很多小型實驗動物，最常見的是小鼠，對新藥開發(fā)、生理、病理以及臨床前研究都是不可或缺的。如果能夠更好的研究這些小動物的活體情況，對于很多研究來說更具參考價值，比如，腫瘤的發(fā)展，藥物的遞送，預(yù)后的研究。
來自杜克大學(xué)和華盛頓大學(xué)圣路易斯分校的研究人員開發(fā)了一種名為單脈沖光聲計算機斷層掃描(SIP-PACT)的技術(shù)。這是一種新的光聲技術(shù)組合，它能夠提供驚人的高分辨率，可以實現(xiàn)對活體小動物實時的斷層掃描。新技術(shù)能夠觀察到器官活體的樣子，血液在流動、神經(jīng)在放電、腫瘤在生長。研究發(fā)表在《Nature Biomedical Engineering》上。
光聲成像技術(shù)利用光來誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)出超聲波，現(xiàn)在這種技術(shù)可以在一分鐘內(nèi)完成活體小鼠的全身橫截面掃描。(圖片來源：杜克大學(xué))
此前，這些動物模型的全身成像依賴于經(jīng)典的非光學(xué)方法，例如包括磁共振成像(MRI)，X射線計算機斷層攝影(X射線CT)，正電子發(fā)射斷層掃描(PET)或單光子發(fā)射計算機斷層攝影術(shù)(SPECT)和超聲斷層攝影(UST)。雖然這些技術(shù)可以提供深層次滲透，但是有著各種的限制性。以MRI為例，實現(xiàn)微觀分辨率需要昂貴的高磁場和長的數(shù)據(jù)采集時間，范圍從幾秒到幾分鐘，對于動力學(xué)研究來說太慢了。X射線CT缺乏功能性對比，PET和SPECT單獨使用時空間分辨率較差，另外，X射線CT，PET和SPECT會遞送較強的電離輻射，對于活體來說，實在不適合全身使用。
我們今天所介紹的這種光聲成像技術(shù)，則打破了之前長期存在的對小動物全身成像分辨率和速度的障礙，新技術(shù)快速的提供了小動物內(nèi)部組織器官的完整截面圖像。
使用新技術(shù)對小鼠體內(nèi)腸道的工作實況進行光聲成像。(圖片來源：杜克大學(xué))
傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡能夠顯示出組織吸收、發(fā)射光的快速、高分辨率圖像，但是光穿透組織只有幾毫米，嚴(yán)重限制了它的應(yīng)用。超聲波能夠深入的穿透組織，但是不能夠閱讀組織的化學(xué)成分和光信息。SIP-PACT技術(shù)將光聲成像整合到一個平臺，該技術(shù)使用極短時間的激光脈沖進入組織，由于組織加熱和膨脹從而產(chǎn)生超聲波，然后超聲換能器能夠檢測到這些聲波來渲染圖像。
SIP-PACT技術(shù)原理示意圖(圖片來源：《Nature Biomedical Engineering》)
這是一種安全的成像技術(shù)，目前，能夠達到5厘米的深度以及亞毫米級別的分辨率，同時，能夠保留光學(xué)顯微鏡的功能。升級后的設(shè)備可以對成年大鼠以每秒50次的頻率進行橫截面掃面，并且以120微米的分辨率對活體內(nèi)部工作詳情成像。
新技術(shù)通過測量氧水平對活體小鼠腦部的神經(jīng)元放電進行跟蹤，同功能性磁共振掃描相似。(圖片來源：杜克大學(xué))
研究人員表示，“全景效果提供了從四面八方所有角度的信息，這樣你就不會錯過從每個激光發(fā)射的任何信息。你可以觀察到身體內(nèi)部的實時運作——心臟泵血，動脈擴張，各種組織的運作。”
這種成像技術(shù)具有巨大的臨床應(yīng)用潛力，它很安全，且不依賴于任何注射的造影劑。目前，這種技術(shù)適用于臨床前研究，對于藥物開發(fā)、評價及疾病研究和治療預(yù)后來說都將是強大的助力。
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