛋白的氧飽和進(jìn)行高速的成像，”汪立宏介紹說(shuō)。“而且使用這種方法，我們能夠對小鼠大腦的血氧水平逐根進(jìn)行成像，拼貼出整個(gè)大腦中的情況。”
“過(guò)去十年間，我們對人腦功能的很多發(fā)現都是使用功能核磁共振對血流進(jìn)行觀(guān)察而得到的，”美國國立生物醫學(xué)成像和生物工程學(xué)研究所光學(xué)成像的項目主管RichardConroy介紹到，“汪立宏的研究極大的提高了光聲成像技術(shù)的時(shí)間和空間分辨率，使這項技術(shù)可能用于在單細胞水平檢測血流的動(dòng)力學(xué)和氧代謝。光聲成像技術(shù)在未來(lái)可以成為功能核磁共振重要的補充，在腦功能和疾病的發(fā)生領(lǐng)域做出重要的發(fā)現。”
對于這種顯微鏡技術(shù)對于活體組織是否有不良影響這一問(wèn)題，汪立宏和他的團隊發(fā)現，所有用于成像的紅細胞成像后都保持完整，沒(méi)有對腦組織產(chǎn)生損害。
“PAM對于血液中的血紅蛋白和血紅蛋白與氧結合后顏色的變化非常靈敏，”汪立宏介紹說(shuō)，“無(wú)需注射外源性的對照試劑，PAM就能使我們對與血紅蛋白相關(guān)的重要參數進(jìn)行逐根血管的定量掃描，甚至計算出氧的代謝速度。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(lái)可能得到廣泛的應用。”
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