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《Photoacoustics》
微血管钙化（MC）的监测对于深入理解病理生理过程以及特定生理状态的特征至关重要，尤其是在药物滥用、代谢异常和慢性肾病等情况下。本文开发了一种新型的时间分辨活体光声显微成像技术，该技术能够观察到 MC 发展过程中微血管生物弹性的显著变化，这些变化主要是由于钙盐沿血管壁沉积所致。通过对各种 MC 病理动物模型进行活体光声显微成像，展示了其在生物力学监测和 MC 表征方面的能力。时间分辨活体光声显微成像技术在监测 MC 方面的应用研究表明，该技术有潜力发展成为一种补充当前临床策略的浅表微血管生物力学评估方法，用于预测和监测相关疾病。
研究重点
血管钙化是一种广泛影响血管系统的复杂疾病，其特征是血管壁内钙盐的沉积。这种钙化现象会引起血管硬化和弹性降低，与心血管死亡率的增加有着密切的联系。血管钙化是动脉粥样硬化的一个明确标志，而且与糖尿病、血脂异常和高血压等疾病有着紧密的关联。在心血管和代谢疾病中，浅表微循环的异常是全身微血管功能障碍的一个重要指标，微血管钙化（MC）尤其被认为是慢性肾病和糖尿病的重要并发症。因此，采用有效的生物医学影像技术来监测软组织中的 MC 对于揭示不良微血管事件的发展具有重要意义。这种监测不仅有助于理解疾病的进展，而且对于临床筛查、预防、治疗和评估心血管及代谢疾病的预后具有重要价值。
针对这一挑战，本文提出了一种创新的时间分辨活体光声显微成像技术，该技术能够敏感地检测微血管钙化（MC）发展过程中的生物弹性变化。通过在琼脂模型和离体组织上进行的实验验证了该技术的可行性，并进一步通过构建 MC 病理动物模型，实现了对 MC 的原位成像。时间分辨活体光声显微成像技术为原位时间分辨弹性成像开辟了新的视角，并在生物力学参数表征 MC 信息方面展现了巨大潜力。
图1. 时间分辨活体光声显微成像技术对健康小鼠进行耳部微血管钙化监测。
通过不同时间点的光声强度和弹性图像，展示了时间分辨活体光声显微成像技术在评估健康小鼠耳部微血管钙化（MC）状态方面的应用。根据微血管结构和弹性特性可以发现健康小鼠耳部基本无 MC，且长时间内无显著变化。这些成像结果为理解时间分辨活体光声显微技术在区分健康状态和病理状态中的潜力提供了重要信息，并作为后续病理模型实验的对照组。
图2. 使用时间分辨活体光声显微成像技术监测由糖尿病引起的小鼠耳部微血管钙化。
图2 通过展示糖尿病小鼠模型耳部微血管的时间分辨光声显微成像结果，详细描绘了微血管钙化（MC）的发展过程。图像显示了小鼠耳部微血管在0、5、10、15 和 20 天的光声强度和弹性图像，反映了微血管结构和弹性特性的动态变化。通过分析这些图像，研究者发现微血管的平均光声信号强度和直径在监测期间没有显著变化，表明仅通过结构成像难以监测 MC 的进展。然而，平均血管弹性模量的统计结果表明，随着时间的推移，弹性模量显著增加，与 MC 的发展一致。对特定感兴趣区域（ROIs）的弹性模量进行的统计分析进一步证实了这一趋势。这些结果共同证明了该技术能够敏感地监测糖尿病模型中 MC 的发展，为早期诊断和治疗提供了有价值的信息。
图3. 使用时间分辨光声显微成像技术监测由慢性肾病（CKD）引起的小鼠耳部微血管钙化。
图3 提供了慢性肾病（CKD）小鼠模型中微血管钙化（MC）进展的监测结果，通过展示小鼠耳部在 0、5、10 和 15 天不同时间点的光声强度和弹性图像，揭示了微血管结构和弹性特性的演变。与图2 类似，尽管在这些时间点上微血管的平均光声强度没有显著变化，但平均血管弹性模量的统计结果却显示随着时间的推进而显著增加，与 MC 的发展一致。这些发现强调了时间分辨光声显微成像技术在追踪 CKD 相关 MC 进展中的潜力，为其早期诊断提供了新的视角和方法。
论文信息：
Monitoring of microvascular calcification by time-resolved photoacoustic microscopy
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.pacs.2024.100664
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