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小鼠脑部深层光学相干断层扫描血管成像：海马体深度微血管成像
海马体与大脑的记忆功能和导航功能相关，啮齿动物的海马体常被用来作为研究神经生理学的模型系统例如研究神经可塑性等。该部位的血管变化与脑部疾病密切相关，例如阿尔茨海默氏病，痴呆和癫痫病。小鼠海马体周围的血管成像可能有助于进一步阐明这些疾病的潜在机制。光学相干断层扫描血管造影（OCTA）是一种新兴技术，可以提供无标签的血流信息。由于海马体是小鼠大脑的深层结构，因此直接使用OCTA和其他显微成像方式对血管网络进行可视化一直是医学影像学的研究挑战之一。目前已有使用多光子显微镜对海马血管进行了成像，但是使用此技术时，必须用荧光探针标记。而在此研究中研究者Kwan Seob Park等人使用1.7μm扫描OCT系统对小鼠海马体结构进行了无标签和无创微血管成像。成像结果表明，具有一定穿透能力的OCTA系统可以可视化海马不同部位与大脑深部区域相对应的血流。
在该实验中，研究者使用OCTA系统对5周龄小鼠的大脑成像，通过颅窗观察海马体中的微血管系统。为了确认获得的OCT脑部图像的组织学位置，我们将OCT结构图像和OCTA图像与H＆E组织学进行了比较如图一。并对海马体结构中的不同部分进行了血管成像如图二，通过对不同深度的成像分别呈现了CCg，CA1g，DGg三部分的微血管信息。
图一：从左侧开始，H＆E组织学显示了海马结构，相应的OCT图像和OCTA图像。
图二：小鼠脑海马结构中的结构和微脉管系统的体内成像。为了确认1.7μmOCTA与深部脑成像的性能，我们比较了1.7μm和1.3μmOCTA成像。结果显示在伴随深度增加的同时1.3μmOCTA具有更好的亮度，但是1.7μmOCTA具有更好的对比度，如图三。
图三：1.7 µm和1.3 µm OCTA的图像质量比较。实验中使用的镜头空气中成像深度为1.8毫米，可以覆盖整个海马体的结构（空气中约为1.4毫米）。但是，使用单个成像无法获得整个海马结构的OCTA图像。由于小鼠脑组织的浊度，有效DOF略有降低，而海马体附近的血管只有几微米大小。因此，当成像平面与焦点平面不对齐时，导致深层的微血管很容易模糊或不可见。在沿轴向更改焦点位置以对此进行校正时，获得了四个不同的数据。每个焦点位置由不同的彩色箭头指示如图四。将各个层图像进行动画拟合得到完整的海马体内部微血管图像如文开头视频。
图四：合并后的OCTA总计具有4种不同的焦深和分段的小鼠大脑深部血管的分布图。
总而言之，此文描述了使用1.7-μmSS-OCT血管造影系统对小鼠大脑海马血管网络进行体内无标记观察。生成图像显示该系统可以成像到海马结构的底部。因此可以体内实现无创，无标签深层血管成像。此外，我们发现，与1.3μm波长的光相比，较低的1.7μm的光更加适合用于深部OCTA成像，因为图像的背景水平较低。综上所述，此研究已经证明1.7-μmSS-OCT血管造影可以提供具有高时空分辨率的海马结构及血管深度图像。深部脑血管成像有助于理解多种病理，例如阿尔茨海默氏病，痴呆和癫痫。此技术将为脑部的相关研究提供全新的视角。
参考文献
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