单脉冲光声计算机断层扫描提供小动物器官完整截面图像

很多小型实验动物，最常见的是小鼠，对新药开发、生理、病理以及临床前研究都是不可或缺的。如果能够更好的研究这些小动物的活体情况，对于很多研究来说更具参考价值，比如，肿瘤的发展，药物的递送，预后的研究。

来自杜克大学和华盛顿大学圣路易斯分校的研究人员开发了一种名为单脉冲光声计算机断层扫描(SIP-PACT)的技术。这是一种新的光声技术组合，它能够提供惊人的高分辨率，可以实现对活体小动物实时的断层扫描。新技术能够观察到器官活体的样子，血液在流动、神经在放电、肿瘤在生长。研究发表在《Nature Biomedical Engineering》上。

光声成像技术利用光来诱导细胞发出超声波，现在这种技术可以在一分钟内完成活体小鼠的全身横截面扫描。(图片来源：杜克大学)

此前，这些动物模型的全身成像依赖于经典的非光学方法，例如包括磁共振成像(MRI)，X射线计算机断层摄影(X射线CT)，正电子发射断层扫描(PET)或单光子发射计算机断层摄影术(SPECT)和超声断层摄影(UST)。虽然这些技术可以提供深层次渗透，但是有着各种的限制性。以MRI为例，实现微观分辨率需要昂贵的高磁场和长的数据采集时间，范围从几秒到几分钟，对于动力学研究来说太慢了。X射线CT缺乏功能性对比，PET和SPECT单独使用时空间分辨率较差，另外，X射线CT，PET和SPECT会递送较强的电离辐射，对于活体来说，实在不适合全身使用。

我们今天所介绍的这种光声成像技术，则打破了之前长期存在的对小动物全身成像分辨率和速度的障碍，新技术快速的提供了小动物内部组织器官的完整截面图像。

使用新技术对小鼠体内肠道的工作实况进行光声成像。(图片来源：杜克大学)

传统的光学显微镜能够显示出组织吸收、发射光的快速、高分辨率图像，但是光穿透组织只有几毫米，严重限制了它的应用。超声波能够深入的穿透组织，但是不能够阅读组织的化学成分和光信息。SIP-PACT技术将光声成像整合到一个平台，该技术使用极短时间的激光脉冲进入组织，由于组织加热和膨胀从而产生超声波，然后超声换能器能够检测到这些声波来渲染图像。

SIP-PACT技术原理示意图(图片来源：《Nature Biomedical Engineering》)

这是一种安全的成像技术，目前，能够达到5厘米的深度以及亚毫米级别的分辨率，同时，能够保留光学显微镜的功能。升级后的设备可以对成年大鼠以每秒50次的频率进行横截面扫面，并且以120微米的分辨率对活体内部工作详情成像。

新技术通过测量氧水平对活体小鼠脑部的神经元放电进行跟踪，同功能性磁共振扫描相似。(图片来源：杜克大学)

研究人员表示，“全景效果提供了从四面八方所有角度的信息，这样你就不会错过从每个激光发射的任何信息。你可以观察到身体内部的实时运作——心脏泵血，动脉扩张，各种组织的运作。”

这种成像技术具有巨大的临床应用潜力，它很安全，且不依赖于任何注射的造影剂。目前，这种技术适用于临床前研究，对于药物开发、评价及疾病研究和治疗预后来说都将是强大的助力。