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)來檢測腫瘤和身體深部組織的活動。美國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，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(nèi)的脈管系統(tǒng)。中圖是投射到x-z軸二維平面上的典型的大腦脈管系統(tǒng)增強(qiáng)成像圖像。右圖是小鼠大腦血紅蛋白氧飽和的光聲顯微鏡拍攝的圖像，是通過兩束激光，利用基于單波長和脈沖寬度的新方法拍攝到的。

      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Gene K. Beare生物醫(yī)學(xué)工程教授。使用光聲顯微鏡技術(shù)（PAM），以及他實驗室此前研發(fā)的一種基于單波長和脈沖寬度的技術(shù)，汪立宏的團(tuán)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-scanning PAM）快50倍，比聲音分辨率系統(tǒng)（acoustic-resolution system）快100倍，比基于磷光壽命的雙光子顯微鏡技術(shù)（phosphorescence-lifetime-based two-photon microscopy，TPM）快超過500倍。

      這些研究成果于3月30日在《自然 方法》（Nature Methods）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(jié)構(gòu)、血氧水平和血流的動力學(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，汪立宏和他的實驗室使用了快速功能光聲顯微鏡技術(shù)（fast-functional PAM），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(dá)到他們實驗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，比基于超聲陣列的光聲CT（ultrasound-array-based photoacoustic computed tomography）的分辨率高超過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，單向的成像速度能夠達(dá)到100千赫，也就是說10微秒。

    “使用這種新的基于單波長和脈沖寬度的技術(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。“而且使用這種方法，我們能夠?qū)π∈蟠竽X的血氧水平逐根進(jìn)行成像，拼貼出整個大腦中的情況。”

    “過去十年間，我們對人腦功能的很多發(fā)現(xiàn)都是使用功能核磁共振對血流進(jìn)行觀察而得到的，”美國國立生物醫(yī)學(xué)成像和生物工程學(xué)研究所光學(xué)成像的項目主管Richard Conroy介紹到，“汪立宏的研究極大的提高了光聲成像技術(shù)的時間和空間分辨率，使這項技術(shù)可能用于在單細(xì)胞水平檢測血流的動力學(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)。”

      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題，汪立宏和他的團(tuán)隊發(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(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照試劑，PAM就能使我們對與血紅蛋白相關(guān)的重要參數(shù)進(jìn)行逐根血管的定量掃描，甚至計算出氧的代謝速度。由于氧代謝在基本的生命活動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。”

                                                                                   （來源：生物谷）