Light | 头戴式光纤光声显微镜

导 读

 

近日，暨南大学关柏鸥教授团队研制出一种头戴式光纤光声显微镜，该装置能够对自由运动状态的小动物进行脑成像，并以单血管级别分辨率观察脑皮质层的氧合状态及其动态变化。该显微镜体积小巧，具有高灵敏度和高空间分辨率，为脑科学及急重症医学研究提供了新的影像学技术。

 

该成果以“Free-moving-state microscopic imaging of cerebral oxygenation and hemodynamics with a photoacoustic fiberscope”为题，发表在Light: Science & Applications。暨南大学梁贻智副教授和仲晓轩博士为论文共同第一作者，关柏鸥教授和金龙教授为共同通讯作者。

研究团队将显微镜佩戴在小动物头上，获得了从麻醉到苏醒过程中的动态脑成像结果（movie 1）。在麻醉状态下，脑皮层活跃程度低、耗氧量较小，动静脉血氧饱和度几乎无差异。苏醒至自由运动状态后，由于脑的耗氧量有所提升，静脉血氧饱和度显著降低。

利用该显微镜对小动物吸入氮气、二氧化碳等不同气体时脑氧合状态的变化进行了实时观察，发现不同气体种类、不同气体浓度下的响应均有所差异，在麻醉与自由运动状态下的响应也有所不同。例如，成像结果显示，在自由运动状态下，当面对环境中突然升高的二氧化碳浓度时，小动物能够通过自身调节向脑组织运送更多的氧，以抵抗缺氧环境造成的影响。团队进一步利用这一技术对疾病状态下的脑氧合状态进行观察。例如，对于患有肥胖症的小动物，成像研究发现在外界刺激下，血管直径、血氧饱和度的变化幅度均不如健康动物，表明肥胖症可能使脑血管的自我调节能力受损（movie 2）。

光纤光声显微镜具有体积小巧、高灵敏度、高分辨率及成像方式灵活等技术优势，更能满足脑科学及医学研究需求。目前，该技术已提供给急重症医学研究团队，用于研究不同疾病对脑功能产生的损伤机制，为精准制定救治方案提供科学依据。此外，该显微镜未来能与双光子显微镜、宽场荧光显微镜等相结合，就神经血管耦合等生理现象及其机制进行观察，对阿尔兹海默症等疾病引发的脑损伤机理进行研究。