[论文解读] Image-based investigation of the zebrafish developmental process using in vivo dynamic and multi-contrast optical coherence tomography

Cunyou Bao, Aiyi Sui+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2026

Optical Coherence Tomography Applications被引用 0

一句话总结

本研究使用体内动态OCT、偏振敏感OCT和OCT血管成像来监测斑马鱼从2周到12个月的发育，揭示未标记的血管、脊髓和皮肤条纹动力学。

ABSTRACT

We demonstrate in vivo dynamic optical coherence tomography (DOCT) imaging of zebrafish development from 2 weeks to 12 months post-fertilization, integrated with polarization-sensitive OCT (PS-OCT), OCT angiography (OCTA), and histological validation. Two DOCT algorithms were utilized: logarithmic intensity variance and late OCT correlation decay speed, which characterize the occupancy of dynamic scatterers and their motion speeds, respectively. Our results show that skin stripes exhibit high DOCT signals and it varies among the pigment-cell types. Furthermore, the combination of DOCT and PS-OCT captures the maturation of these stripes. In addition, DOCT and OCTA successfully visualized the developmental progression of blood and lymphatic vessels, as well as spinal tissues.

研究动机与目标

• 使用体内DOCT研究斑马鱼发育过程中的动态组织过程。
• 将DOCT与PS-OCT、OCTA和组织学结合，实现多对比评估。
• 表征发育阶段中皮肤条纹、血管和脊柱的动态活动。
• 提供运动矫正、深度分辨的发育事件可视化。
• 用组织学观测验证OCT发现。

提出的方法

• 使用1.3 μm的扫掠源Jones矩阵OCT系统，50,000 A线/秒。
• 在每个位置获取32帧DOCT序列和4帧MOT/OCTA扫描。
• 计算DOCT对比度LIV（对数强度方差）和OCDS_l（晚期OCT相关衰减速度）。
• 生成伪彩HSV叠加，结合OCT强度与LIV或OCDS_l。
• 产生OCTA和DOPU图像，用于血管与偏振对比。
• 对32帧序列进行批量运动矫正，并计算层状投影以实现深度分辨可视化。

实验结果

研究问题

• RQ1 发育从2周到12个月期间，斑马鱼皮肤、血管和脊柱的动态组织过程如何演变？
• RQ2 DOCT信号（LIV和OCDS_l）是否能够区分体内的血管与淋巴系统成熟以及色素条纹形成？
• RQ3 斑马鱼关键解剖结构在不同深度和发育阶段的DOCT特征是什么？
• RQ4 多对比OCT（DOCT、PS-OCT、OCTA、DOPU）与组织学在发育过程中的相关性如何？

主要发现

Vessel type	LIV	OCDS_l
MBV	High	Low
ISV	High	High
SLV	Moderate	High

• DOCT信号揭示从幼体到幼小期的血管重塑，节间血管显示高LIV和高OCDS_l，而主要血管因流速快而LIV高但OCDS_l低。
• 皮肤条纹形成与局部高LIV和高OCDS_l区域共定位，与暗/亮条纹模式及DOPU变化一致。
• 脊髓动力学发生变化：早期广泛的OCDS_l下降至背侧定位，显示发育过程中背腹神经元活动差异。
• OCTA可视化血管网络的演变；成年动物在更深深度的衰减导致对底层结构的DOCT敏感性降低。
• 同时的组织学验证了DOCT识别的结构及其发育进程，验证了多对比方法。