为了研究和理解不可见的物体，人类始终孜孜不倦地探索和追求，成为促进科学进步的强大动力。纵观历史，人们发明了各种成像工具，从而区分微小或肉眼看不见的物体，使人们对物质和生命有了新的认识。但是，临床上仍然缺乏无创的、同时具有微观分辨率和宏观视野的成像方法。

X射线、计算机断层扫描（CT）、超声成像、磁共振成像（MRI）及核医学成像可以透过几厘米到几十厘米的组织观察到感兴趣的器官。然而，这些医学成像技术的分辨率仅限于亚毫米和毫米级，无法直接观测微血管结构。如果医学成像技术直接对微血管成像，将提供革命性的信息，弥补组织病理学的空白。

超声成像凭借其出色的空间分辨率（几百微米）和时间分辨率（每秒数十帧），被广泛应用于疾病的诊断、治疗监测与疗效评估。但是，由于衍射效应，超声成像的空间分辨率受限于超声波的波长，不能分辨大小小于半波长的目标（或者距离小于半波长的两个目标）。另一方面，生物组织对超声的衰减作用与频率近似成正比。虽然可以通过提高超声的频率来减小波长，从而提高空间分辨率，但是，由于衰减增大，不可避免地引起穿透深度的下降。

衍射效应对于空间分辨率的限制在过去也长期困扰着光学显微成像。这种状况被光活化定位显微（PALM）、荧光活化定位显微（fPALM）、随机光学重建显微（STORM）等超分辨率荧光定位显微技术所突破。超分辨率荧光定位显微技术可获得分辨率为数十纳米的图像，极大地促进了光学及其生物应用领域的发展。这一革命性的突破获得了2014年的诺贝尔化学奖。然而，这些技术的穿透深度和视野仍然受到光学成像的限制。

受超分辨率荧光定位显微技术的启发，法国的研究人员于2015年在Nature期刊发表论文，提出了超声定位显微（ultrasound localization microscopy，ULM）的超分辨率超声（super-resolution ultrasound）成像技术，获得10微米分辨率的大鼠大脑皮层微血管结构和血流速度图像，将超声成像的分辨率提高了1-2个数量级，同时保持其穿透深度与视野。进一步，2021年发表于Nature Biomedical Engineering的论文实现了成年人（包括脑动脉瘤患者）的超分辨率超声成像，获得25微米的空间分辨率，成像深度可达12厘米，这一技术有助于理解脑血流动力学及脑疾病引起的血管异常。超声定位显微可以提供比CT与磁共振成像更高的空间分辨率，并且，采集时间极大缩短，最快可在24秒完成数据采集，最慢的也仅需2分15秒即可完成。

相对于衍射极限，超声定位显微将超声成像的空间分辨率提高了至少10倍，又保持了超声成像的穿透深度与视野，突破了超声成像在分辨率和穿透力之间的经典矛盾，并且是无创的方法。因此，超声定位显微技术能够同时提供微观的分辨率和宏观的视野，并且具有大的穿透深度，为传统方法不能无创观察的微血管系统（因为微血管太细小或者太深）开辟了一个新的窗口。目前，超声定位显微已被应用于动物甚至人的大脑、肾脏、肿瘤、皮肤和淋巴结的微血管成像。研究人员相信，超分辨率超声定位显微可以提供“前所未有的”（unprecedented）高分辨率，必将“极大地改善我们对微血管系统的视野”（bound to improve drastically our vision of the microvasculature），可能会“革命化”（revolutionize）癌症、动脉硬化、中风和糖尿病等疾病的诊断。

清华大学灵感实验室（MUSE Lab）将研究超分辨率超声成像方法，并应用于慢性肾病、慢性肝病与神经科学领域。部分研究结果发表于医学成像领域最具影响力的期刊之一IEEE Trans Medical Imaging（10.1109/TMI.2020.2986781），多次在IEEE国际超声年会(IUS)做口头报告与墙报展示，博士生获得2021年IEEE国际超声年会(IUS)最佳学生论文奖提名。