激光散斑对比成像技术在血流监测中的应用

激光散斑对比成像（LSCI）是一种以宽视场方式监测血流速度的非扫描光学成像技术。LSCI技术具有高时间-空间分辨率、快速实时成像、非接触式、仪器结构简单、无需造影剂等优势。本文简要介绍了LSCI的基本原理，概述了反射式LSCI和透射式LSCI两种结构，综述了LSCI在皮肤血流、大脑皮层和视网膜血流等生物医学应用中的最新研究进展，并对其发展前景做了进一步展望，为血流监测提供理论依据和实践指导。     

高时空分辨的脑功能光学成像研究进展

脑功能成像技术对深入分析脑的信息加工过程,揭示脑的高级功能至关重要,是目前国际研究热点,已经在神经科学研究和神经系统疾病的临床诊断方面取得了很大的进展.已有脑功能成像技术如:功能磁共振成像(fMRI)、正电子断层成像(PET)、脑电图(EEG)、脑磁图(MEG)等等,虽然已被成功用于脑功能研究,但是目前这些方法也存在着时间或空间分辨率不够的局限.比较而言,光学成像方法表现出其独特魅力.激光散斑衬比成像和内源信号光学成像由于能提供空间取样、时间分辨率及空间分辨率三者的最佳组合和不需加入外源性标记物等特点,与其他脑功能成像技术相比其优势可能更为突出.具有较高的时间和空间分辨率的这两种脑功能光学成像技术及其应用都取得了重大发展,成为研究脑皮层功能构筑和脑病理生理的有力工具.但是目前这两种成像方法也面临着一些挑战.     

多光子显微成像技术在脑部疾病研究中的应用

由于多光子显微技术具有高时空分辨率、低损伤性、可对活体长时间成像等特点,近年来已被广泛应用于生物医学等领域,并且在多种疾病诊断中展现出巨大的应用潜力.尤其是在脑部疾病的研究中,利用多光子成像技术可实现对复杂神经网络的研究,包括对脑部神经细胞、血管、肿瘤等进行实时成像并研究各自之间的相互作用,能进一步揭示脑疾病的发病机制并指导检测治疗方法的开发.本文简要介绍了多光子成像技术的基本原理及特点,总结了其在阿尔茨海默病、脑中风、脑肿瘤等多种脑部疾病中的应用,详细阐述了近年来利用多光子成像技术在脑部疾病研究中所获得的成果,并对多光子成像技术的发展前景进行了展望,预期其在脑部疾病的研究中将发挥更大的作用.     

光学成像技术在体研究肿瘤的光动力效应

光动力疗法 (PDT) 已发展成为一种较成熟的肿瘤治疗方法, PDT 诱导的血管损伤是杀死肿瘤的重要机制之一 . 为了在活体肿瘤模型上实时监测 PDT 导致的血管损伤效应,使用稳定高表达绿色荧光蛋白 (GFP) 的人涎腺腺样囊性癌细胞株 (ACC-M-GFP) ,建立了基于鸡胚尿囊膜 (CAM) 的肿瘤模型 . 应用荧光成像技术对肿瘤的生长位置、大小,以及治疗区域进行方便精确的定位;利用激光散斑成像技术,实时监测 CAM 上肿瘤周围血管的血液动力学参数 . 发现不同光动力剂量所导致的血管损伤有显著不同 . 结果表明,荧光标记的鸡胚尿囊膜肿瘤模型为研究 PDT 导致的血管损伤效应提供了良好的实验模型,激光散斑成像技术适用于实时监测 PDT 过程中血管结构、血流速度的变化,由此得出血液灌注率可用以评估 PDT 对肿瘤周围血管的损伤效应 .     

电针对小鼠肝脏血流灌注量影响的激光散斑成像显示

目的：应用激光散斑成像技术连续监测电针过程小鼠肝脏表面血流灌注图像,研究电针不同穴位对肝脏血流灌注量的影响,探讨激光散斑技术在针灸效应研究中的应用价值。方法：采用Moor．FLPI激光散斑血流成像系统分别对足三里组、曲泉组、非经非穴组正常小鼠电针30min以及不电针对照组连续观察30min过程中肝脏表面血流灌注量变化进行观察,分析电针不同穴位、各个时点肝脏血流变化的规律。结果：（1）肝脏激光散斑图显示电针后各电针组肝脏表面整体血流灌注均增加,肝门附近区域灌注量增加幅度大于肝脏边缘区域;（2）电针各时点各电针组肝脏血流灌注量均出现增加,电针0～20min灌注量增加率为足三里组〉曲泉组〉非经非穴组;电针25～30min为足三里组〉非经非穴组〉曲泉组。结论：激光散斑血流成像技术能够精确记录显示电针过程肝脏表面的微循环变化情况,电针可以增强正常小鼠肝脏血流灌注量,电针增加肝脏血流灌注的效应存在穴位特异性。     

两种微体化石三维无损成像技术的对比

近年来,各种X射线三维无损成像技术在古生物学领域的应用越来越广泛。但是,不同的X射线三维无损成像技术针对不同保存类型和尺寸的化石标本在成像效果上各有利弊。本文以埃迪卡拉纪陡山沱组磷酸盐化的动物胚胎化石为研究对象,将目前应用最广的两种X射线三维无损成像方法,即基于实验室X光源的吸收衬度显微断层成像技术和基于同步辐射光源的相位衬度显微断层成像技术进行了对比分析。通过对两种技术的原理、效率、空间分辨率和图像衬度的对比,认为基于同步辐射光源的相位衬度显微断层成像技术是目前对于均一矿化的微体化石最佳的三维无损成像解决方案。     

超声技术在抑郁症诊疗中的作用研究及应用进展

超声波作为一种机械振动波,兼具波动效应、力学效应和热效应.这3种效应在临床中均有较大应用价值,可用于疾病的成像诊断、辅助给药、调控以及热消融治疗等.超声技术所具有的非侵入性、穿透力强、空间分辨率高等特性,使其在神经系统疾病的诊断和治疗中具有广泛的应用前景.而抑郁症作为一种常见的精神疾病,其诊断和治疗都面临很大的困难.因此,大量学者将超声技术应用于抑郁症诊疗.本文主要从超声成像、超声定点给药、超声调控、超声诱导抑郁几个方面总结近十年来超声技术在抑郁症中的应用,以期为研究抑郁症发病机制及诊疗提供一定的参考和帮助.     

光声成像在光动力疗法研究中的应用

组织氧合作用和光敏剂应用在疾病诊治中都有着重要的作用,因此其实时在体无损检测很有意义。光动力疗法涉及光敏剂、光和氧分子三大要素,其疗效受组织氧合作用影响。本文对光声成像(PAI)、光声寿命成像(PALI)和多光谱光声层析成像(MSOT)等光声成像技术在光动力疗法的研究和应用中的使用现状进行了综述。对相关设备系统在检测光敏剂、组织氧分压和微血管损伤等方面的应用原理和技术分别进行了介绍,并总结了这些技术的应用前景。     

活体动物体内光学成像技术的研究进展

生物发光和荧光成像作为近年来新兴的活体动物体内光学成像技术,以其操作简便及直观性成为研究小动物活体成像的一种理想方法,在生命科学研究中得以不断发展。利用这种成像技术,可以直接实时观察标记的基因及细胞在活体动物体内的活动及反应。利用光学标记的转基因动物模型可以研究疾病的发生发展过程,进行药物研究及筛选等。本文综述了现有活体动物体内光学成像技术的原理、应用领域及发展前景,比较了生物发光与几种荧光技术的不同特点和应用。     

FPGA技术在生物医学成像中的研究进展

数字图像处理技术和微电子集成电路的飞速发展,使实时动态生物医学成像成为可能.生物医学动态成像的关键是高的通讯带宽和快速的数据处理能力,FPGA (field programmable gate array)即现场可编程逻辑门阵列,为数字图像实时处理系统在算法、系统结构上提供了新的思路与方法.文中首先简单介绍FPGA的概念、特点及其发展历程,详细对比FPGA与通用处理器之间的性能指标,然后重点介绍常规生物医疗成像技术原理和FPGA在医疗领域高速成像技术方面的研究和应用情况,最后对FPGA在实时成像方面进行总结和展望.     

How to Build a Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) System to Monitor Blood Flow

Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) is a simple yet powerful technique that is used for full-field imaging of blood flow. The technique analyzes fluctuations in a dynamic speckle pattern to detect the movement of particles similar to how laser Doppler analyzes frequency shifts to determine particle speed. Because it can be used to monitor the movement of red blood cells, LSCI has become a popular tool for measuring blood flow in tissues such as the retina, skin, and brain. It has become especially useful in neuroscience where blood flow changes during physiological events like functional activation, stroke, and spreading depolarization can be quantified. LSCI is also attractive because it provides excellent spatial and temporal resolution while using inexpensive instrumentation that can easily be combined with other imaging modalities. Here we show how to build a LSCI setup and demonstrate its ability to monitor blood flow changes in the brain during an animal experiment.Download video file.^{(31M, mov)}     

Movement correction method for laser speckle contrast imaging of cerebral blood flow in cranial windows in rodents

Laser speckle contrast imaging (LSCI) is used in clinical research to dynamically image blood flow. One drawback is its susceptibility to movement artifacts. We demonstrate a new, simple method to correct motion artifacts in LSCI signals measured in awake mice with cranial windows during sensory stimulation. The principle is to identify a region in the image in which speckle contrast (SC) is independent of blood flow and only varies with animal movement, then to regress out this signal from the data. We show that (1) the regressed signal correlates well with mouse head movement, (2) the corrected signal correlates better with independently measured blood volume and (3) it has a (59 ± 6)% higher signal-to-noise ratio. Compared to three alternative correction methods, ours has the best performance. Regressing out flow-independent global variations in SC is a simple and accessible way to improve the quality of LSCI measurements.     

超分辨显微成像技术在活细胞成像中的应用与发展

超分辨显微成像技术（super-resolution microscopy，SRM）可以绕过光学衍射极限对成像分辨率的限制，让以前观察不到的纳米级结构实现可视化，这一重大研究进展推动了现代生命科学和生物医学研究的进步与发展. 细胞是生物体的基本组成单位，对活细胞内部的细微结构和动力学过程进行研究是掌握生命本质必不可少的途径. 但由于成像原理或条件的限制，早期的SRM技术在活细胞成像应用方面受到了不同程度的限制. 近几年来，随着SRM和相关技术的发展，SRM在活细胞成像研究中的应用也越来越多. 本文简要介绍目前常见的几种SRM技术的基本原理和特点，并在此基础上着重阐述它们在活细胞成像应用中所取得的最新研究进展和发展方向.     

Enhancing vascular visualization in laser speckle contrast imaging of blood flow using multi‐focus image fusion

Laser speckle contrast imaging (LSCI) is a full‐field optical imaging method for monitoring blood flow and vascular morphology with high spatiotemporal resolution. However, due to the limited depth of field of optical system, it is difficult to capture a clear blood flow image with all blood vessels focused, especially for the non‐planar biological tissues. In this study, a multi‐focus image fusion method based on contourlet transform is introduced to reduce the misfocus effects in LSCI. The experimental results suggest that this method can provide an all‐in‐focus blood flow image, which is convenient to observe the blood vessels.      

窄等离子体吸收谱线宽度的纳米金锥用于光声成像

无损光声成像技术结合了纯光学成像高选择特性和纯超声成像中深穿透特性的优点,克服了光散射限制,实现了对活体深层组织的高分辨、高对比度成像。该成像技术对内源物质例如脱氧血红蛋白、含氧血红蛋白、黑色素、脂质等进行成像,提供了活体生物组织结构和功能信息,已经在生物医学领域表现出巨大的应用前景。然而,很多与病理过程相关的特征分子的光吸收能力较弱,在活体环境中难以被光声成像系统所识别,从而限制了光声成像技术的应用范围。基于功能纳米探针的光声成像-光声分子成像极大拓展光声成像的应用范围,可以在活体层面对病理过程进行分子水平的定性和定量研究,将为实现目标疾病的早期诊断提供强大的技术支持。本文发展在近红外具有窄吸收线宽(半高宽仅为60 nm)的纳米金锥作为新型的光声探针。通过选择不同径长比的纳米金锥,可以任意调节纳米金锥的吸收峰。通过调谐激光器的波长,可实现对不同吸收峰纳米金锥的选择性激发。纳米金锥将有可能用于多光谱光声成像,实现对不同靶标的目标分子探测。     

光片荧光显微镜特点及其应用

传统荧光显微镜由于对某些荧光分子存在光毒性、光损伤等方面的缺陷,无法满足对部分活体样本进行长时间观测的需求。光片荧光显微镜（light sheet fluorescence microscope,LSFM）是一种新型荧光显微镜,有别于激光共聚焦显微镜,其特殊的正交光路设计和高效的信号采集装置,使其具备低光毒性、低光漂白、低光损伤和高时空分辨率等优良特性,从而能对细胞及大尺度生物组织样本进行时空连续性较好的记录,尤其适宜于活体生物样品。基于此,概述了光片荧光显微镜的成像原理、成像优势、成像效果的改进与优化历程及其在生命科学领域应用所取得的研究成果,重点对近三年相关应用进行了汇总,并简要介绍了其在神经生物学、发育生物学、动物细胞生物学和植物科学领域中一部分代表性研究内容,最后,总结了光片荧光显微镜的优点与发展至今仍存在的不足,并对其在光遗传学和多组学研究中的潜在应用进行了展望,以期为研究人员提供较为系统的光片荧光显微镜相关基础知识、最新的研究应用进展以及未来的潜在应用方向,为研究人员提供参考。     

磁共振成像对乳腺肿瘤的诊断价值

乳腺癌是危及女性健康的常见恶性肿瘤之一,病死率较高,且发病年龄呈年轻化趋势。目前临床对乳腺疾病的检查方法很多,既往检查主要包括钼靶、超声等,因价格便宜、操作方便,已成为常规的乳腺疾病检查方法,但两者的敏感性和特异性较低并有自身的局限性。CT软组织分辨率较高,但检查过程中的X线剂量较大,并且动态增强时间较长,故作为乳腺钼靶的补充检查手段。这些检查方法对乳腺疾病均有不同的诊断意义,在当前众多诊断乳腺疾病方法中,具有无辐射,较高软组织分辨力及可多方位多层面成像的乳腺磁共振(MRI)成像有其独到的优势,某些方面能弥补超声和钼靶检查的局限性,乳腺磁共振可提供病灶形态学和增强血流动力学表现,可用于常规检查方法不能确诊病灶的鉴别诊断。乳腺肿瘤MRI成像对临床诊断、鉴别诊断及手术方案的选择有着极其重要的作用。本文就乳腺MRI影像技术、MRI影像学表现及其临床应用予以综述,探讨MRI在乳腺肿瘤中的应用。     

The usefulness of radiotracers to make the body biochemically transparent

Summary. Radioactive isotopes are uniquely applicable to observe reactions or circuits of reactions at the molecular level without disturbing the system being studied. The advent of molecular imaging modalities, particularly positron emission tomography (PET), is a major breakthrough for the visualisation and quantitative assessment of cellular and molecular processes occurring in living tissues. The recent development of animal PET scanners that offers 2-mm resolution and is tailored to laboratory rodent models, has made a further great impact on in vivo biochemistry. With these live-imaging modalities at hand, radiotracer-based technologies allow to look directly at biochemical distribution and interaction processes. Tremendous progress made in radiotracer chemistry, primarily in carbon-11 and fluorine-18 radiochemistry, and in the design of imaging devices strengthens the usefulness of radiotracers in nuclear medicine and drug research and development and opens exciting opportunities for new applications, e.g., in food science.