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科学家利用贝塞尔光束光学相干显微镜实现脑血管网络形态与功能的多尺度评估
作者:小柯机器人 发布时间:2024/11/13 9:45:39

近日,瑞士苏黎世大学的Daniel Razansky及其研究团队取得一项新进展。经过不懈努力,他们利用贝塞尔光束光学相干显微镜实现脑血管网络形态与功能的多尺度评估。相关研究成果已于2024年11月11日在国际知名学术期刊《光:科学与应用》上发表。

在本研究中,研究人员引入了扩展焦距的贝塞尔光束光学相干显微镜,能够在1000×1000×360微立方米的视野范围内,以毛细血管级别的分辨率捕获小鼠全皮层血管层级结构。后处理流程采用监督式深度学习方法,对高分辨率血管造影图像进行精确的三维分割,从而能够在多个空间尺度上可靠地研究微血管结构。

结合高灵敏度多普勒光学相干断层成像技术,该研究的方法能够计算出血流的轴向和横向速度分量,以及特定血管的血流方向,从而便于全面评估各种尺寸血管的形态功能特征。通过基于图论的分析,研究人员深入了解了从单个毛细血管到更广泛网络交互的血管连接性,这一任务在传统体内研究中颇具挑战。这一新的成像与分析框架拓展了脑血管功能和神经血管病理学研究的前沿。

据悉,理解大规模脑血管网络的形态和功能对于研究大脑健康与疾病至关重要。然而,将大规模成像的需求与高分辨率体积显微镜的精确度相协调,一直是一个持续存在的挑战。

附:英文原文

Title: Bessel beam optical coherence microscopy enables multiscale assessment of cerebrovascular network morphology and function

Author: Glandorf, Lukas, Wittmann, Bastian, Droux, Jeanne, Glck, Chaim, Weber, Bruno, Wegener, Susanne, El Amki, Mohamad, Leitgeb, Rainer, Menze, Bjoern, Razansky, Daniel

Issue&Volume: 2024-11-11

Abstract: Understanding the morphology and function of large-scale cerebrovascular networks is crucial for studying brain health and disease. However, reconciling the demands for imaging on a broad scale with the precision of high-resolution volumetric microscopy has been a persistent challenge. In this study, we introduce Bessel beam optical coherence microscopy with an extended focus to capture the full cortical vascular hierarchy in mice over 1000×1000×360μm3 field-of-view at capillary level resolution. The post-processing pipeline leverages a supervised deep learning approach for precise 3D segmentation of high-resolution angiograms, hence permitting reliable examination of microvascular structures at multiple spatial scales. Coupled with high-sensitivity Doppler optical coherence tomography, our method enables the computation of both axial and transverse blood velocity components as well as vessel-specific blood flow direction, facilitating a detailed assessment of morpho-functional characteristics across all vessel dimensions. Through graph-based analysis, we deliver insights into vascular connectivity, all the way from individual capillaries to broader network interactions, a task traditionally challenging for in vivo studies. The new imaging and analysis framework extends the frontiers of research into cerebrovascular function and neurovascular pathologies.

DOI: 10.1038/s41377-024-01649-1

Source: https://www.nature.com/articles/s41377-024-01649-1

期刊信息

Light: Science & Applications《光:科学与应用》,创刊于2012年。隶属于施普林格·自然出版集团,最新IF:19.4

官方网址:https://www.nature.com/lsa/
投稿链接:https://mts-lsa.nature.com/cgi-bin/main.plex