适用于小鼠无伪影多模态成像的MRI兼容刚性头部固定器

目的：高分辨率活体显微成像能够在体实现脑组织的细胞尺度分析，但对生理性运动高度敏感。在同一动物中结合光学显微镜与磁共振成像（MRI），可将细胞及中观尺度的功能读出与全脑结构信息相关联，但这要求头部固定器同时具备机械刚性和MRI兼容性。传统金属头部固定器会引入MRI伪影，而许多非金属替代方案又缺乏足够的稳定性，难以满足慢性显微成像需求。因此，我们采用3D打印氧化锆陶瓷设计并制备了刚性、MRI兼容的头部固定器，以在保持MRI图像质量的同时减少显微成像过程中的运动。 方法：针对小鼠颅骨固定设计头部固定器，并利用增材制造工艺以氧化锆陶瓷进行制备。我们在小鼠大脑皮层的双光子成像和多模态宽场成像过程中量化了运动伪影，并评估其对神经元钙活动、功能连接性和血流动力学读出的影响。通过测量头部固定器存在时的图像质量来评估其MRI兼容性。 结果：该陶瓷头部固定器提供了足够的机械稳定性，可将活体成像过程中的运动伪影降低至微米水平。该头部固定器在MRI中未产生可检测的磁敏感伪影，其图像对比度与无头部固定器条件下获得的对照图像相当。对同一脑区依次进行光学成像和MRI成像，证明了可在同一动物体内实现伪影最小化的多模态数据采集。 结论：非金属陶瓷头部固定器可支持纵向多模态研究，在同一动物中将高分辨率光学显微成像与全脑MRI测量相结合。

目的：高分辨率活体显微成像能够在体内以细胞尺度分析大脑，但对生理性运动高度敏感。在同一动物中联合光学显微镜与磁共振成像（MRI），可将细胞尺度和中尺度的功能读出与全脑结构信息相关联，但这要求头部固定器同时具备机械刚性和MRI兼容性。传统金属头部固定器会引入MRI伪影，而许多非金属替代方案又缺乏足够的稳定性，难以满足慢性显微成像需求。因此，我们开发了由3D打印氧化锆陶瓷制成的刚性、MRI兼容头部固定器，旨在在保持MRI图像质量的同时减少显微成像过程中的运动。

方法：针对小鼠颅骨固定设计头部固定器，并采用增材制造工艺以氧化锆陶瓷进行制备。我们在小鼠大脑皮层的双光子成像和多模态宽场成像过程中定量评估了运动伪影，并分析其对神经元钙活动、功能连接以及血流动力学读出的影响。通过测量头部固定器存在条件下的图像质量，评估其MRI兼容性。

结果：陶瓷头部固定器提供了足够的机械稳定性，可将活体成像期间的运动伪影降低至微米水平。该头部固定器在MRI中未产生可检测的磁敏感伪影，且图像对比度与未使用头部固定器时获得的对照图像相当。对同一动物同一脑区依次进行光学成像和MRI成像，证实了可在同一动物中实现伪影最小化的多模态数据采集。

结论：非金属陶瓷头部固定器支持纵向多模态研究，使得能够在同一动物中将高分辨率光学显微成像与全脑MRI测量相结合。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.05.29.728741v1?rss=1

🏷️ MRI兼容 头部固定器 多模态成像 双光子显微成像 小鼠脑成像 运动伪影