深度分辨定位微血管造影技術(shù)在近紅外二區(qū)實現(xiàn)高分辨率三維微循環(huán)成像

本成果由該研究由 Quanyu Zhou、Daniil Nozdriukhin、Zhenyue Chen 等學(xué)者共同完成。研究論文《Depth-Resolved Localization Microangiography in the NIR-II Window》發(fā)表在《Advanced Science》期刊。

重要發(fā)現(xiàn)
01技術(shù)原理：雙視角立體定位系統(tǒng)
研究團(tuán)隊構(gòu)建了對稱傾角±20°的雙短波紅外（SWIR）相機(jī)系統(tǒng)。其創(chuàng)新核心在于：
熒光微粒追蹤：向血管注入直徑<20 μm的量子點熒光微滴（PbS/CdS QDs，發(fā)射峰1600 nm），作為移動點光源穿透生物組織
深度解析機(jī)制：兩相機(jī)捕捉微粒在血管中流動的雙視角圖像，通過像素級位移（視差）計算深度坐標(biāo)。實驗驗證表明，靜態(tài)微粒的定位精度達(dá)1.3×1.5×3.4 μm（x/y/z方向半高寬）

穿透深度：傾斜微管在脂溶乳中重建深度梯度達(dá)4mm，線寬保持穩(wěn)定
復(fù)雜結(jié)構(gòu)解析：成功重建“繩結(jié)”狀微管的三維重疊結(jié)構(gòu)，區(qū)分239.4μm的軸向間距（接近微管外徑）
散射抑制：相較寬場成像，定位成像顯著提升散射介質(zhì)中的分辨率

創(chuàng)新與亮點
01突破光學(xué)成像三重困局
深度-分辨率矛盾：傳統(tǒng)光學(xué)方法（如激光散斑、多光子顯微鏡）在>1mm深度分辨率驟降，本技術(shù)將高分辨（<5μm）成像深度拓展至4mm
三維重建瓶頸：免去機(jī)械軸向掃描，通過雙視角三角定位實時獲取深度信息，成像速度提升至40幀/秒
跨顱成像限制：首次實現(xiàn)無創(chuàng)、全視野的小鼠皮層穿通血管三維成像，規(guī)避超聲/光聲成像所需的聲耦合問題

總結(jié)與展望
本研究首創(chuàng)的深度分辨定位微血管造影技術(shù)，通過雙視角NIR-II成像與熒光微粒追蹤的融合，實現(xiàn)了活體深組織三維微循環(huán)的高分辨定量解析。其在4mm散射介質(zhì)中保持毛細(xì)血管級分辨率的能力，以及跨顱全皮層血管成像的成功演示，標(biāo)志著光學(xué)顯微領(lǐng)域的重要突破。該技術(shù)有望成為研究腦卒中、神經(jīng)退行性疾病微血管病變的新標(biāo)準(zhǔn)工具，并為腫瘤血管生成機(jī)制研究提供全新視角。

未來發(fā)展中，探針亮度優(yōu)化與相機(jī)幀率提升（目標(biāo)200Hz）將進(jìn)一步提高成像速度和深度；臨床轉(zhuǎn)化需解決量子點生物相容性問題，開發(fā)ICG基替代探針是重點方向。隨著SWIR相機(jī)成本下降，這項技術(shù)或?qū)⒃谖磥?年內(nèi)推動便攜式術(shù)中血管成像設(shè)備的革新，為精準(zhǔn)醫(yī)療提供更強(qiáng)大的可視化支持。

DOI:10.1002/advs.202204782.