Light | 用于临床前神经成像的混合磁共振和光声断层扫描（MROT）

撰稿 | 赵一心

导读

近日，瑞士苏黎世大学医学院的Daniel Razansky等人报告了一个混合磁共振和光声断层扫描（MROT）系统，用于同时进行小鼠大脑的无创结构和功能成像。研究人员开发了一个定制的数据处理管道，以减轻信号串扰，并展示了用扫描仪同时采集双模式解剖学和血管造影的大脑图像，以及实时读取受氧合压力的动物的多个血流动力学参数的功能。该方法结合了光声的分子成像优势与磁共振的高超软组织对比度，进一步为两种模式的功能读数提供了一个优秀的交叉验证平台。该文章被发表在《Light: Science & Applications》期刊上，题为“Hybrid magnetic resonance and optoacoustic tomography (MROT) for preclinical neuroimaging”，Zhenyue Chen是文章的第一作者，Daniel Razansky是文章的通讯作者。

背景介绍

小型哺乳动物，如小鼠和大鼠，由于其与人类在大脑功能上有许多相似之处，是神经科学研究中最普遍的动物模型。遗传操作的可及性进一步允许对神经元和其他脑细胞进行明确的标记，以更好地了解阿尔茨海默症、帕金森症等。磁共振成像（MRI）提供的出色的软组织对比度促进了这种方法在绘制啮齿类动物大脑解剖图方面的广泛使用。功能磁共振成像（fMRI）能够检测与静止状态和刺激诱发活动有关的血液动力学变化，已经进一步成为神经影像学的有力工具。然而，血氧水平依赖性（BOLD）-fMRI对血液动力学变化的特异性和敏感性仍然是一个有很大争议的话题。因此，研究人员采用其他方法来描述神经活动，例如光学成像技术。后者通常对血氧饱和度表现出卓越的敏感性，但是在光传播的弹道系统以外的深度，散射组织中的穿透力和空间分辨率都很低。

过去十年，光声断层扫描（OAT）已经成为一个强大的神经成像工具，弥补了微观和宏观光学成像模式之间的差距，同时具有相对较高的空间分辨率（小于200米）和超过1000帧/秒的超过体积成像率。然而，虽然光声断层扫描具有重要的优势，但其提供的软组织对比度往往不足，使数据的解剖学解释变得复杂。由于光声断层扫描固有的光学和超声的混合性质，多模成像目前主要集中在超声、荧光成像或光学相干断层扫描的混合。

创新研究

瑞士苏黎世大学医学院的Daniel Razansky等人提出了一个用于小动物研究的混合磁共振和光声断层成像（MROT）系统。光声断层系统被设计成一个模块，可以插入到高场的磁共振扫描仪中（图1a），它集成了一个定制的与核磁共振成像兼容的换能器阵列、一个照明模块和一个专用的射频线圈。研究人员开发了一个定制的光声断层成像数据处理管道，以减少来自核磁共振成像的干扰，并提出了一个图像处理管道，以促进两种模式之间的数据核心化。随后，他们展示了用扫描仪同时采集双模式解剖学和血管学的大脑图像，以及对受氧合压力的动物进行多种血液动力学参数的实时功能读取。

图1 混合磁共振和光声断层扫描（MROT）仪。（a）系统的总体布局。（b）光声断层扫描模块的详细布局。（c）用于体内测量的不同仪器的框图。