深度分辨定位微血管造影技術在近紅外二區實現高分辨率三維微循環成像_abio生物試劑品牌網
本成果由該研究由 Quanyu Zhou、Daniil Nozdriukhin、Zhenyue Chen 等學者共同完成。研究論文《Depth-Resolved Localization Microangiography in the NIR-II Window》發表在《Advanced Science》期刊。
重要發現
01技術原理：雙視角立體定位系統
研究團隊構建了對稱傾角±20°的雙短波紅外（SWIR）相機系統。其創新核心在于：
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，發射峰1600 nm），作為移動點光源穿透生物組織
深度解析機制：兩相機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。實驗驗證表明，靜態微粒的定位精度達1.3×1.5×3.4 μm（x/y/z方向半高寬）
在1.2%脂溶乳仿組織實驗中（模擬生物散射特性）：
穿透深度：傾斜微管在脂溶乳中重建深度梯度達4mm，線寬保持穩定
復雜結構解析：成功重建“繩結”狀微管的三維重疊結構，區分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中的分辨率
通過小鼠顱骨無創成像：
全皮層覆蓋 ：30分鐘追蹤捕獲皮層600μm深度內的穿通微血管，分辨率為毛細血管級（<10μm）
血流動力學量化 ：三維軌跡追蹤實現血流速度測量，最高捕捉速度達9.25 mm/s，覆蓋毛細血管至小動脈流速范圍
深度驗證 ：相較單相機光擴散模型，雙視角系統深度測量波動降低50%
創新與亮點
01突破光學成像三重困局
深度-分辨率矛盾：傳統光學方法（如激光散斑、多光子顯微鏡）在>1mm深度分辨率驟降，本技術將高分辨（<5μm）成像深度拓展至4mm
三維重建瓶頸：免去機械軸向掃描，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：首次實現無創、全視野的小鼠皮層穿通血管三維成像，規避超聲/光聲成像所需的聲耦合問題
時空稀疏采樣 ：利用熒光微粒在血管中流動的稀疏分布特性，實現超衍射極限定位（理論分辨率僅受信噪比限制）
NIR-II光學窗口 ：量子點探針在1000-1700nm波段散射率降低10倍，配合高靈敏度SWIR相機捕獲深層信號
智能算法架構 ：通過微滴運動軌跡時空關聯（最大鏈接距離300μm），消除雙視角匹配歧義
03 轉化醫學價值
病理研究 ：為中風、腦腫瘤、阿爾茨海默癥的微循環病變提供全新觀測窗口
手術導航 ：可兼容FDA批準造影劑（如吲哚菁綠），未來可拓展至腫瘤邊界界定
設備普惠性 ：相較光聲超分辨率顯微鏡，系統成本降低60%，更易臨床推廣
總結與展望
本研究首創的深度分辨定位微血管造影技術，通過雙視角NIR-II成像與熒光微粒追蹤的融合，實現了活體深組織三維微循環的高分辨定量解析。其在4mm散射介質中保持毛細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，標志著光學顯微領域的重要突破。該技術有望成為研究腦卒中、神經退行性疾病微血管病變的新標準工具，并為腫瘤血管生成機制研究提供全新視角。
未來發展中，探針亮度優化與相機幀率提升（目標200Hz）將進一步提高成像速度和深度；臨床轉化需解決量子點生物相容性問題，開發ICG基替代探針是重點方向。隨著SWIR相機成本下降，這項技術或將在未來5年內推動便攜式術中血管成像設備的革新，為精準醫療提供更強大的可視化支持。
論文信息聲明：本文僅用作學術目的。
Zhou Q, Nozdriukhin D, Chen Z, Glandorf L, Hofmann UAT, Reiss M, Tang L, Deán-Ben XL, Razansky D. Depth-Resolved Localization Microangiography in the NIR-II Window. Adv Sci (Weinh). 2022 Nov 20;10(1):e2204782.
DOI:10.1002/advs.202204782.
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