很多小型實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，最常見的是小鼠，對(duì)新藥開發(fā)、生理、病理以及臨床前研究都是不可或缺的。如果能夠更好的研究這些小動(dòng)物的活體情況，對(duì)于很多研究來說更具參考價(jià)值，比如，腫瘤的發(fā)展，藥物的遞送，預(yù)后的研究。

來自杜克大學(xué)和華盛頓大學(xué)圣路易斯分校的研究人員開發(fā)了一種名為單脈沖光聲計(jì)算機(jī)斷層掃描(SIP-PACT)的技術(shù)。這是一種新的光聲技術(shù)組合，它能夠提供驚人的高分辨率，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)活體小動(dòng)物實(shí)時(shí)的斷層掃描。新技術(shù)能夠觀察到器官活體的樣子，血液在流動(dòng)、神經(jīng)在放電、腫瘤在生長。研究發(fā)表在《Nature Biomedical Engineering》上。

光聲成像技術(shù)利用光來誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)出超聲波，現(xiàn)在這種技術(shù)可以在一分鐘內(nèi)完成活體小鼠的全身橫截面掃描。(圖片來源：杜克大學(xué))

此前，這些動(dòng)物模型的全身成像依賴于經(jīng)典的非光學(xué)方法，例如包括磁共振成像(MRI)，X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影(X射線CT)，正電子發(fā)射斷層掃描(PET)或單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層攝影術(shù)(SPECT)和超聲斷層攝影(UST)。雖然這些技術(shù)可以提供深層次滲透，但是有著各種的限制性。以MRI為例，實(shí)現(xiàn)微觀分辨率需要昂貴的高磁場(chǎng)和長的數(shù)據(jù)采集時(shí)間，范圍從幾秒到幾分鐘，對(duì)于動(dòng)力學(xué)研究來說太慢了。X射線CT缺乏功能性對(duì)比，PET和SPECT單獨(dú)使用時(shí)空間分辨率較差，另外，X射線CT，PET和SPECT會(huì)遞送較強(qiáng)的電離輻射，對(duì)于活體來說，實(shí)在不適合全身使用。

我們今天所介紹的這種光聲成像技術(shù)，則打破了之前長期存在的對(duì)小動(dòng)物全身成像分辨率和速度的障礙，新技術(shù)快速的提供了小動(dòng)物內(nèi)部組織器官的完整截面圖像。

使用新技術(shù)對(duì)小鼠體內(nèi)腸道的工作實(shí)況進(jìn)行光聲成像。(圖片來源：杜克大學(xué))

傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡能夠顯示出組織吸收、發(fā)射光的快速、高分辨率圖像，但是光穿透組織只有幾毫米，嚴(yán)重限制了它的應(yīng)用。超聲波能夠深入的穿透組織，但是不能夠閱讀組織的化學(xué)成分和光信息。SIP-PACT技術(shù)將光聲成像整合到一個(gè)平臺(tái)，該技術(shù)使用極短時(shí)間的激光脈沖進(jìn)入組織，由于組織加熱和膨脹從而產(chǎn)生超聲波，然后超聲換能器能夠檢測(cè)到這些聲波來渲染圖像。

SIP-PACT技術(shù)原理示意圖(圖片來源：《Nature Biomedical Engineering》)

這是一種安全的成像技術(shù)，目前，能夠達(dá)到5厘米的深度以及亞毫米級(jí)別的分辨率，同時(shí)，能夠保留光學(xué)顯微鏡的功能。升級(jí)后的設(shè)備可以對(duì)成年大鼠以每秒50次的頻率進(jìn)行橫截面掃面，并且以120微米的分辨率對(duì)活體內(nèi)部工作詳情成像。

新技術(shù)通過測(cè)量氧水平對(duì)活體小鼠腦部的神經(jīng)元放電進(jìn)行跟蹤，同功能性磁共振掃描相似。(圖片來源：杜克大學(xué))

研究人員表示，“全景效果提供了從四面八方所有角度的信息，這樣你就不會(huì)錯(cuò)過從每個(gè)激光發(fā)射的任何信息。你可以觀察到身體內(nèi)部的實(shí)時(shí)運(yùn)作——心臟泵血，動(dòng)脈擴(kuò)張，各種組織的運(yùn)作。”

這種成像技術(shù)具有巨大的臨床應(yīng)用潛力，它很安全，且不依賴于任何注射的造影劑。目前，這種技術(shù)適用于臨床前研究，對(duì)于藥物開發(fā)、評(píng)價(jià)及疾病研究和治療預(yù)后來說都將是強(qiáng)大的助力。