推进超声成像的边界:用超快技术开辟新天地

最近，捕捉转瞬即逝的瞬间(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么样?POSTECH(浦项科技大学)的一个研究小组利用仅在一秒钟内捕获1000幅图像的超快超声波解开了肾脏疾病的谜团。

由电机工程系、融合IT工程系、机械工程系和融合科技学院的Chulhong Kim教授、机械工程系和融合IT工程系的Jinah Jang教授、融合IT工程系和融合科技学院的Yong Joo Ahn教授、Donghyeon Oh和Donghyun Lee领导的研究团队， 来自融合IT工程系的博士生、电气工程系的博士生Jinseok Heo、融合科技学院的硕士生Jooyoung Kweon和POSTECH未来IT创新实验室的博士后研究员Uijung Yong利用超快超声实现了肾脏三维微血管的成像。

他们的技术正在引起关注，能够在没有任何造影剂的情况下可视化整个肾脏微血管系统。

这些发现将作为封底文章发表在国际杂志上先进的科学。

肾脏在过滤废物和清除血液中不需要的物质方面发挥作用。

高血压和糖尿病等疾病会损害这一重要功能，导致肾衰竭——这种不可逆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。

鉴于肾脏中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。

代表性的当代医学成像方法如CT(计算机断层扫描)和MRI(磁共振成像)由于其分辨率和灵敏度的限制而在捕捉精细血管结构方面具有局限性。

此外，由于在患有肾脏疾病的患者中潜在的致命副作用，在这些方法中使用造影剂受到限制。

相比之下，超声成像被认为对胎儿监测足够安全，它利用多普勒效应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捉精细血管方面具有局限性。

研究小组通过采用每秒1000帧的超快超声采集提高了微血管灵敏度，这一速度比传统超声成像快100多倍。

利用这项技术，研究人员在不需要造影剂的情况下对肾皮质中肾动脉、静脉和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，他们在诱发肾衰竭的动物模型中进行了肾血管变化的连续观察，使用血液动力学和血管形态学指标进行了多变量分析。

结果显示，在急性肾衰竭期间肾血流量急剧下降，而在糖尿病肾病的情况下，他们发现肾脏中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，“它有很大的潜力用于研究各种器官的血液循环和功能障碍，包括消化系统、循环系统和大脑神经系统。”

该研究得到了国家研究基金会(NRF)赠款、韩国医疗设备开发基金赠款、韩国再生医学基金和BK21四个项目(浦项科技大学)的支持，这些项目由韩国政府(科学和信息通信技术部;教育部;贸易、工业和能源部;卫生和福利部)。

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