方法文章

研究血流的高级技术

DOI:

10.3791/65000

2023年3月3日

本文内容

摘要

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文章讨论:

Tang, GL, Kim, KJ. 小鼠后肢的激光多普勒灌注成像。可视化实验杂志。(170),e62012 (2021)。

Hage, BD, Truemper, EJ, Bashford, GR 用于监测脑血流的功能性经颅多普勒超声。可视化实验杂志。(169),e62048 (2021)。

Baranger, J., Mertens, L., Villemain, O. 使用超快多普勒进行血流成像。可视化实验杂志。(164),e61838 (2020)。

Granja, T., de Andrade, SF, Rodrigues, LM 用于血管研究中功能成像的多光谱光声断层扫描。可视化实验杂志。(184),e63883 (2022)。

Goolaub, D. S., Marini, D., Seed, M., Macgowan, C. K. 使用磁共振成像和运动补偿进行人类胎儿血流量化。可视化实验杂志。(167),e61953 (2021)。

社论

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已知血管功能受损在心血管和非血管疾病(例如阿尔茨海默病)中都起作用。因此,评估血管功能的方法在许多疾病中对于诊断、监测和预防进一步的并发症变得越来越重要。然而,很明显,仅可视化血管的存在是不够的;相反,血管成像必须提供有关血管功能(即血流量)的信息。然而,检测血流可能很困难,具体取决于特定的器官、组织或感兴趣的区域。血流的检测通常需要信号首先穿透更浅表的组织,例如脑脉管系统的骨骼。成像还需要以适合特定任务的分辨率进行。例如,低分辨率技术可以提供全局灌注值,但需要更高的分辨率来监测特定血管或了解与血管结构相关的灌注变化。已经开发出许多技术来克服这些困难,成功测量血管功能。该方法集中的每篇文章都提出了一种独特且创新的血管成像技术,用于评估血流和/或氧气输送到特定器官、组织或感兴趣区域的情况。

在第一篇文章中,Tang 和 Kim1 使用激光多普勒成像(一种常见的临床技术)来评估后肢缺血模型中小鼠脚垫内的整体灌注。虽然该技术不能实现潜在血管结构的可视化,但他们的研究优雅地表明,高分辨率成像对于获取有价值的功能信息并不总是实用或必要的。激光多普勒成像的主要局限性是扫描深度相对较浅,但该技术能够跟踪四肢或手指内的外周灌注。它还可以适用于更集中的区域(例如,检查伤口愈合或确定烧伤严重程度)。

Hage 等人 2 证明,功能性 MRI 的替代方案,即功能性经颅多普勒超声,可以实时测量大脑功能。它们说明了如何通过手动定位超声探头和使用固定装置来定位和成像大脑中动脉。通过将成像限制在仅这条血管上,他们获得了高分辨率的时间血流速度测量值,而不是血管的空间图像。由于大脑中动脉供应大脑半球的大部分,因此血流的时间过程可用于估计神经激活。该技术在各种情况下(例如,屏气或手术期间)或其他活动(例如,运动期间)监测大脑功能方面具有广泛的应用。

Baranger等人3 引入了超快多普勒成像。该技术代表了超声成像技术的进步,可提高图像帧速率(高达 10,000 Hz)和空间分辨率(低至 50 μm)。该技术能够创建整个视野的基于多普勒的血流图,从而在单个图像中提供有关血流速度和血管结构的信息。该技术还适用于 15-20 厘米深度的成像,尽管这需要将空间分辨率降低到 1 毫米。超快多普勒成像可以足够快地获得单帧,以对移动器官(例如心脏)内的血流进行成像。这种技术的主要缺点是大多数超快超声扫描仪只能提供 2D 图像。

Granja等人4 引入了另一项新技术——多光谱光声断层扫描。光声学将光学成像与超声波相结合;组织被可见光到近红外激光脉冲激发,产生热弹性膨胀,超声换能器将其检测为声学信号。不同的波长会引起不同组织的不同反应;通过调谐到特定波长,该技术可以检测和区分来自含氧和脱氧血红蛋白的信号,并建立血管结构图。虽然这种模式不提供任何有关血流的信息,但它能够对血管功能进行独特的、可以说是更直接的读数——血液流经组织时的氧合状态。虽然该技术仅限于表面扫描(深度达 15 毫米)和小体积扫描(15 毫米3),但它在监测缺血方面具有巨大潜力。

相差 MRI 通常用于量化成人的血流量,但 Goolaub 等人 5 展示了如何调整该技术来获得胎儿血流量测量值。具体来说,它们结合了运动矫正、加速成像和心脏门控的替代方法,以实现胎儿主要血管(即主动脉、动脉导管、主肺动脉和上腔静脉)的成像。通过这些进步,他们获得了妊娠晚期胎儿的血管解剖结构和血流信息。这种成像可以对胎儿健康进行关键监测,并可以检测表明严重胎儿病变的胎儿血流量变化,例如先天性心脏缺陷和胎儿生长受限。

该方法集合中包含的方法共同代表了多种成像技术,这些技术都能够量化血管功能。这些技术涵盖不同的感兴趣器官和组织,每种技术都可以扩展到众多疾病应用,包括临床和临床前环境。成像技术不断改进,针对新用途进行修改,并适应特定需求。我们预计这种方法集合将帮助血管和影像学专家了解血管功能监测的快节奏进步。

披露

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作者没有冲突需要披露。

致谢

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我们感谢所有特约作者,是你们使这个系列成为可能。

参考文献

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  1. Tang, G. L., Kim, K. J. Laser Doppler perfusion imaging in the mouse hindlimb. Journal of Visualized Experiments. (170), e62012(2021).
  2. Hage, B. D., Truemper, E. J., Bashford, G. R. Functional transcranial Doppler ultrasound for monitoring cerebral blood flow. Journal of Visualized Experiments. (169), e62048(2021).
  3. Baranger, J., Mertens, L., Villemain, O. Blood flow imaging with ultrafast Doppler. Journal of Visualized Experiments. (164), e61838(2020).
  4. Granja, T., de Andrade, S. F., Rodrigues, L. M. Multispectral optoacoustic tomography for functional imaging in vascular research. Journal of Visualized Experiments. (184), e63883(2022).
  5. Goolaub, D. S., Marini, D., Seed, M., Macgowan, C. K. Human fetal blood flow quantification with magnetic resonance imaging and motion compensation. Journal of Visualized Experiments. (167), e61953(2021).

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