研究人员利用光声成像技术实现先进的神经可视化

因此，研究人员一直在努力开发医学成像技术，以降低神经损伤的风险。例如，超声波和磁共振成像（MRI）可以帮助外科医生在手术过程中准确定位神经的位置。然而，要在超声波图像中将神经与周围组织区分开来具有挑战性，而核磁共振成像则既昂贵又耗时。

约翰霍普金斯大学的研究人员强调了多谱段光声成像在预防侵入性医疗程序中的神经损伤方面的潜力，并确定了最佳神经可视化的关键波长。

首次活体记录猪尺神经（左）和正中神经（右）的光声学图像。用 1725 nm 的光照射神经，并将其叠加在共聚焦超声波图像上。图中还显示了神经和周围琼脂糖感兴趣区 (ROI) 的轮廓。资料来源：M. Graham 等人，doi 10.1117/1.JBO.28.9.097001

光声成像的前景

在这方面有一种前景广阔的替代方法，即多光谱光声成像。作为一种非侵入性技术，光声成像结合了光波和声波，可生成人体组织和结构的详细图像。从本质上讲，首先用脉冲光照射目标区域，使其微微发热。这反过来又会导致组织膨胀，发出超声波，从而被超声波探测器捕捉到。

约翰霍普金斯大学的一个研究小组最近进行了一项研究，他们在研究中彻底描述了神经组织在整个近红外（NIR）光谱范围内的吸收和光声特征。他们的研究成果于 9 月 4 日发表在《生物医学光学杂志》（Journal of Biomedical Optics）上，由约翰-霍普金斯大学 John C. Malone 副教授兼 PULSE 实验室主任 Muyinatu A. Lediju Bell 博士领导。

他们研究的主要目标之一是确定在光声图像中识别神经组织的理想波长。研究人员假设，位于近红外-III 光学窗口内的 1630-1850 纳米波长将是神经可视化的最佳波长范围，因为神经元髓鞘中的脂质在此范围内有一个特征吸收峰。

为了验证这一假设，他们对外周神经样本进行了详细的光学吸收测量。他们在 1210 纳米波长处观察到一个吸收峰，属于近红外-II 波段。然而，这种吸收峰也存在于其他类型的脂质中。与此相反，当从吸收光谱中减去水的贡献时，神经组织在 1725 纳米的近红外-III 范围内显示出一个独特的峰值。

实际测试和影响

此外，研究人员还使用定制的成像装置对活体猪的外周神经进行了光声测量。这些实验进一步证实了这一假设：利用近红外-III 波段的峰值可以有效地区分富含脂质的神经组织和其他类型的组织以及含水或缺脂的材料。

贝尔对研究结果感到满意，他说："我们的工作是首次利用宽波长光谱表征新鲜猪神经样本的光学吸光度光谱，也是首次利用近红外-III 窗口的多光谱光声成像技术展示健康和再生猪神经的活体可视化"。

这些发现可以激励科学家进一步探索光声成像的潜力。此外，神经组织光吸收曲线的表征有助于在使用其他光学成像模式时改进神经检测和分割技术。

"我们的研究结果凸显了多光谱光声成像作为术中技术的临床前景，可用于确定有髓鞘神经的存在或防止医疗干预过程中的神经损伤，并可能对其他基于光学的技术产生影响。因此，我们的贡献成功地为生物医学光学界奠定了新的科学基础。"