画像化技術：血管の深部超解像イメージングのための超高速超音波局在顕微鏡法
Nature 527, 7579 doi: 10.1038/nature16066
微視的スケールでの器官深部の非侵襲的イメージングは、依然として生物医学イメージングにおける未解決課題である。光学顕微鏡法は、組織内で光波が拡散し急速に無相関化するため、まだ表面イメージングに限られているが、蛍光光活性化局在顕微鏡法などの革新的な手法によって、この十年で分解能が1桁以上と著しく向上した。光学系とは異なり、超音波はコヒーレンスを失わずに器官深部へ伝搬し、in vivoの無相関化過程による影響をあまり受けない。しかし、その分解能は本質的な回折限界によって低く抑えられていることから、長年にわたって解像度と侵入深さの間にトレードオフが強いられている。このため、臨床・前臨床用の超音波イメージングの分解能はサブミリメートルスケールにとどまっている。今回我々は、超高フレームレート（毎秒500フレーム以上）の超音波イメージングは、造影剤（不活性ガスのマイクロバブル）の過渡信号の無相関化を捉えることで、局在光学顕微鏡法に似た顕微鏡法となることをin vivoで実証する。超高速超音波局在顕微鏡法によって、非侵襲的サブ波長構造イメージングと、齧歯類の脳で組織表面から10 mm以上深部にある微小血管（直径10 μm未満）の血行動態の定量化が可能になる。これによって、短い収集時間（数十秒）で経頭蓋全脳イメージングが可能になる。静脈注射後、超高速イメージングによって個々のマイクロバブルからの単一エコーが検出された。その定位は、回折による制限を受けず、7万5000枚の画像上に蓄積されて、冠状面当たり100万の事象と、大きさが10 μmの統計的に独立したピクセルが得られた。マイクロバブルの位置を精密に時間的に追跡することによって、広いダイナミックレンジ（毎秒1ミリメートル～毎秒数センチメートル）で面内血流速度を正確に得られた。こうした結果は、超音波を用いた動物やヒトの非侵襲的深部顕微鏡観察への道を開くものである。我々は、超高速超音波局在顕微鏡法が、がん、脳卒中、動脈硬化など、微小血管血流が変化するさまざまな疾病過程の基本的理解と診断に不可欠な手段になると期待している。
