脑成像应用说明

使用 TriTomTM 进行光声神经成像

脑成像或神经成像用于理解脑功能与行为之间的关系，并研究神经和精神疾病的根本原因。有助于了解大脑特定区域极其功能的对应关系。光声成像 (PAI) 利用差分热弹膨胀。脉冲激光用于照射感兴趣的组织，光被吸收，导致局部加热和热弹膨胀。产生的压力或声波由高频传感器发射和检测，信号被处理成高分辨率图像。光声成像（PAI）将超声波的时间和空间分辨率与光学的对比度和光谱特性相结合，可用于包括脑成像在内的多种应用。它可以以微米-毫秒的时空分辨率对大脑进行成像，具有足够的穿透力，能够从微观到宏观对大脑进行结构检查。

SYSTEM SPECIFICATIONS
Imaging System                       TriTomTM
Repetition Rate                        20 Hz
PA Excitation Range                532 nm &                                                 650-1300                                             (2300) nm
 
Figure 1: PAT composite image of the upper torso and brain of a female BALB/c mouse acquired post-mortem with 532 nm excitation (orange) and 750 nm (grey).
光声神经成像

神经成像或脑成像是评估和监测脑结构和功能的基本工具。然而，目前还没有单一的成像方法能够准确地描绘出脑的复杂解剖结构和生理过程。光声断层扫描 (PAT) 是一种非侵入性、非电离成像方式，可作为临床前神经科学研究中使用的传统成像技术的补充工具，例如磁共振成像 (MRI)、计算机断层扫描 (CT) 和正电子发射断层扫描 (PET)。PAT 能够获取高对比度和分辨率的深层光学吸收图像。PAT依赖于检测生物组织中的发色团（如血红蛋白）对激光的光学吸收后产生的声学超声波。组织的特性取决于组织的成分，例如水、脂肪、黑色素、氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白。光学激发与 PAI 的超声波检测相结合，可以为其他方法提供补充信息，提供许多优势，例如提供便携式技术且无有害电离辐射。无论是否使用外源造影剂，PAT 都可以提供高分辨率、高灵敏度的图像。

Figure 2: 2D transverse slices of the 750 nm PAT scans acquired at several vertical displacements. (1) arms, (2) cerebellum, (3) auricular artery, (4) cerebral artery, (5) medulla, (6) outline of brain, (7) transverse sinus, (8) confluence of sinus, (9) sublingual vein, (10) facial vein, (11) superficial temporal vein, (12) subarachnoid space, (13) right eye, (14) left eye, (15) optic track. Scale bar = 5 mm.
Figure 3: 10 mm thick coronal (left) and transverse (right) maximum intensity projection slabs of a PAT volume reconstructed from the 750 nm scan. (1) Superior sagittal sinus, (2) transverse sinus, (3) confluence of sinus, (4) cerebral artery, (5) auricular artery, (6) jugular vein, (7) brachial artery, (8) ophthalmic artery. Scale bar = 5 mm. 
PAT 和 MRI：脑成像的补充成像方式

MRI 通过使用大型磁波和无线电波来生成人体器官和结构的详细图像，获取大体积脑结构的高分辨率图像。然而，它提供的时间分辨率较差，不能用于研究快速的血流动力学反应和机制。光学成像通过利用组织中存在的各种生物分子为结构和功能成像提供对比度，但成像技术的光学散射限制了成像深度。利用非侵入性成像工具的一个或多个组件的成像能力，PAT 和 MRI 可以通过补偿每种成像方式的局限性来弥补传统脑成像技术的局限性。

Figure 4: PAT (left) and MRI (right) scans of two female BALB/c mice demonstrating the anatomical and functional information acquired with complementary imaging modalities. Scale bars = 10 mm.