微血管图像，由瓦迪姆·巴克曼实验室的新技术拍摄。超过400亿微血管——细小的毛发状血管——肩负着将氧气和营养物质输送到人体的重任。但是，尽管它们的数量众多，对基本功能和新陈代谢有着极其重要的意义，但人们对它们的内部运作知之甚少。
现在，美国西北大学的一个研究小组开发了一种新工具，可以拍摄血液流经这些微小血管的图像，从而深入了解人体循环系统的中心部分。这种三维成像技术被称为光谱对比光学相干断层血管成像(SC-OCTA)，可以检测毛细血管组织的细微变化，用于疾病的早期诊断。
瓦迪姆辅助工
领导这项研究的瓦迪姆·巴克曼说:“人们一直在努力使血管成像越来越小，从而提供更全面、功能更强的信息。”“现在我们甚至可以看到最小的毛细血管，测量血液流量、氧合和代谢率。”
这篇论文上周发表在《光:科学与应用》杂志上。巴克曼是西北大学麦考密克工程学院生物医学工程教授沃尔特·迪尔·斯科特。他是西北大学Robert H. Lurie综合癌症中心癌症和物理科学研究项目的负责人之一。
长期以来，研究人员和医生一直能够通过多普勒超声看到大静脉和动脉内部的情况。多普勒超声使用高频声波来测量血流。但这一见解并不能全面了解循环系统。与静脉和动脉不同，毛细血管负责氧气交换，或将氧气输送到全身的器官和组织，同时将二氧化碳运走。低血氧可导致轻微的问题，如头痛，严重的问题，如心力衰竭。
巴克曼说:“如果没有合适的微血管系统，即使你有大量的血液流经动脉，也绝对不会有血液向组织输送氧气。”“氧气交换对身体所做的一切都很重要。但是，由于没有研究微血管系统的工具，许多关于微血管系统发生什么的问题一直没有得到解答。现在我们可以解决这个问题。”
“SC-OCTA是一种有价值的诊断工具，”巴克曼实验室的研究生、该研究的第一作者詹姆斯温克尔曼(James Winkelmann)补充说。“我们现在可以检测到毛细血管组织的变化，这在从癌症到心血管疾病的各种情况下都很明显。尽早发现这些疾病有可能挽救生命。”
关于微血管系统中发生了什么，许多问题都没有答案，因为没有研究它们的工具。现在我们可以解决这个问题。瓦迪姆·巴克曼
生物医学工程师
由于血管的微观尺寸，研究人员很难观察毛细血管内部。一根毛细血管的直径只有5-10微米，小到红细胞必须排成一排通过。
SC-OCTA的工作原理是将光谱技术与传统的光学相干断层扫描(OCT)相结合，后者观察各种可见光波长或彩色光谱，而OCT与超声波类似，只是使用光波而不是声波。就像雷达一样，OCT精确定位感兴趣的组织，然后用光谱学对其进行表征。
SC-OCTA与传统成像相比有许多优点:它不依赖于注入染料进行对比度或有害辐射。许多类型的成像也只有当感兴趣的区域在运动(例如，超声只能成像血液流动时)或完全静止时才有效。SC-OCTA可以对两者进行清晰的成像。这使它能够成像停滞的血液或移动的器官，如跳动的心脏。
巴克曼说:“不管血流速度有多快，它都能测量血液流动，所以运动不是问题。”
“SC-OCTA独特的成像非流动血液的能力，也可能成为蓬勃发展的类器官领域的一个有价值的工具，该领域研究器官如何发育和对疾病作出反应，”Winkelmann说。“我很高兴能开始探索所有的应用程序。”
这项新技术唯一的限制是它的成像深度不能超过1毫米。与超声波相比，这可能显得很浅，因为超声波可以看到水下几厘米。巴克曼说，这可以通过把工具放在内窥镜探头的末端来补救。通过将其插入人体，该工具可以近距离成像器官。这是他的实验室正在研究的。
这篇论文的题目是“光谱对比光学相干断层摄影血管成像能够实现单扫描血管成像”。该研究由美国国家科学基金会和美国国立卫生研究院资助(获奖编号R01CA200064、R01CA183101、R01CA173745和R01CA165309)。
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