应用磁性纳米粒子调制的光学相干层析成像进行小鼠脑梗死模型皮层微循环研究

Blood supply and local microcirculation are key factors in both pathogenesis and therapy of cerebral infarction (CI). Effective technologies of blood flow detection in small animal cortex are important for researches on CI (pathological mechanism, thrombolytic therapy and drug trail). Currently, Optical coherence tomography （OCT）angiography can provide blood flow perfusion image based on changes of motion contrast, i.e. changes of backscatter light introduced by blood cell motion. In this project, new techniques were developed to detect blood flow supply and microcirculation of CI based on the combination of OCT and magnetic nanoparticles (MNPs) modulation. The contents of our research include: (1) Integration of Doppler OCT and OCT angiography to measure absolute blood flow supply in CI; (2) OCT angiography for vessels without blood flow perfusion to provide information of angiemphraxis and cruor, which was realized by detection of motion contrast introduced by MNPs driven by external magnetic field; (3) MNPs distribution imaging with phase-resolved OCT to evaluate destruction of Blood-brain barrier.

在脑梗死（CI）的病理进程及治疗过程中，皮层血供及局部微循环是关键因素。小动物皮层血流检测及成像技术对于CI的病理机制、溶栓治疗、药物实验等研究都有十分重要的作用。目前的光学相干层析（OCT）血管成像是基于运动对比度变化，即血细胞流动导致背向散射光的变化。而在CI病灶周围，血供停止或血流极低，这种技术已经无法应用。本课题结合OCT及磁性纳米粒子（MNPs），研究适合CI病灶血供及微循环特点的检测及成像技术。主要研究内容包括：（1）Doppler OCT与OCT血管成像技术结合，测量CI病灶供血血管绝对流速、流量变化；（2）在小动物体内注射MNPs，外加交变磁场调制，OCT检测MNPs运动引起的血细胞移动（运动对比度），实现无血流血管成像，以反映血管内部阻塞情况与凝血状态；（3）通过相敏OCT技术，检测磁场调制下纳米粒子在脑组织中的分布情况，对血-脑屏障的损伤进行评估。

脑血管疾病患病率高、致残率高、复发率高、死亡率高，是当今世界危害人类生命健康的最主要疾病之一。脑梗死（CI）是缺血性脑卒中的总称，约占脑血管病的60%～80%。研究表明，脑组织血供是脑梗死发病及治疗的关键因素。本课题以光学相干层析成像（OCT）为主要技术手段，建立CI动物模型开展研究，尝试揭示CI的发病与治疗的一些内部机制。将磁性纳米粒子（MNPs）调制与OCT结合，识别血流状态。构建了双线圈磁场调制的MM-OCT成像系统，提出了共光路法抑制调制噪声，实现了MNPs的在体检测。将自适应算法应用于OCT血管成像，提高了成像质量并实现了小鼠皮层血流灌注的准确量化。采用新的算法计算皮层的光衰减系数，进而评估了CI发病过程脑水肿的进展情况。为寻找评估皮层血流状态更便捷的技术手段，我们尝试了基于零差干涉的非接触光声成像技术，并与OCT结合，实现了OCT-光声双模成像。采用该双模成像技术，实现了对小鼠耳廓的血流状态评估。采用Doppler OCT技术测量了较大血管的流速，提出了测量绝对流速以及相位去卷绕的新方法，为后续研究奠定了基础。.通过项目的实施，在东北大学秦皇岛分校逐步组建了以光学成像、光学检测为主要研究方向的团队。目前团队8人（教授2人，副教授3人，讲师3人），每年培养研究生4~5人。项目执行期间发表或已收录标有资助号的SCI源刊论文22篇（20篇已检索），其中第一或通讯作者共17篇；授权国家发明专利12项；研究生毕业7名。.