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上海光源科學中心X射線運動襯度血管造影成像研究獲新進展
文章來源:    發布時間:2020-08-01

近日,中國科學院上海高等研究院肖体乔研究员团队和上海交大生物医学工程学院杨国源教授团队合作发展了一种新型X射線血管造影成像方法—運動襯度血管成像(Move contrast X-ray angiographyMCA)。該方法基于上海光源成功實現了小動物模型微血管的高分辨率、高信噪比成像,研究成果近日以“Sensitive imaging of intact microvessels in vivo with synchrotron radiation”爲題發表在創刊于倫琴發現X射線100周年的國際晶體學會會刊《IUCrJ》上。  

許多疾病的早期階段,例如中風、高血壓、腫瘤血管生成、脊髓損傷和修複等,都與微血管的變化密切相關。齧齒類動物模型(如小鼠)被廣泛應用于疾病演化及治療的臨床前期研究,小動物模型遠小于人體的體積決定了其微血管成像需要更高的空間分辨率,同步輻射光源因其高通量密度特性而被廣泛用于血管疾病小動物模型的臨床前期研究。目前通常采用數字減影血管造影術(Digital subtraction X-ray angiography, DSA)來實現微血管成像,利用造影劑灌注前後時刻的影像相減來消除複雜背景的幹擾。但由于感興趣區域鄰近組織的非自主運動、造影劑在血管內存留時間短等因素的影響,傳統的X射線血管造影方法很难实现活体内微血管的高灵敏、高清晰成像,亟需发展一种能实现完整微血管高分辨成像的X射線血管造影术。 

基于上述原因,肖體喬研究員團隊聯合楊國源教授團隊提出並發展了一種基于運動襯度X射線成像(Move contrast X-ray imaging, MCXI)原理的血管造影成像方法,該方法可針對活體內部不同組織的運動特性將其區分開來、分別成像。小動物活體的實驗結果表明,MCA方法成功實現了複雜背景、近鄰組織運動、高頻噪聲和完整微血管的獨立成像(圖1),從而消除其相互幹擾,大幅提高了微血管成像的分辨率。進一步的靈敏度測試實驗結果表明,即使將造影劑濃度降低一個量級即稀釋到原有濃度的10%,仍能實現小動物活體腦部微血管系統的完整成像。MCA的高靈敏、低造影劑量特性,有望用于腎功能不全、造影劑高風險(如糖尿病)、造影劑過敏等疾病的臨床前期研究。利用灌注全過程的時域動態信號重構圖像,MCA可實現造影劑在血管內部運動軌迹的完整成像。實驗結果表明,該方法成功實現了動、靜脈血管系統的分別成像,從而消除不同微血管系統的相互幹擾(圖2)。此外,對于脈沖灌注(如輸尿管)的微管道造影成像,傳統DSA很難獲得其完整影像,利用MCA方法則可以實現小鼠輸尿管的清晰成像(圖3)。因此,MCA可爲血管疾病小動物模型的臨床前期及相關血流動力學研究提供一個全新的手段。由于其數據采集方式與目前臨床DSA類似,運動襯度血管造影成像方法有望應用到臨床診斷。 

該項研究得到了國家基礎研究重點研發項目和國家自然科學基金項目的資助。 

論文鏈接:https://doi.org/10.1107/S2052252520008234  

1:運動襯度X射線血管造影成像原理验证实验结果. 

2:運動襯度X射線成像实现动、静脉微血管分离成像. 

3:運動襯度X射線成像实现造影剂脉冲灌注的完整尿道成像.