大鼠心脏解剖和功能的无创光声计算机断层扫描

心血管疾病是发病的主要原因，动物模型的临床前研究对于更好地了解其机制至关重要。在过去的几十年里，小动物模型的非侵入性成像提供了对具有生理和临床相关性的结构和功能表型的体内洞察。

光声计算机断层扫描 (PACT) 是一种新兴的心脏成像技术，它结合了来自光照的功能性光学对比度和来自声学检测的高空间分辨率。然而，由于照明和检测方案不理想，大多数已发布的 PACT 原型尚未证明可用于详细解剖或功能表型的非侵入性心脏成像。

在Light Science & Applications上发表的一篇新论文中，由加州理工学院光学成像实验室的 Lihong V. Wang 教授领导的科学家团队，美国加州理工学院电气工程系医学工程系 Andrew 和 Peggy Cherng和加州大学洛杉矶分校医学系心脏病学系的 Tzung K. Hsiai 教授及其同事使用最近开发的三维 PACT (3 -D-PACT) 平台。

通过调节照明和检测方案，3-D-PACT 在 10 秒内扫描了大鼠心脏，并根据时间门控策略重建了一系列心脏图像。3-D-PACT显着提高了图像清晰度，捕捉了肥胖大鼠和对照组大鼠心脏结构的动态变化;即腔室大小、心肌壁厚度和心内流量。此外，3-D-PACT 能够记录来自健康、肥胖和高血压大鼠(包括主动脉、肺动脉以及左冠状动脉和右冠状动脉)的各种大小的血管系统中的不同血流。

为了解决胸肋和环绕心脏的肺气囊的声学失真，作者展示了一个大的声学检测孔径，可以从多个视角收集光声信号。此外，体积心脏成像中最令人兴奋(和最具挑战性)的目标之一是心跳，它包含丰富的血液动力学信息，但会使图像模糊。作者应用由同步心电图 (ECG) 测量引导的时间门控重建来校正运动伪影。3-D-PACT 连同 ECG 辅助同步，在很大程度上解决了以前 PACT 方法的挑战，并无创地揭示了整个大鼠心脏解剖结构和血流动力学。

科学家们总结了他们成像装置的优势：“为了揭示心脏解剖结构，3-D-PACT 采用具有大视角的半球形声学检测孔径，以减轻肋骨和肺部引起的影响;1064 纳米的光和均匀的照明还有助于深入穿透整个心脏;周期性心跳允许 ECG 引导的时间门控方法在 10 秒扫描期间减少运动引起的伪影。”

解剖细节的成功成像进一步实现了心脏功能和动力学测量。“3-D-PACT 中的光学成像对比描绘了心肌中肌红蛋白和血液中血红蛋白的分布，揭示了与生理相关的心脏解剖结构和功能，”他们补充说。

“3-D-PACT 是一个开放的成像平台，用于临床前研究和临床转化，同时提供心脏解剖结构和功能。与已建立的成像方式相比，心脏的 PACT 提供了额外的生理学相关信息，具有高成像速度和分辨率，但没有电离辐射或侵入性的需要，使 PACT 成为人类新生儿心脏成像的有前途的工具，”科学家们预测。

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