Kỹ thuật chụp ảnh cung cấp thông tin chi tiết, theo thời gian thực liên quan đến mạng lưới mạch máu não phức tạp rất quan trọng để mở rộng hiểu biết của chúng ta về các rối loạn mạch máu thần kinh như đột quỵ, sa sút trí tuệ và chấn thương não cấp tính.

Mặc dù chụp cắt lớp phát xạ positron (PET) và chụp cộng hưởng từ chức năng (fMRI) cung cấp hình ảnh tốt, chất lượng, nhưng chúng có độ phân giải không gian thấp, gây khó khăn cho việc phân biệt các cấu trúc cơ thể liền kề và độ phân giải thời gian thấp, sẽ không có đủ thời gian cần thiết để thực hiện các phép đo và tạo hình ảnh.

Tương tự, kính hiển vi quang học tạo ra những hình ảnh có độ phân giải cao nhưng bị cản trở bởi tốc độ tạo ảnh chậm và độ sâu thâm nhập kém. Sóng siêu âm tăng cường vi bọt thâm nhập sâu với độ phân giải cao nhưng thiếu độ nhạy chức năng.

Phương pháp chụp ảnh thay thế khác, kính hiển vi quang-âm (PAM), sử dụng các xung ánh sáng laze chiếu vào cơ quan. Các xung gây ra sóng siêu âm được thu lại để tạo hình ảnh.

Điều quan trọng là PAM có thể sử dụng ánh sáng laser có bước sóng khác nhau để nhắm mục tiêu vào các cấu trúc cụ thể trong cơ thể, thậm chí ở cấp độ phân tử. Điều này có nghĩa là PAM có thể đo các thông số huyết động quan trọng như oxy hóa máu, lưu lượng máu và tốc độ trao đổi chất của oxy.

Nhược điểm của PAM là quét chậm. Nhưng vấn đề này đã được các nhà nghiên cứu của Viện Khoa học Não bộ Duke (DIBS) giải quyết bằng việc phát triển kính hiển vi quang-âm có chức năng siêu nhanh (UFF-PAM), nhanh gấp hai lần so với các hệ thống PAM hiện có.

UFF-PAM cho phép chụp ảnh vi mạch và hoạt động của não với trường nhìn rộng và độ phân giải không gian cao mà các kỹ thuật chụp ảnh khác không có được.

Trong một thí nghiệm chứng minh khái niệm, các nhà nghiên cứu Duke đã sử dụng UFF-PAM chụp thành công các phản ứng huyết động do tình trạng thiếu oxy gây ra, hạ huyết áp do natri nitroprusside gây ra và đột quỵ ở não chuột. UFF-PAM có thể ghi lại những thay đổi nhanh chóng, toàn bộ não trong thời gian thực.

Điều bất ngờ nữa là, UFF-PAM đã phát hiện thấy sóng khử cực lan rộng (SD) phát ra từ khu vực đột quỵ xuyên qua não, gây ra tình trạng thu hẹp các mạch máu (co mạch) khi nó lan rộng. Sóng SD rất được các nhà nghiên cứu và khoa học quan tâm vì chức năng của chúng vẫn chưa được hiểu rõ.

Tiến sĩ Junjie Yao, phó giáo sư kỹ thuật y sinh. thành viên của DIBS cho biết: “Sóng SD có thể là dấu hiệu cho thấy mức độ nghiêm trọng của chấn thương, khiến chúng trở thành một công cụ chẩn đoán tiềm năng”.

Yao cho biết: “Bản chất của sóng cũng có thể cung cấp manh mối về phân loại và mức độ chấn thương não, từ đó có thể cung cấp thông tin và tối ưu hóa việc điều trị”.

Nhóm nghiên cứu Duke hiện đang xem xét sử dụng UFF-PAM để nghiên cứu các bệnh khác. UFF-PAM hiện chỉ được sử dụng ở động vật do đó Yao tiết lộ rằng sẽ triển khai kế hoạch phát triển UFF-PAM cầm tay để sử dụng cho người.

Nghiên cứu được đăng trên tạp chí Light: Science and Applications.