近日，南方科技大学生物医学工程系教授奚磊团队成功开发出一套光声计算介观成像系统(PACMes)，实现了通过对小鼠完整头皮和颅骨脑皮层血管网络进行无标记的长期、高分辨率可视化成像。相关成果发表于《科学进展》。

无创长期脑成像技术是解析大脑生理功能、探究脑疾病病理机制的关键手段，实现对疾病全过程的动态监测。但小鼠的头皮、颅骨等复杂结构会造成光折射、强散射和超声衰减，严重影响成像效果。无创成像技术如近红外II区荧光成像，存在荧光光漂白和代谢清除问题，超声定位显微镜需要反复注射微泡造影剂，光声计算层析成像则受限于低频超声的衍射极限，难以实现长期无创高分辨率成像。

为此，研究团队提出了全新的PACMes成像策略，通过近红外光学激发、低频声学检测、计算重建三大维度的协同优化，构建了一体化的无创光声成像系统。该系统不仅实现了对完整头皮和颅骨的高效穿透，降低光散射干扰，以及对光声信号的高灵敏度全视角检测，大幅降低了生物组织的声衰减影响，还实现了背景伪影的有效抑制，最终达到全视野各向同性高分辨率成像。

研究示意图。南方科技大学供图

测试发现，该系统无需外源性造影剂，可实现完整头皮与颅骨直径13毫米视野成像，覆盖小鼠全大脑皮层，空间分辨率达33微米，且支持5个月以上的连续监测。团队还设计了速度校准与坐标校准双模型，并结合深度学习自监督恢复算法，将所需扫描角度从180个缩减至18个，成像速度提升了10倍，同时有效抑制了由组织声速不匹配引发的伪影，提升了图像的结构保真度。

在轻度缺血性中风小鼠模型中，团队利用该系统实现了超5个月的动态监测，清晰捕捉到了梗死区血管密度先升后降再恢复基线的完整变化过程，并在无创条件下观测到造模后72小时梗死区新生侧支循环的关键病理特征，为卒中后的血管修复机制研究提供了直观依据。在脑胶质瘤小鼠模型中，PACMes系统成功追踪到肿瘤生长过程中血管形态扭曲，以及矢状窦受压变形等典型病理表现，其成像结果与核磁共振检测、组织病理染色结果高度吻合，达成了肿瘤血管重构的无创全程监测。

该研究实现了无创、无标记、高分辨率的长期脑皮层血管成像，相较于现有技术，无需对实验动物进行侵入性操作，避免了造影剂代谢负担和光漂白对长期成像的影响，为脑疾病的慢性病程监测提供了理想工具。

未来，结合更高数值孔径物镜和多光谱激发策略，PACMes技术还可实现毛细血管级别的全脑功能成像，并进一步拓展至血氧、脂质等多参数的脑代谢监测，为阿尔茨海默病、癫痫等更多脑血管相关疾病的病理机制研究和治疗效果评估开辟了新的技术路径。

相关论文信息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea1602