首次在松鼠猴上實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)超聲血流成像且分辨率達(dá)9.5μm的研究

研究展示了全腦冠狀面和矢狀面的血管成像，清晰識別了包括Willis環(huán)在內(nèi)的主要血管結(jié)構(gòu)，證明該技術(shù)在全腦范圍內(nèi)的成像能力。此外，通過追蹤微泡運(yùn)動，研究者成功量化了血流速度（8.8–55 mm/s）和血流量（0.1–279 μL/min），涵蓋了從微血管到主血管的動態(tài)范圍。這些結(jié)果表明，該方法具備在非人靈長類中實(shí)現(xiàn)高分辨率、非侵入性腦血管結(jié)構(gòu)與功能成像的潛力。

研究使用的是Iconeus超聲功能及血流成像儀，禮智生物自2019年將ICONEUS品牌引進(jìn)國內(nèi)以來，積累了豐富的fUS及ULM技術(shù)的手術(shù)、實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析經(jīng)驗(yàn)，歡迎聯(lián)系禮智詳細(xì)了解這一技術(shù)（聯(lián)系方式見文末）。

Iconeus超聲功能及血流成像儀

圖1. 松鼠猴的經(jīng)顱超聲定位顯微鏡技術(shù)

a. 采集設(shè)置： 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過程，包括麻醉動物的頭部固定、剃毛、涂抹超聲凝膠以及放置超聲探頭和連接系統(tǒng)。
b. 成像序列： 成像方法，發(fā)射不同角度的平面波并復(fù)合形成圖像，然后將每200幅圖像分組為一個(gè)數(shù)據(jù)塊。
c. 圖像處理流程： 概括了圖像處理的幾個(gè)關(guān)鍵步驟：SVD濾波、微泡定位與追蹤（示意圖）以及軌跡累積。

圖2. ULM采集參數(shù)的優(yōu)化

本圖通過微泡密度圖（暖色標(biāo)）和速度圖（藍(lán)紅色標(biāo)）等，系統(tǒng)性地展示了不同采集參數(shù)對成像效果的影響，并利用傅里葉環(huán)相關(guān)曲線評估圖像質(zhì)量。
優(yōu)化參數(shù)包括： 發(fā)射頻率、發(fā)射電壓、幀率、平面波數(shù)量、角度孔徑、半周期數(shù)和占空比。

圖3. 松鼠猴的血管解剖結(jié)構(gòu)

a. 內(nèi)側(cè)矢狀面觀： 展示了該切面上的微泡密度圖，并標(biāo)注了從淺到深的多個(gè)解剖標(biāo)志血管。
b. 冠狀面序列： 顯示了在1.4厘米范圍內(nèi)每隔1毫米采集的冠狀面微泡密度圖，Y0為參考平面。

圖4. 系統(tǒng)和圖像分辨率

a. 平均FRC曲線： 通過傅里葉環(huán)相關(guān)分析確定系統(tǒng)的分辨率極限為9.52微米。
b. 亞波長結(jié)構(gòu)可檢測性： 通過分析一條小皮質(zhì)血管的強(qiáng)度剖面圖（顯示其半高全寬）來證明系統(tǒng)能夠分辨亞波長級別的結(jié)構(gòu)。

圖5. 灌注特性

a. 冠狀面速度圖： 顯示了一個(gè)冠狀面的血流速度分布，并標(biāo)明了淺層和深部感興趣區(qū)。
b. 皮質(zhì)血管段速度剖面： 展示了一段皮質(zhì)血管及其對應(yīng)的速度分布，用半高全寬標(biāo)示。
c. 大型深部血管段速度剖面： 展示了一段大型深部血管及其對應(yīng)的速度分布，同樣用半高全寬標(biāo)示。

研究應(yīng)用價(jià)值
本研究為非人靈長類腦科學(xué)研究提供了一種高分辨率、非侵入性的腦血管成像新工具，具有重要的科研與臨床轉(zhuǎn)化價(jià)值。

在基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)中，該方法可用于研究神經(jīng)血管耦合機(jī)制、腦血流調(diào)節(jié)及血管在認(rèn)知過程中的作用，尤其是在穿透性小動脈水平，這些結(jié)構(gòu)是神經(jīng)血管功能的核心。

在疾病研究中，該技術(shù)有望用于腦血管病變的早期檢測與機(jī)制研究，如阿爾茨海默病中的血流減少、小血管病或卒中后的血管重塑過程。其無創(chuàng)特性允許在同一動物中進(jìn)行長期動態(tài)觀察，有助于評估疾病進(jìn)展或治療反應(yīng)。

此外，該研究為臨床超聲成像技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，推動了超聲血流成像在更大腦容量、更復(fù)雜顱骨結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。未來或可應(yīng)用于神經(jīng)外科術(shù)前規(guī)劃、腦血流監(jiān)測及藥物遞送評估等領(lǐng)域，具有廣泛的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)
https://doi.org/10.1101/2025.08.05.667956
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