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光声成像新突破:人脑功能层析成像

2021-06-08 08:59 与非网

导读:早期的PACT系统受成像速度、灵敏度、视场范围和穿透深度等因素限制,其在临床脑成像领域的应用尚处空白。

脑科学是21世纪最具挑战性的重大科学问题,其意义在于促进人类理解认知、思维、意识和语言机理,帮助诊断和治疗脑疾病,被视为未来新的经济增长点和引领新科技革命的潜在引擎。

开展脑科学研究离不开先进的脑功能成像与检测技术,其中血氧水平依赖性功能磁共振成像(BOLD fMRI)被作为非侵入式脑功能成像的主流技术在科研和临床上得到大量应用。然而,其造价高昂、占地庞大、缺乏分子特异性、对铁磁性植入假体不兼容,以及需将受试者置于高噪音密闭空间等问题限制了其广泛应用。

近年来,光声成像作为一种新型复合型成像技术,因其兼具光学成像的分子特异性以及超声成像的深度和分辨率等特点,在血管造影、肿瘤诊断,以及动物神经成像等方面得到迅速发展。同时,光声计算断层成像(PACT)可通过测量脱氧血红蛋白(HbR)和氧合血红蛋白(HbO2)浓度来量化血氧饱和度,进而提供了一种安全高效、成本低廉的功能性成像方法。然而早期的PACT系统受成像速度、灵敏度、视场范围和穿透深度等因素限制,其在临床脑成像领域的应用尚处空白。

2021年5月31日,来自加州理工学院(Caltech)的Lihong V. Wang(汪立宏)科研团队与南加州大学(USC)的Charles Y. Liu 和 Danny J. Wang课题组合作在 Nature Biomedical Engineering 杂志上发表了文章 Massively parallel functional photoacoustic computed tomography of the human brain。

人脑功能成像结果。

综上所述,该研究结合高密度的超声探测、高质量的硬件架构以及高稳定性的算法设计,实现了对偏侧颅骨切除术患者的高质量脑功能成像。这一研究成果为更广泛和普适的临床脑功能光声成像奠定了坚实的基础。

本文的第一作者是加州理工学院的那帅博士,其余三位并列第一作者分别为来自USC的助理教授和脑血管外科主任Russin J. Johnathan,来自加州理工学院的林励博士,以及现为清华大学博士后的袁肖赟博士。本文的通讯作者分别为来自USC的Charles Y. Liu 教授以及加州理工学院的汪立宏(Lihong V. Wang)教授。


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