综述：动脉壁微结构的成像——从离体到体内的潜力

这篇前瞻性综述系统梳理了从离体到体内应用的动脉组织微结构成像技术（如MRI、CT、PET、OCT等），重点探讨了各模态在可视化胶原、弹性蛋白、平滑肌细胞等关键成分的优势与局限，为研究动脉力学机制、病理改变及组织工程提供了方法学指导。

　　

摘要

微结构成像技术使研究者能够可视化动脉壁的变化，从而深入理解特定组分在动脉力学中的作用、观察细胞响应、揭示病理改变，并推动组织工程发展。本文综述了从离体到体内应用的多种成像模态，比较其优缺点及对胶原、弹性蛋白、脂质等成分的敏感性，为不同研究阶段提供技术选择指南。

引言

动脉功能由血管壁微结构组分的数量和质量决定。疾病（如动脉粥样硬化）的形态学变化始于微观层面的改变。当前临床成像（超声、MRI、CTA等）主要关注管腔狭窄，但识别斑块易损性需"超越管腔"的微结构信息。离体成像技术可提供临床尚未实现的微观洞察，而将可转化的技术整合至研究是推动临床进步的关键。

动脉微结构

健康动脉分为弹性动脉（近心端）和肌性动脉（外周），均由平滑肌细胞（SMCs）、弹性蛋白、胶原纤维及糖胺聚糖（GAGs）组成。三层结构中，内膜为上皮衬里，中膜含SMCs（兔主动脉密度3.7±0.6×10⁵ cells/mm³）和弹性层（厚度0.1–0.2 μm），外膜为疏松的胶原-弹性网络。动脉粥样硬化会导致胶原断裂、脂质沉积、红细胞（RBCs）浸润及钙化等微结构改变。

光学显微镜

组织学仍是微结构研究的金标准，分辨率可达0.5 μm。常用染色包括：

• Verhoeff染色：特异性显示弹性蛋白
• 天狼星红：胶原纤维（偏振光下区分I/III型）
• Movat五色染色：同步显示弹性蛋白、胶原及黏蛋白
  定量分析可评估成分密度（如胶原占比28±14%）和取向，但受限于二维切片。

非线性显微镜

双光子激发荧光（TPEF）和二次谐波（SHG）成像实现无标记三维可视化：

• SHG对胶原敏感（分辨率<1 μm），穿透深度200 μm（经组织透明化处理可达1 mm）
• TPEF可同步显示胶原与弹性蛋白
  应用案例包括人类颈动脉斑块胶原取向量化及主动脉瘤弹性纤维网络分析。

扫描电镜

提供纳米级表面拓扑信息：

• 弹性蛋白片层呈现波浪状结构（图6b）
• 钙化区域显示羟基磷灰石晶体沉积（图6d）
• 免疫金标记可定位斑块内特定细胞（如巨噬细胞）
  虽需样本镀膜破坏组织，但能揭示微钙化（直径<50 μm）与胶原纤维的相互作用。

显微CT

对比增强μCT（CE-μCT）通过染色剂（如磷钨酸）实现三维重建：

• 弹性层可分辨至5 μm分辨率
• 同步力学测试中实时观察主动脉夹层撕裂扩展
  临床CTA钙化检测阈值130 HU，但微钙化识别仍受限。

多模态临床成像

1. PET/MRI：¹⁸F-FDG显示代谢活跃区域（巨噬细胞/SMCs），¹⁸F-NaF靶向活性钙化
2. 超声弹性成像：剪切波技术量化斑块硬度（纤维帽vs脂质核心）
3. OCT：10 μm分辨率识别薄纤维帽（<65 μm为易损标准）和巨噬细胞浸润

展望

离体高分辨成像（如SHG、QSM）为临床模态提供验证基准。未来方向包括：

• 开发靶向弹性蛋白/collagen的分子探针
• 结合人工智能实现自动斑块组分分类
• 多模态数据融合提升诊断特异性
  突破分辨率限制后，微结构成像有望实现动脉疾病的早期预警和个性化治疗评估。