隨著醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室(Inserm、ESPCI Paris-PSL、CNRS)在過(guò)去十年中取得的技術(shù)進(jìn)步，超聲正在改變神經(jīng)影像學(xué)領(lǐng)域。2009 年，功能性超聲 (fUS) 的推出為神經(jīng)科學(xué)家提供了一種獨(dú)特的技術(shù)——便攜、易于使用、具有成本效益——以高靈敏度可視化大腦活動(dòng)。2015 年，另一種方法，創(chuàng)造的超聲定位顯微鏡 (ULM) 產(chǎn)生了腦血管網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特圖像，揭示了微米級(jí)的血管。2022 年，醫(yī)學(xué)物理學(xué)的研究人員通過(guò)結(jié)合兩全其美，獲得了更加驚人的成果：功能性超聲定位顯微鏡 (fULM) 以微米級(jí)捕獲大腦活動(dòng)。該研究發(fā)表在《自然方法》上.它為腦血管疾病的診斷開(kāi)辟了未來(lái)的主要臨床前景，例如中風(fēng)、所有小血管疾病、動(dòng)脈瘤破裂的風(fēng)險(xiǎn)或在阿爾茨海默氏癥等神經(jīng)退行性疾病中很早就出現(xiàn)的血管改變。
超聲波掃描儀可以通過(guò)皮膚觀察器官，因此廣泛用于醫(yī)學(xué)成像，主要用于產(chǎn)科或心臟病學(xué)。迄今為止，使用超聲波進(jìn)行神經(jīng)成像仍僅限于檢測(cè)大腦中的大(直徑幾毫米)血管。然而，人們對(duì)更精確地觀察腦血管系統(tǒng)很感興趣，因?yàn)樵S多神經(jīng)退行性疾病——阿爾茨海默病、癡呆癥——都涉及小腦血管的功能障礙。
神經(jīng)血管耦合：神經(jīng)和血管網(wǎng)絡(luò)之間的對(duì)話
腦血管和神經(jīng)元活動(dòng)之間發(fā)生緊密的相互作用：血管為神經(jīng)元提供氧氣和營(yíng)養(yǎng)，因此支持神經(jīng)元活動(dòng)。這種稱為神經(jīng)血管耦合的基本相互作用在神經(jīng)影像學(xué)中得到了利用：檢測(cè)血流變化可以檢測(cè)大腦激活。
功能性超聲 (fUS) 具有非常高的靈敏度：它能夠檢測(cè)到腦血容量的非常細(xì)微的變化。它提供了使用超聲波固有的成像性能，即覆蓋整個(gè)大腦的大視野和數(shù)百微米的分辨率。
為了區(qū)分較小的血管，醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的研究人員開(kāi)發(fā)了一種稱為超聲定位顯微鏡 (ULM) 的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了比標(biāo)準(zhǔn)超聲更好的空間分辨率。假設(shè)您嘗試捕捉一條狹窄道路的衛(wèi)星視圖。從遠(yuǎn)處區(qū)分狹窄的路徑可能具有挑戰(zhàn)性。現(xiàn)在，如果一輛摩托車開(kāi)著大燈在這條路上行駛，你可能會(huì)看到它的光暈，而光暈的中心會(huì)準(zhǔn)確地告訴你摩托車的位置，從而揭示狹窄道路的位置。定位顯微鏡依賴于同樣的原理：一個(gè)明亮的點(diǎn)狀物體可以通過(guò)精確定位其光暈的中心來(lái)準(zhǔn)確定位。在 ULM 中，“明亮”的物體是生物相容的微米級(jí)氣泡，注入血液循環(huán)。具有微米級(jí)精度的血管，并使用超聲成像跨越大視野。通過(guò)積累數(shù)百萬(wàn)個(gè)微氣泡的軌跡，研究人員在嚙齒動(dòng)物和人類患者的全腦范圍內(nèi)重建了獨(dú)特的微血管解剖圖，正如之前的研究所發(fā)表的那樣(Demené 等人，Science Translational Medicine2017;Demeulenaere 等人) ,eBioMedicine2022)。然而，這種技術(shù)不夠快速和靈敏，無(wú)法動(dòng)態(tài)捕捉由神經(jīng)元活動(dòng)引起的局部血流變化。
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