新的超声工具可以测量血液流量，成像大脑中的微血管系统
为了成像显微血管并测量大脑中的血液流动，研究人员使用了一种称为超声定位显微镜的工具。它的工作原理是使用在血液中循环的微观气泡作为造影剂来测量通过身体的高频声波的反射。直到最近，以这种方式获取图像还很慢，而且需要大量数据。
贝克曼先进科学技术研究所的研究人员开发了一种基于曲线的算法，可以快速测量和重建小鼠大脑的全脑血管和血液流动。他们的工作可以用于未来对阿尔茨海默病等疾病的神经血管机制的研究。
伊利诺伊大学香槟分校的研究生研究员戚友(音)在电子、计算机工程和生物工程助理教授宋鹏飞的指导下领导了这项研究。
他们的方法是超声波技术在几秒钟内生成动物微血管系统的全脑图像。
“我们的方法对这项技术的实用性是一个巨大的改进，”宋说。“我们不需要平均两到三分钟的数据，我们只需要一到两秒的数据就能得到一张好的图像。时间分辨率大大提高，这对于测量血液流动的动态特性非常重要。”
该方法依赖于旋转和缩放许多小的、任意的曲线来拟合微气泡成像数据的局部结构。
“在局部，血管实际上非常类似于曲线，这些小曲线。你可以把任意形状的容器分解成任意曲线的组合。当你对微气泡数据应用曲率变换时，你会发现你只需要非常少量的数据就可以表示整个完整的容器结构。我们已经在几种不同类型的组织和血管结构中验证了该算法，所有这些算法都表现良好。血管是异质的，但在局部，它们遵循类似的同质结构，”You说。
将该曲线模型与稀疏性促进算法相结合，产生了一种有效且高度可推广的方法，用于从小鼠大脑中的微泡数据测量血流和血管。
这项研究是与分子和综合生理学教授丹·拉诺博士合作进行的。
“我们已经开发了一种工具，能够用very成像整个大脑微血管高空间分辨率以及渗透的深度。对于像Dan这样的研究人员来说，使用小动物疾病模型对机械地理解衰老、阿尔茨海默病或中风等病理非常重要，”Song说。
该方法只需要少量的微气泡数据进行重构血液流动还有组织微血管系统。You说，它利用了快速超声成像固有的稀缺性，并将后期处理加速到10到30秒。
Song强调，贝克曼独特的跨学科环境是合作的关键驱动力。
“据我们所知，我们的技术是唯一一种能够以非常高的分辨率成像全脑微血管的技术，所以这对神经科学家来说是一个非常诱人的工具，”Song说。贝克曼的合作环境鼓励科学家们相互联系，进行这种研究。在四楼，我们正在建造这些强大的成像工具，并与像丹这样的研究人员在二楼合作，他们将使用我们建造的东西。贝克曼研究所对这项研究至关重要。”
Song说，微气泡被广泛用于人类临床超声成像对比，为未来临床应用该技术作为中风、血管闭塞和神经血管健康的无创评估打开了大门。
“许多神经系统疾病和紊乱与血管疾病有很强的相关性。沿着这条路，我们的超声波技术可能是一个很好的候选筛选技术，由于低成本，便携性和安全性。开发这种技术用于临床前应用也非常有必要。”
论文题目是“基于曲线变换的稀疏提升算法用于快速超声定位显微镜”。
论文“基于Curvelet变换的稀疏促进算法用于快速超声定位显微镜”发表在IEEE医学影像汇刊．
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