突破超声成像的界限：利用超快技术开辟新天地

最近，捕捉转瞬即逝的瞬间(例如子弹穿过玻璃)的高速视频内容引起了人们的兴趣。如果我们将医学检查中使用的超声波应用到高速视频中会怎样?POSTECH(浦项科技大学)的一个研究小组利用超快超声波解开了肾脏疾病的谜团，该超声波只需一秒钟即可捕获 1,000 张图像。

电气工程系、融合IT工程系、机械工程系、融合科学与技术学院的Chulhong Kim教授领导的研究团队，机械工程系、融合科学与技术学院的Jinah Jang教授领导的研究团队融合IT工程，融合IT工程系和融合科学技术学院教授Yong Joo Ahn，融合IT工程系博士研究生Donghyeon Oh和Donhyun Lee，融合IT工程系博士研究生Jinseok Heo融合科学与技术学院电气工程系硕士生Jooyoung Kweon和Uijung Yong，POSTECH 未来 IT 创新实验室的一名博士后研究员利用超快超声实现了肾脏三维微血管成像。

他们的技术正在引起人们的关注，能够在不使用任何造影剂的情况下可视化整个肾脏微脉管系统。

研究结果将作为封底文章发表在国际期刊《Advanced Science》上。

肾脏在过滤废物和消除血液中不需要的物质方面发挥着作用。

高血压和糖尿病等疾病可能会损害这一重要功能，导致肾衰竭——这是一种不可逆转的疾病，需要通过人工血液透析或供体肾移植进行终身治疗。

鉴于肾脏的血液灌注与其过滤功能之间的直接联系，微血管成像可以成为预防肾衰竭和从肾衰竭中恢复的关键指标。

CT(计算机断层扫描)和MRI(磁共振成像)等代表性的当代医学成像方法由于分辨率和灵敏度的限制，在捕获精细血管结构方面存在局限性。

此外，由于造影剂对肾病患者可能产生致命的副作用，这些方法中造影剂的使用受到限制。

相比之下，超声成像被认为对于胎儿监测足够安全，它利用多普勒效应来测量实时血流速度和方向，而不需要造影剂。

然而，当前的成像速度在以足够的灵敏度捕获细血管方面存在局限性。

研究团队通过采用每秒捕获 1,000 帧的超快超声采集来增强微血管灵敏度，速度比传统超声成像快 100 倍以上。

利用这项技术，研究人员在无需造影剂的情况下，对肾动脉、静脉以及肾皮质内167μm(微米)厚的小叶间动脉和静脉的整个三维血管网络进行成像，实现了世界首创。

此外，他们对肾衰竭动物模型中的肾血管变化进行了连续观察，并使用血流动力学和血管形态指标进行多变量分析。

结果显示，急性肾衰竭期间肾血流量急剧减少，而在糖尿病肾病的情况下，他们发现肾脏存在慢性血管变性，并伴有血管扭曲。

Chulhong Kim 教授解释说：“该系统使我们能够了解导致肾衰竭的疾病的病理生理学，从而能够观察肾移植前后的血管变化。” 他补充说：“它具有用于研究消化系统、循环系统和脑神经系统等各个器官的血液循环和功能损伤的巨大潜力。”

该研究得到了韩国政府(科学部)资助的国家研究基金会(NRF)赠款、韩国医疗器械开发基金赠款、韩国再生医学基金和 BK21 四个项目(浦项科技大学)的支持和信息通信技术部;教育部;产业通商资源部;卫生福利部)。

来源: Materials provided by Pohang University of Science & Technology (POSTECH).
注明: Content may be edited for style and length. Journal Reference: Donghyeon Oh, Donghyun Lee, Jinseok Heo, Jooyoung Kweon, Uijung Yong, Jinah Jang, Yong Joo Ahn, Chulhong Kim. Contrast Agent‐Free 3D Renal Ultrafast Doppler Imaging Reveals Vascular Dysfunction in Acute and Diabetic Kidney Diseases. Advanced Science, 2023; 10 (36) DOI: 10.1002/advs.202303966