超声波能在显微镜下显示人脑血管系统

在人类患者中映射脑血管网络，处于前所未有的尺度：这绝技已经通过法国实验室物理学进行了医学巴黎（ESPCI Paris-PSL，INSERM，CNRS）。在一项研究中发布的首页自然生物医学工程该研究小组详细介绍了其方法-超声定位显微镜，它结合了超快超声和造影剂。研究人员已经解决了将该方法应用于人类患者的几个技术难题。产生的图像非常壮观，并且携带了大量关于脑血流及其动态的信息。超声定位显微镜为更好地理解和早期诊断脑血管疾病(如中风或动脉瘤)，以及神经退行性疾病(如阿尔茨海默病)开辟了新的视野。

大脑的血管构成了一个极其复杂的网络，为神经元提供氧气和营养物质。因此，血管活动与神经元活动密切相关，血管功能障碍是许多神经系统疾病的根本原因。由于现有脑血管成像方法的局限性，对小血管功能的认识不足，使这些疾病的诊断和治疗变得困难。ct血管造影(计算机体层摄影术)或磁共振血管造影(磁共振)结合注射造影剂是医院最常用的两种方法。它们能捕捉到直径只有零点几毫米的大动脉，却无法探测到更小的、微米直径的毛细血管。此外，这两种血管成形术不提供血管网络不同空间尺度上的动态信息。巴黎医学物理实验室(laboratory Physics for Medicine Paris)提出的解决方案有望填补这一空白，通过一种非侵入性、非电离性、床边性和低成本技术，提供整个血管网络(从大动脉到小毛细血管)的血流动态图像。

超声波micro-angiography

十五年来，Mickael Tanter的团队开发了超快超声技术，这项技术获得了数千超声图像每秒。受光学FPALM显微镜(2014年诺贝尔化学奖的发现者)的启发，该团队将超快超声与造影剂联系起来:微泡，由生物相容性气体制成，通过静脉注射，在整个脑血管网络循环。然后，这些微米大小的气泡会被放置在头部太阳穴处的超声波探头成像。通过在几秒钟内确定数百万个微气泡的位置，研究人员能够检索到微米级的血管网络解剖结构，同时收集局部血流动态成分的定量信息。到目前为止，这从未通过任何其他非侵入性医学成像方式实现。这种新方法被称为超声定位显微镜(ULM)。

成像人类病人:一个技术杰作产生独特的图像

该技术已在2015年对小型动物进行验证，但成年人类患者的成像仍然是一项重大挑战。首先，超声信号在穿过颅骨时被扰乱，导致图像质量严重降低。因此，在信号处理期间施加测量方法，然后校正这些扰动以恢复最佳图像质量。其次，必须开发运动校正算法，因为大脑的任何宏观运动都阻碍了以微米级精度定位微泡的能力。Espci Paris副教授查理德文义（CharlieDemené）详细介绍了他工作的关键点：

“可以说，星星已经排成了一条线，通过联合实施几种技术，使人类主题的世界首演成为可能。”第一种技术是超快成像，它可以在很短的时间内提供大量的数据，使我们能够区分每个微泡的声波特征。然后，超声波定位超越了波物理固有的分辨率限制:一个微小物体的图像是一个比实际物体大的模糊点。这就是我们所说的空间分辨率极限。但如果这个物体是孤立的，我们可以合理地假设它的确切位置是模糊点的中心。在我们的案例中，血液中循环的微气泡扮演着孤立物体的角色，使我们能够恢复每个血管的确切位置。最后，记录每个微泡的回声可以了解这个微米大小物体发出的波的历史，从而能够恢复波通过头骨传播时发生的事情，以纠正其扰动。”

通过这些新的发展，研究人员已经实现了超声定位显微镜人类患者在日内瓦大学（瑞士）的临床神经科学，与Fabienne Perren教授合作。例如，在有动脉瘤的患者中，该团队能够捕获在大脑中间深度的动脉瘤区域中的湍流血流的最佳细节。

病人管理的有力工具

这些新的血管成像性能开放新视野以便更好地理解脑血管系统和脑部疾病之间的联系。由于缺乏足够的分辨率和灵敏度，到目前为止还没有看到脑血流的可视化和量化，通过对血管和神经元活动之间的关系提供新的见解，可能会产生重大影响，而且，从临床角度来看，通过提供更好更早的脑血管疾病诊断，从而为开发更有效的治疗方法提供了可能性。

与当前技术相比，患者将广泛访问超声定位显微镜，并更容易地使用临床医生。超声技术更具成本效益，较少繁琐，可在床边运行。

---

---