声/光多模态脑成像与调控
声/光多模态成像：全脑深部血流动力学
图1 平面波超声微血流成像。左：平面波成像原理，千帧每秒、对微血流敏感；右：与光声融合无创获取的血流量、血流速、血氧与微血管结构图像。
传统超声逐线扫描成像，帧率有限，难以捕捉脑内缓慢而微弱的微血管血流。平面波超声以整个成像平面为单位同时发射与接收，帧率可达每秒上千帧；大量连续帧为后续的杂波滤波提供了充足的时间采样率，使慢速流动的微血流信号能够从组织回波中剥离出来。
基于这一平台，我们进一步在同一探头上融合多光谱光声成像，以无创方式在全脑尺度上同时获取高时空分辨率的血流量、血流速度、血氧和微血管结构等多维参数，为研究神经血管耦合、脑状态变化以及卒中、神经退行性疾病等模型中的脑血流异常提供了统一的测量手段。
成像写入一体化：光遗传/声遗传闭环与自由活动状态小鼠行为调控
图1 宏观光声成像系统及多类型光声探头
本团队围绕生物组织宏观尺度结构与微血管网络成像需求，开展光声成像系统设计、探头研制及成像技术研究，建立了集激光激发、超声信号采集和图像处理于一体的宏观光声成像平台。系统利用生物组织对光的吸收差异产生光声信号，通过超声探测获取组织内部信息，并结合图像重建实现组织结构及血管网络的可视化，为生物组织形态与血管分布研究提供成像技术支撑。
针对不同组织部位的解剖结构、成像范围及探测需求，团队设计并开发了线阵、凸阵、半环阵、全环阵和碗阵等多种光声探头构型。不同阵列结构在信号接收范围、探测几何及空间采样方式等方面各具特点，可根据具体研究对象和成像需求选择相应的探测方式，拓展了宏观光声成像在不同组织和器官中的应用范围。
图2 基于宏观光声成像实现不同组织部位的成像结果
通过阵列扫描获取不同位置的光声信号，并结合图像重建实现组织内部微血管网络的可视化。该成像方式能够在较短时间内完成较大范围的组织扫描，实现微血管网络的快速、无创成像，为组织微循环结构的观察提供了新的技术手段。
围绕不同组织部位的成像需求，团队开展了多场景光声成像验证，包括小鼠全身成像、人体膝骨关节成像及手掌成像。相关结果展示了系统对不同组织部位的成像能力，能够从整体组织尺度呈现内部血管及相关结构的分布特征。其中，人体手掌成像展示了外周组织血管网络的空间分布，膝骨成像则进一步拓展了宏观光声成像在骨关节相关组织研究中的应用场景。
上述研究初步建立了从宏观光声成像系统研发、多类型探头设计到不同组织部位成像验证的技术链条。相关技术可用于外周组织微血管网络的无创观察，为微循环障碍、血管相关疾病及组织血供变化等研究提供成像手段，并为进一步开展组织微循环功能评估及相关疾病研究奠定基础。
