深度分辨定位微血管造影技术在近红外二区实现高分辨率三维微循环成像
2025-08-12 来源:本站 点击次数:388本成果由该研究由 Quanyu Zhou、Daniil Nozdriukhin、Zhenyue Chen 等学者共同完成。研究论文《Depth-Resolved Localization Microangiography in the NIR-II Window》发表在《Advanced Science》期刊。
重要发现
01技术原理：双视角立体定位系统
研究团队构建了对称倾角±20°的双短波红外（SWIR）相机系统。其创新核心在于：
荧光微粒追踪：向血管注入直径<20 μm的量子点荧光微滴（PbS/CdS QDs，发射峰1600 nm），作为移动点光源穿透生物组织
深度解析机制：两相机捕捉微粒在血管中流动的双视角图像，通过像素级位移（视差）计算深度坐标。实验验证表明，静态微粒的定位精度达1.3×1.5×3.4 μm（x/y/z方向半高宽）
在1.2%脂溶乳仿组织实验中（模拟生物散射特性）：
穿透深度：倾斜微管在脂溶乳中重建深度梯度达4mm，线宽保持稳定
复杂结构解析：成功重建“绳结”状微管的三维重叠结构，区分239.4μm的轴向间距（接近微管外径）
散射抑制：相较宽场成像，定位成像显著提升散射介质中的分辨率
通过小鼠颅骨无创成像：
全皮层覆盖：30分钟追踪捕获皮层600μm深度内的穿通微血管，分辨率为毛细血管级（<10μm）
血流动力学量化：三维轨迹追踪实现血流速度测量，最高捕捉速度达9.25 mm/s，覆盖毛细血管至小动脉流速范围
深度验证：相较单相机光扩散模型，双视角系统深度测量波动降低50%
创新与亮点
01突破光学成像三重困局
深度-分辨率矛盾：传统光学方法（如激光散斑、多光子显微镜）在>1mm深度分辨率骤降，本技术将高分辨（<5μm）成像深度拓展至4mm
三维重建瓶颈：免去机械轴向扫描，通过双视角三角定位实时获取深度信息，成像速度提升至40帧/秒
跨颅成像限制：首次实现无创、全视野的小鼠皮层穿通血管三维成像，规避超声/光声成像所需的声耦合问题
时空稀疏采样：利用荧光微粒在血管中流动的稀疏分布特性，实现超衍射极限定位（理论分辨率仅受信噪比限制）
NIR-II光学窗口：量子点探针在1000-1700nm波段散射率降低10倍，配合高灵敏度SWIR相机捕获深层信号
智能算法架构：通过微滴运动轨迹时空关联（最大链接距离300μm），消除双视角匹配歧义
03转化医学价值
病理研究：为中风、脑肿瘤、阿尔茨海默症的微循环病变提供全新观测窗口
手术导航：可兼容FDA批准造影剂（如吲哚菁绿），未来可拓展至肿瘤边界界定
设备普惠性：相较光声超分辨率显微镜，系统成本降低60%，更易临床推广
总结与展望
本研究首创的深度分辨定位微血管造影技术，通过双视角NIR-II成像与荧光微粒追踪的融合，实现了活体深组织三维微循环的高分辨定量解析。其在4mm散射介质中保持毛细血管级分辨率的能力，以及跨颅全皮层血管成像的成功演示，标志着光学显微领域的重要突破。该技术有望成为研究脑卒中、神经退行性疾病微血管病变的新标准工具，并为肿瘤血管生成机制研究提供全新视角。
未来发展中，探针亮度优化与相机帧率提升（目标200Hz）将进一步提高成像速度和深度；临床转化需解决量子点生物相容性问题，开发ICG基替代探针是重点方向。随着SWIR相机成本下降，这项技术或将在未来5年内推动便携式术中血管成像设备的革新，为精准医疗提供更强大的可视化支持。
论文信息声明：本文仅用作学术目的。
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.