方法論記事

血流を研究するための高度な技術

DOI：

10.3791/65000

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2023年3月3日

 , 
1Physical Sciences Platform, Sunnybrook Research Institute, 2Institute of Biomedical Engineering, University of Toronto, 3Schulich Heart Research Program, Sunnybrook Research Institute, 4Department of Medical Biophysics, University of Toronto

この記事について

要約

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議論された記事:

Tang, G. L., Kim, K. J. マウス後肢におけるレーザードップラー灌流イメージング.視覚化された実験のジャーナル。(170)、E62012(2021)。

Hage, B. D., Truemper, E. J., Bashford, G.R. 脳血流モニタリングのための機能的経頭蓋ドップラー超音波検査.視覚化された実験のジャーナル。(169)、E62048(2021)。

Baranger, J., Mertens, L., Villemain, O. 超高速ドップラーによる血流イメージング.視覚化された実験のジャーナル。(164)、E61838(2020)。

Granja, T., de Andrade, S. F., Rodrigues, L. M. 血管研究における機能イメージングのためのマルチスペクトル光音響断層撮影.視覚化された実験のジャーナル。(184)、E63883(2022)。

Goolaub, D. S., Marini, D., Seed, M., Macgowan, C. K. 磁気共鳴画像法と運動補償によるヒト胎児の血流定量化。視覚化された実験のジャーナル。(167)、E61953(2021)。

編集記事

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血管機能障害は、心血管疾患と非血管疾患(アルツハイマー病など)の両方で関与することが知られています。したがって、血管機能を評価する方法は、さらなる合併症の診断、モニタリング、予防のために、多くの疾患においてますます重要になっています。しかし、血管の存在を視覚化するだけでは十分ではないことは明らかです。代わりに、血管イメージングは血管機能 (つまり、血流) に関する情報を提供する必要があります。ただし、血流の検出は、特定の臓器、組織、または関心のある領域によっては難しい場合があります。血流の検出では、多くの場合、脳血管系の場合は骨などのより表面的な組織に信号が最初に浸透する必要があります。また、イメージングは特定のタスクに適した解像度で実行する必要があります。たとえば、低解像度の技術は全体的な灌流値を提供できますが、特定の血管を監視したり、血管構造に関連する灌流変化を理解したりするには、より高い解像度が必要です。これらの困難を克服して血管機能を正常に測定する技術が数多く開発されています。この方法コレクションの記事はそれぞれ、血流および/または特定の臓器、組織、または関心領域への酸素の供給を評価する、ユニークで革新的な血管イメージング技術を紹介しています。

最初の論文では、Tang と Kim1 は、一般的な臨床技術であるレーザー ドップラー イメージングを使用して、後肢虚血のモデルにおけるマウスの足場内の全体的な灌流を評価します。この技術では根底にある血管構造の視覚化は可能ではありませんが、彼らの研究は、高解像度イメージングが貴重な機能情報を取得するために必ずしも実用的または必要であるとは限らないことをエレガントに示しています。レーザー ドップラー イメージングの主な制限は、スキャン深度が比較的浅いことですが、この技術により、手足または指内の末梢灌流を追跡できます。また、より焦点の領域での使用にも適応できます(例:創傷治癒の検査や火傷の重症度の判断)。

Hage ら 2 は、機能的 MRI の代替手段である機能的経頭蓋ドップラー超音波が脳機能をリアルタイムで測定できることを実証しています。これらは、超音波プローブを手動または固定装置の両方で配置することにより、中大脳動脈の位置を特定して画像化する方法を示しています。イメージングをこの単一の血管のみに限定することにより、血管の空間画像ではなく、高解像度の時間的血流速度測定値を取得します。中大脳動脈は大脳半球の大部分を供給するため、血流の時間経過を使用して神経活性化を推定できます。この技術は、さまざまな状態 (息止めや手術中など) またはその他の活動 (運動など) 中の脳機能を監視するために広く応用されています。

Barangerら3は超高速ドップラーイメージングを紹介 しています。この技術は、画像フレームレート(最大10,000 Hz)と空間分解能(最小50 μm)を向上させる超音波イメージング技術の進歩を表しています。この技術により、視野全体のドップラーベースのフローマップを作成できるため、血流速度と血管構造の両方に関する情報を 1 つの画像で提供できます。この技術は、15〜20cmの深さでのイメージングにも適応できますが、これには空間分解能を1mmにダウンスケーリングする必要があります。超高速ドップラーイメージングは、心臓などの可動臓器内の血流を画像化するのに十分な速さで単一のフレームを取得します。この技術の主な欠点は、ほとんどの超高速超音波スキャナーが 2D 画像しか提供しないことです。

Granjaら4は、マルチスペクトル光音響断層撮影という別の新しい技術を紹介 しています。光音響学は、光学イメージングと超音波を組み合わせたものです。組織は可視光から近赤外線のレーザーパルスで励起され、熱弾性膨張を生成し、超音波トランスデューサーによって音響信号として検出されます。波長が異なれば、組織によっても反応が異なります。この技術は、特定の波長に同調することにより、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの両方からの信号を検出して区別し、血管構造のマップを構築します。このモダリティは血流に関する情報を提供しませんが、血管機能、つまり組織を流れる血液の酸素化状態を独自に、そしておそらくより直接的に読み取ることができます。この技術は表面スキャン (深さ 15 mm まで) と少量 (15 mm3) に限定されていますが、虚血のモニタリングに大きな可能性を秘めています。

位相差 MRI は成人の血流を定量化するために一般的に使用されますが、Goolaub et al.5 は、この技術を胎児の血流測定値を取得するためにどのように適応できるかを示しています。具体的には、運動矯正、加速イメージング、および心臓ゲーティングの代替方法を組み合わせて、主要な胎児血管 (すなわち、大動脈、動脈管、主肺動脈、および上大静脈) のイメージングを可能にします。これらの進歩により、妊娠後期の胎児の血管解剖学的構造と血流情報の両方を取得します。このイメージングは胎児の健康状態を重要なモニタリングし、先天性心疾患や胎児の発育制限などの深刻な胎児の病状を示す胎児の血流の変化を検出できます。

このメソッドコレクションに含まれるメソッドは、血管機能の定量化を可能にする多様なイメージング技術を表しています。これらの技術は、関心のあるさまざまな臓器や組織を網羅しており、それぞれが臨床現場と前臨床現場の両方を含む、多数の疾患用途に拡張できます。イメージング技術は常に改善され、新しい用途に合わせて変更され、特定のニーズに合わせて適応されています。この方法の収集は、血管と画像の専門家が同様に、血管機能のモニタリングにおけるペースの速い進歩を理解するのに役立つと期待しています。

開示事項

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著者には開示すべき矛盾はありません。

謝辞

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このコレクションを可能にしてくださったすべての寄稿者に感謝します。

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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