基于光声显微技术的非酒精性脂肪性肝炎小鼠肝微血管动态定量研究

本研究针对非酒精性脂肪性肝炎（NASH）肝微血管结构动态监测难题，开发了集成光学分辨率光声显微镜（OR-PAM）、模块化肝窗（MLW）和3D打印肝成像支架（LIM）的纵向研究体系。通过创新性血管-肝窦分离分析方法，首次实现六周内NASH模型小鼠微血管变化的连续定量评估，揭示肝窦密度降低77.38%、血管分支分形维度下降51.80%等关键病理特征，为NASH微循环障碍机制研究提供了高分辨率无标记成像新范式。

　　

非酒精性脂肪性肝炎（NASH）作为代谢综合征的重要并发症，其核心病理特征——肝微血管网络的重构与功能障碍，长期以来因缺乏高分辨率活体成像手段而研究受限。传统组织切片法破坏血管三维结构，MRI、超声等技术又难以捕捉微米级变化。更关键的是，肝窦与血管的复杂空间关系在疾病进展中如何动态演变，始终是未解之谜。

华中科技大学的研究团队在《Photoacoustics》发表的研究中，巧妙融合光学分辨率光声显微镜（OR-PAM）的深度穿透优势与定制化成像系统，构建了肝光声显微镜（LPAM）技术平台。通过开发模块化肝窗（MLW）和3D打印肝成像支架（LIM），解决了活体成像中的器官位移难题；创新性提出基于形态学腐蚀和Hessian矩阵滤波的血管-肝窦分离算法，首次实现两种结构的精准区分。

关键技术包括：1）采用超薄聚甲基丙烯酸甲酯（Ut-PMMA）窗口提升信号穿透率；2）建立侵蚀半径优化模型（r=4μm）分离肝窦与血管；3）基于图论的肝窦分支分类系统（复合/交叉/盲端分支）；4）覆盖度量化算法评估血管-肝窦空间关系。实验采用蛋氨酸-胆碱缺乏（MCD）饮食诱导的小鼠NASH模型，分四个阶段（0/2/4/6周）进行纵向观测。

【3.1. MLW & LIM性能验证】
对比树脂/玻璃等材料，Ut-PMMA使光声信号传输效率提升至空白组的80%，结合LIM支架使图像质量评分提高4倍。XZ平面成像显示，该系统可稳定获取1mm深度内、2.5μm分辨率的微血管网络。

【3.2. 脂质影响模拟实验】
通过琼脂糖-脂质乳液模型证实，7%脂质浓度导致76.67%信号衰减，揭示脂滴堆积是深层血管成像的主要干扰源。

【3.3. 血管-肝窦分离验证】
分离后数据较未分离状态显示：肝窦密度降低46.48±0.04%，平均半径增加5.68±0.011%，有效消除21%的伪影连接。三维重建清晰显示正常组肝窦对血管的包裹率达87.1±8.1%。

【3.4. NASH进程动态变化】
早期NASH即出现肝窦密度锐减至正常组的61.82%，伴随血管数量异常增加（+32.8%），提示表层肝窦断裂使深层血管显影增强。至晚期，肝窦体积缩减87.29%，血管覆盖率降至19.7±9.8%。

【3.5. 空间分布定量】
首创"血管覆盖度"指标揭示：高覆盖血管（>50%）比例从正常组的100%骤降至晚期NASH的0%，证实微循环单元解体的时空规律性。

【3.6. 肝窦形态学分析】
复合分支分形维度（FD）在晚期下降26.62%，盲端分支比例升至86%，反映网络复杂性崩溃。肝窦曲率半径从3.05±0.05μm缩减至2.38±0.03μm，直接导致血流阻力增加。

【4. 讨论与结论】
该研究通过多尺度参数关联，首次阐明NASH进程中"脂质堆积-肝窦压缩-微循环衰竭"的级联机制：早期脂滴压迫使肝窦狭窄（半径↓21.86%），中期炎症导致复合分支FD值↓51.8%，晚期胶原沉积形成无功能盲端分支（↑54.9%）。LPAM技术的突破性在于：1）实现6周内同区域微血管动态追踪；2）首创血管-肝窦分离的定量标准；3）为抗纤维化药物评估提供新工具。未来结合MEMs扫描和双波长氧成像，有望在细胞尺度揭示NASH缺氧微环境演化规律。这项发表于《Photoacoustics》的工作，为肝病研究范式从静态切片向动态三维定量转型树立了新标杆。