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小鼠腦部深層光學相干斷層掃描血管成像：海馬體深度微血管成像
海馬體與大腦的記憶功能和導航功能相關，嚙齒動物的海馬體常被用來作為研究神經生理學的模型系統例如研究神經可塑性等。該部位的血管變化與腦部疾病密切相關，例如阿爾茨海默氏病，癡呆和癲癇病。小鼠海馬體周圍的血管成像可能有助于進一步闡明這些疾病的潛在機制。光學相干斷層掃描血管造影（OCTA）是一種新興技術，可以提供無標簽的血流信息。由于海馬體是小鼠大腦的深層結構，因此直接使用OCTA和其他顯微成像方式對血管網絡進行可視化一直是醫學影像學的研究挑戰之一。目前已有使用多光子顯微鏡對海馬血管進行了成像，但是使用此技術時，必須用熒光探針標記。而在此研究中研究者Kwan Seob Park等人使用1.7μm掃描OCT系統對小鼠海馬體結構進行了無標簽和無創微血管成像。成像結果表明，具有一定穿透能力的OCTA系統可以可視化海馬不同部位與大腦深部區域相對應的血流。
在該實驗中，研究者使用OCTA系統對5周齡小鼠的大腦成像，通過顱窗觀察海馬體中的微血管系統。為了確認獲得的OCT腦部圖像的組織學位置，我們將OCT結構圖像和OCTA圖像與H＆E組織學進行了比較如圖一。并對海馬體結構中的不同部分進行了血管成像如圖二，通過對不同深度的成像分別呈現了CCg，CA1g，DGg三部分的微血管信息。
圖一：從左側開始，H＆E組織學顯示了海馬結構，相應的OCT圖像和OCTA圖像。
圖二：小鼠腦海馬結構中的結構和微脈管系統的體內成像。為了確認1.7μmOCTA與深部腦成像的性能，我們比較了1.7μm和1.3μmOCTA成像。結果顯示在伴隨深度增加的同時1.3μmOCTA具有更好的亮度，但是1.7μmOCTA具有更好的對比度，如圖三。
圖三：1.7 µm和1.3 µm OCTA的圖像質量比較。實驗中使用的鏡頭空氣中成像深度為1.8毫米，可以覆蓋整個海馬體的結構（空氣中約為1.4毫米）。但是，使用單個成像無法獲得整個海馬結構的OCTA圖像。由于小鼠腦組織的濁度，有效DOF略有降低，而海馬體附近的血管只有幾微米大小。因此，當成像平面與焦點平面不對齊時，導致深層的微血管很容易模糊或不可見。在沿軸向更改焦點位置以對此進行校正時，獲得了四個不同的數據。每個焦點位置由不同的彩色箭頭指示如圖四。將各個層圖像進行動畫擬合得到完整的海馬體內部微血管圖像如文開頭視頻。
圖四：合并后的OCTA總計具有4種不同的焦深和分段的小鼠大腦深部血管的分布圖。
總而言之，此文描述了使用1.7-μmSS-OCT血管造影系統對小鼠大腦海馬血管網絡進行體內無標記觀察。生成圖像顯示該系統可以成像到海馬結構的底部。因此可以體內實現無創，無標簽深層血管成像。此外，我們發現，與1.3μm波長的光相比，較低的1.7μm的光更加適合用于深部OCTA成像，因為圖像的背景水平較低。綜上所述，此研究已經證明1.7-μmSS-OCT血管造影可以提供具有高時空分辨率的海馬結構及血管深度圖像。深部腦血管成像有助于理解多種病理，例如阿爾茨海默氏病，癡呆和癲癇。此技術將為腦部的相關研究提供全新的視角。
參考文獻
Park KS, Shin JG, Qureshi MM, Chung E, Eom TJ. Deep brain optical coherence tomography angiography in mice: in vivo, noninvasive imaging of hippocampal formation. Sci Rep. 2018;8(1):11614. Published 2018 Aug 2. doi:10.1038/s41598-018-29975-6