红外主塔中图像血液和脂质的光声断层扫描

光声断层扫描 （PAT），有时也称为光声断层扫描，是一种新兴的生物医学成像方式，它利用光产生的声波从组织中获取成分信息。

光声断层扫描 （PAT） 使用特定波长的光对组织的特定成分进行成像。这对于各种临床前和临床应用非常有用，例如监测基于脂质的疾病进展。

目前使用的成像技术在采集时间、穿透深度、有害造影剂的使用和成本方面存在固有的限制。另一方面，PAT 是一种快速、无创且不含造影剂的技术，当与现有的成像方式（如超声）相结合时，可以同时提供结构和成分信息。

本视频将说明振动 PAT 的基本原理以及在小鼠中设置血液和脂质成像的方法。接下来，我们将演示如何结合超声解释 VPAT 图像，然后介绍该技术的一些应用。

让我们首先讨论这种成像技术的基本原理。

在 VPAT 成像过程中，来自激光源的单波长光显示在感兴趣区域。然后，该光被生物组织中特定波长的化学键吸收。在 VPAT 中，吸收的光导致分子振动。

然后，一些振动能量被转化为瞬态加热。然后，这种热量的产生会导致局部组织的热弹性膨胀，从而产生超声波传播。这称为光声效应。超声换能器对超声波的检测会产生成分特异性断层扫描图像。

在数学上，光诱导声波 P naught 受温度依赖性 Gruneisen 参数 gamma、吸收系数 mu a 和局部光通量 F 的控制。因此，温度每升高一个毫开尔文，就会有一个 800 帕的压力波，可以使用超声换能器检测到。这种键选择性吸收光允许用户通过调整光的波长来靶向各种生物成分。

例如，1,100 纳米光用于靶向血液，1,210 纳米光用于靶向脂质。此外，由于光被用来诱导声波传播，因此该技术通常可用于比其他光学技术更深的结构成像，而无需造影剂或侵入性手术。

回顾了 VPAT 的基础知识之后，现在让我们看看一个例子，说明如何设置和执行 VPAT 以对载脂蛋白 E 缺陷小鼠的肾下主动脉中的血液和脂质进行成像。

首先，获得必要的设备：一台 Nd：YAG 脉冲光学参量振荡器激光器、一个超声系统、一个延迟发生器和一个连接到两根 BNC 电缆的 D 型连接器。然后，将 Fire BNC 电缆连接到延迟发生器的端口 A，将 Q 开关连接到延迟发生器的端口 B。将 BNC 电缆的一端从端口 C 连接到超声系统背面的触发装置。

将端口 A、B 和 C 的延迟调整为此处列出的值。端口 A 和 B 应专门输出反向脉冲，端口 C 应输出正常脉冲。然后，将光纤电缆与激光器对齐，并将光纤末端连接到 40 兆赫兹超声传感器的侧面。

现在，让我们演示如何为动物准备光声断层扫描。

首先，在敲除室中使用 3% 异氟醚麻醉载脂蛋白 E 缺陷小鼠。麻醉动物后，将鼠标移至加热台并固定鼻锥以输送 1 至 2% 的异氟醚。在动物的眼睛上涂抹眼部润滑剂以防止角膜干燥。将老鼠的爪子粘在加热台内置的电极上，以监测动物的呼吸和心率。最后，插入直肠探头以监测体温。

接下来，涂抹脱毛膏去除动物整个腹部的毛发。将超声换能器放在动物的腹部，并找到肾下主动脉。左肾静脉和进入尾动脉的主动脉三分叉是两个标志，可以帮助用户定位该区域。

要开始采集图像，请按 B 模式可查看实时 B 模式图像。使用 2D Gain 旋钮调整增益，使用 Focal Zone 和 Focus Depth 旋钮调整焦点。使用 Depth Offset、Image Width 和 Image Depth 按钮调整图像宽度和深度。

在此之后，打开激光。按 PA 模式可查看实时 B 模式和 PA 图像。使用 2D Gain 旋钮调整 PA 增益，并在屏幕上调整 PA 窗口和彩图。以 1,100 纳米光运行激光以靶向血液，然后以 1,210 纳米光靶向脂质。

现在让我们回顾一下 VPAT 方案的结果，以在体内进行脂质和血液特异性成像。

超声成像可以获取有关肾下主动脉的结构信息。这可用于更好地解释 VPAT 组合信息。具体来说，1,100 纳米光对主动脉内的血液进行成像，而 1,210 纳米光对皮下和主动脉周围脂肪堆积进行成像。

从这些图像中可以看出，皮下脂肪遵循皮肤的几何形状。然而，主动脉周围脂肪沿着主动脉的轮廓，血液信号来自主动脉内部。

光声断层扫描可用于各种临床前和临床应用。

体内小动物成像在临床前研究中起着重要作用，光声断层扫描使用近红外光来检测电子吸收，从而能够对大脑深部特征进行高分辨率成像，用于神经生物学应用。收集有关血红蛋白氧合、血管解剖结构和血流的精确数据。这些内部脑成像信息可用于评估正常和病理性的脑组织。

在血管医学中，可视化静脉和动脉并评估其功能非常重要。光声断层扫描提供成分信息，将斑块表征为易危或稳定，从而有助于预测哪些斑块容易破裂，并可能诱发心肌梗死或缺血性卒中。

您刚刚观看了 JoVE 的光声断层扫描简介。您现在应该了解这种成像技术的基本原理，并能够对动物进行成像并解释结果。感谢观看！