刘静教授团队:提出液态金属血管造影术

2014.10.16
    • 供稿医学院
    • 创意映像设计组
    • 文字张铮
    • 图片马雪晶
    • 编审赵鑫、尹霞、吴琼
    • 设计王寅

  2014年5月,清华大学医学院生物医学工程系刘静教授带领的研究团队,首次建立了一种全新原理的血管成像方法——室温液态金属血管造影术,研究成果于2014年7月发表于《电气与电子工程师学会生物医学工程学汇刊》上,论文题为“用于X射线重建离体器官高清晰血管网络结构的液态金属血管造影术”(Liquid Metal Angiography for Mega Contrast X-ray Visualization of Vascular Network in Reconstructing In-vitro Organ Anatomy)。文章的通讯作者为刘静教授,共同第一作者为医学院生物医学工程系2009级博士生王倩和2010级博士生于洋。

 

  无论在健康检查还是疾病诊治中,血管的异常生长与变化均是衡量病理状况与疾病发生发展的重要指标。为此,获取高质量的血管图像对于病理学、解剖学研究具有十分重要的意义。随着影像学的发展,血管造影成为一种重要的成像方法,但无论是常用的碘化合物增敏剂还是当前颇受关注的纳米材料,其血管造影能力仍然有限,尤其对于一些复杂的微细血管,成像质量尚不十分理想,这就使得对超高清晰度血管图像的获取长期成为挑战。

 

  针对这一重大需求,刘静教授研究小组基于实验室在液态金属材料与生物医学工程学两个领域的长期研究积累,首次提出了一种有别于传统的液态金属血管造影方法。研究表明,以镓为代表的一系列合金材料在室温下呈液态,可在不破坏组织结构的情况下灌注到血管网络中,同时其自身拥有的高密度会对X射线造成很强的吸收作用,因而在X光拍摄或CT扫描中,充填有液态金属的血管会与周围组织形成鲜明对比,由此达到优异的成像效果,而液态金属的流动性和顺应性甚至可以让极细微的毛细血管也能以高清晰度的方式显现出来。实验发现,采用这种方法重建出的血管网络异常清晰,造影效果远超于临床上常用的碘海醇增敏剂,图像对比度呈数量级提升,揭示的血管细节更加丰富,且造影效果并不会像传统增敏剂那样随时间逐步衰减。

 

  这项原理独特的血管成像方法一经发表,就在国内外学术界引起了广泛讨论,相应技术为生理学、病理学研究提供了新的视野和高效工具,对了解动物器官复杂的血管微细结构尤为有价值。值得一提的是,这一方法并不仅限于血管重建,同样的原理在其他科学或工程学中涉及到的微/纳米管道三维重建过程中也有较好的应用前景,在影像仪器分辨率足够的前提下,可以获得较高的成像精度,甚至达到纳米量级。

 

  十余年来,刘静教授带领团队围绕室温液态金属完成了大量开拓性研究,近年来更将液态金属技术全面推进到生物医学领域,先后提出了一系列诸如植入式医疗电子在体3D打印技术、液态金属体表印制电路技术、液态金属人工肌肉等全新方法。刘静教授也因获得的一系列杰出成果,在2014年8月的国际传热大会上获得国际传热界最高奖项之一:威廉伯格奖(The William Begell Medal)。

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