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小鼠腦部深層光學(xué)相干斷層掃描血管成像：海馬體深度微血管成像
海馬體與大腦的記憶功能和導(dǎo)航功能相關(guān)，嚙齒動(dòng)物的海馬體常被用來(lái)作為研究神經(jīng)生理學(xué)的模型系統(tǒng)例如研究神經(jīng)可塑性等。該部位的血管變化與腦部疾病密切相關(guān)，例如阿爾茨海默氏病，癡呆和癲癇病。小鼠海馬體周圍的血管成像可能有助于進(jìn)一步闡明這些疾病的潛在機(jī)制。光學(xué)相干斷層掃描血管造影（OCTA）是一種新興技術(shù)，可以提供無(wú)標(biāo)簽的血流信息。由于海馬體是小鼠大腦的深層結(jié)構(gòu)，因此直接使用OCTA和其他顯微成像方式對(duì)血管網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可視化一直是醫(yī)學(xué)影像學(xué)的研究挑戰(zhàn)之一。目前已有使用多光子顯微鏡對(duì)海馬血管進(jìn)行了成像，但是使用此技術(shù)時(shí)，必須用熒光探針標(biāo)記。而在此研究中研究者Kwan Seob Park等人使用1.7μm掃描OCT系統(tǒng)對(duì)小鼠海馬體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了無(wú)標(biāo)簽和無(wú)創(chuàng)微血管成像。成像結(jié)果表明，具有一定穿透能力的OCTA系統(tǒng)可以可視化海馬不同部位與大腦深部區(qū)域相對(duì)應(yīng)的血流。
在該實(shí)驗(yàn)中，研究者使用OCTA系統(tǒng)對(duì)5周齡小鼠的大腦成像，通過(guò)顱窗觀察海馬體中的微血管系統(tǒng)。為了確認(rèn)獲得的OCT腦部圖像的組織學(xué)位置，我們將OCT結(jié)構(gòu)圖像和OCTA圖像與H＆E組織學(xué)進(jìn)行了比較如圖一。并對(duì)海馬體結(jié)構(gòu)中的不同部分進(jìn)行了血管成像如圖二，通過(guò)對(duì)不同深度的成像分別呈現(xiàn)了CCg，CA1g，DGg三部分的微血管信息。
圖一：從左側(cè)開(kāi)始，H＆E組織學(xué)顯示了海馬結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的OCT圖像和OCTA圖像。
圖二：小鼠腦海馬結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)和微脈管系統(tǒng)的體內(nèi)成像。為了確認(rèn)1.7μmOCTA與深部腦成像的性能，我們比較了1.7μm和1.3μmOCTA成像。結(jié)果顯示在伴隨深度增加的同時(shí)1.3μmOCTA具有更好的亮度，但是1.7μmOCTA具有更好的對(duì)比度，如圖三。
圖三：1.7 µm和1.3 µm OCTA的圖像質(zhì)量比較。實(shí)驗(yàn)中使用的鏡頭空氣中成像深度為1.8毫米，可以覆蓋整個(gè)海馬體的結(jié)構(gòu)（空氣中約為1.4毫米）。但是，使用單個(gè)成像無(wú)法獲得整個(gè)海馬結(jié)構(gòu)的OCTA圖像。由于小鼠腦組織的濁度，有效DOF略有降低，而海馬體附近的血管只有幾微米大小。因此，當(dāng)成像平面與焦點(diǎn)平面不對(duì)齊時(shí)，導(dǎo)致深層的微血管很容易模糊或不可見(jiàn)。在沿軸向更改焦點(diǎn)位置以對(duì)此進(jìn)行校正時(shí)，獲得了四個(gè)不同的數(shù)據(jù)。每個(gè)焦點(diǎn)位置由不同的彩色箭頭指示如圖四。將各個(gè)層圖像進(jìn)行動(dòng)畫(huà)擬合得到完整的海馬體內(nèi)部微血管圖像如文開(kāi)頭視頻。
圖四：合并后的OCTA總計(jì)具有4種不同的焦深和分段的小鼠大腦深部血管的分布圖。
總而言之，此文描述了使用1.7-μmSS-OCT血管造影系統(tǒng)對(duì)小鼠大腦海馬血管網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行體內(nèi)無(wú)標(biāo)記觀察。生成圖像顯示該系統(tǒng)可以成像到海馬結(jié)構(gòu)的底部。因此可以體內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)，無(wú)標(biāo)簽深層血管成像。此外，我們發(fā)現(xiàn)，與1.3μm波長(zhǎng)的光相比，較低的1.7μm的光更加適合用于深部OCTA成像，因?yàn)閳D像的背景水平較低。綜上所述，此研究已經(jīng)證明1.7-μmSS-OCT血管造影可以提供具有高時(shí)空分辨率的海馬結(jié)構(gòu)及血管深度圖像。深部腦血管成像有助于理解多種病理，例如阿爾茨海默氏病，癡呆和癲癇。此技術(shù)將為腦部的相關(guān)研究提供全新的視角。
參考文獻(xiàn)
Park KS, Shin JG, Qureshi MM, Chung E, Eom TJ. Deep brain optical coherence tomography angiography in mice: in vivo, noninvasive imaging of hippocampal formation. Sci Rep. 2018;8(1):11614. Published 2018 Aug 2. doi:10.1038/s41598-018-29975-6