南京大學(xué)發(fā)明新一代超聲“顯微鏡”

南京大學(xué)物理學(xué)院屠娟教授、章東教授聯(lián)合南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院朱景寧教授、張瀟洋特聘研究員提出基于速度約束與運動補償?shù)某�快超聲定位顯微成像算法，突破“分辨率極限”，并在大鼠腦、腎等器官中實現(xiàn)了微血管網(wǎng)絡(luò)的超分辨率成像，繪制高清晰“生命微觀通路圖”，為心腦血管及微循環(huán)系統(tǒng)相關(guān)的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究和重大疾病診療提供了全新顯像工具。 nzxHd7NIZ  
超聲檢查因其安全無創(chuàng)、無電離輻射、操作便捷，已成為臨床診斷的重要工具。然而傳統(tǒng)超聲成像技術(shù)存在一個關(guān)鍵瓶頸，即受限于物理衍射極限，其空間分辨率難以清晰顯示組織器官內(nèi)部細小的微循環(huán)血管網(wǎng)絡(luò)，這些血管的直徑往往只有頭發(fā)絲的十分之一，但其微血流分布的變化往往與心、腦、肝、腎等器官的重大疾病密切相關(guān)。 +?t& 7={~  
而超分辨的超聲定位顯微成像（Ultrasound Localization Microscopy，ULM）技術(shù)，通過追蹤微米尺度的超聲造影劑微泡，并精確描繪這些微泡的運動軌跡，成功繪制高清“微血管通路圖”。這項突破使研究人員首次能夠利用超聲成像清晰觀察到腦組織、腫瘤微環(huán)境等關(guān)鍵部位的精細血流分布。但這項技術(shù)在實際應(yīng)用中遇到了幾個“卡脖子”難題： %iPIgma  
·“認錯人”問題：當(dāng)微泡數(shù)量多、血流速度快（如心臟附近）或圖像有干擾時，容易混淆微泡運動軌跡。 fFC9:9<  
·“算得慢”瓶頸：重建一幅高清血管圖需要大量計算，難以滿足臨床術(shù)中實時成像的需求。 _@?I)4n|  
·“脈動”干擾：患者呼吸、心跳等自然運動會干擾微泡信號追蹤，導(dǎo)致圖像重建模糊。 LDw.2E  
這些技術(shù)瓶頸嚴重制約著ULM在臨床中的廣泛應(yīng)用。正因如此，研發(fā)新一代更智能、更快速的超聲定位顯微成像技術(shù)已成為亟需突破的關(guān)鍵難題。 y+wy<[u  
針對以上挑戰(zhàn)，南京大學(xué)科研團隊提出了一項關(guān)鍵技術(shù)突破——融合運動補償和速度約束的卡爾曼濾波超聲定位顯微成像（vc-Kalman ULM）算法。該方法的主要創(chuàng)新點包括： k^JgCC+  
（1）速度約束卡爾曼濾波追蹤算法：首先構(gòu)建包含微泡空間位置和亮度特征的狀態(tài)向量，通過“預(yù)測-匹配-校正”的遞歸優(yōu)化框架，結(jié)合速度約束規(guī)則自動濾除“假信號”，精準追蹤微泡軌跡。針對大鼠腦部微血管成像（圖1）結(jié)果顯示，vc-Kalman ULM可以有效提升微泡追蹤準確度，清晰顯示微血管網(wǎng)絡(luò)空間分布及運動方向，并精準量化微血流速度變化。
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