对比增强多光谱光声层析成像评估囊性纤维化患者胃肠道转运功能：一项无创功能性成像的创新研究

本研究针对囊性纤维化（CF）患者胃肠道功能评估依赖有创或电离辐射方法的临床困境，创新性采用口服吲哚菁绿（ICG）对比剂的多光谱光声层析成像（CE-MSOT）技术，首次在CF患者中实现无创、无辐射的肠道转运功能动态监测。结果显示CF患者回肠末端ICG信号达峰时间（120分钟）显著早于健康对照组（240分钟），且乙状结肠早期即可检测信号，证实ETI modulator治疗可能加速CF患者肠道转运。该技术为CF胃肠功能障碍病理机制研究及临床监测提供了全新解决方案，具有重要转化价值。

　　

囊性纤维化（Cystic Fibrosis, CF）作为欧洲最常见的遗传性疾病，其病理机制源于CFTR基因突变导致的氯离子通道功能障碍。除众所周知的肺部病变外，胃肠道受累同样是CF患者生活质量下降的重要诱因——腹胀、腹痛、脂肪泻等症状频发，甚至可能引发特征性的远端肠梗阻综合征（DIOS）。传统评估胃肠道转运功能的方法如X线摄影或核素显像，不仅存在电离辐射风险，更难以实现动态无创监测，这对需长期随访的CF患者（尤其是儿童群体）构成显著临床挑战。

在此背景下，德国埃尔朗根大学医院的研究团队创新性地将对比增强多光谱光声层析成像（Contrast-enhanced Multispectral Optoacoustic Tomography, CE-MSOT）技术应用于CF胃肠道功能评估。该技术通过口服吲哚菁绿（Indocyanine Green, ICG）作为外源性对比剂，利用组织内光吸收产生的声波信号进行光谱解混，实现对深部肠道结构的无辐射、动态成像。研究团队假设：CE-MSOT可精准捕捉CF患者与健康人群的肠道转运差异，并为CFTR调节剂治疗后的肠道功能变化提供新见解。

本研究严格筛选了5名接受Elexacaftor–Tezacaftor–Ivacaftor（ETI）治疗的CF患者与4名健康志愿者，通过标准化早餐联合ICG口服后，采用MSOT设备（iThera Medical Acuity ECHO）在0-360分钟内每小时采集胃窦、回肠末端及乙状结肠图像。关键技术方法包括：1) 使用手持式二维探测器结合超声定位肠道解剖标志；2) 在700-900 nm多波长下采集光声信号，并通过区域兴趣（ROI）分析量化ICG信号强度；3) 采用改良CFabd评分问卷量化胃肠道症状；4) 通过荧光成像系统（IVIS Spectrum）验证粪便中ICG排泄。所有操作均遵循伦理规范（批准号23-58-B）及临床试验注册要求（NCT06063785）。

3.1. 临床实验

研究队列中CF患者均携带F508del纯合突变且接受ETI治疗，与健康对照组在年龄、BMI等基线数据上无显著差异（见表1）。所有受试者顺利完成长达6小时的动态监测流程，其中1例CF患者及1例健康志愿者因技术原因被排除。

3.2. 改良CFabd评分

CF患者在排便频率评分中显著高于健康人群（p=0.0476），印证了CF群体存在胃肠道功能紊乱的临床特征（图2）。

3.3. 对比增强MSOT成像结果

回肠末端动力学分析显示：CF组ICG信号在120分钟时达峰值（较基线增加330.8%，p=0.0079），而健康对照组至240分钟才出现峰值（194.3%，p=0.0286），两组间120分钟信号强度存在显著差异（p=0.0159）。此外，CF组从240分钟起乙状结肠即出现持续ICG信号（300分钟时信号强度达449.2%，p=0.0079），健康组同期则无显著信号（图3）。光谱分析证实ICG特征性800 nm吸收峰，排除粪便自体荧光干扰（补充图2-3）。

3.4. 胃肠道通过验证

19份粪便样本的荧光检测显示12份存在ICG信号（包括CF与健康组），证实ICG未在肠道内降解且完整通过消化道（图4）。

本研究首次通过CE-MSOT技术揭示ETI治疗时代CF患者肠道转运加速的新现象。与传统认为CF患者肠道传输延迟的认知不同（既往MRI研究显示CF患者口-盲肠传输时间达330分钟），本研究中健康对照组的240分钟峰值时间与既往MRI数据高度吻合，而CF组120分钟的早期达峰提示ETI治疗可能通过恢复CFTR功能显著改善肠道 motility。乙状结肠早期显像进一步佐证了传输加速现象，其机制可能与CFTR功能恢复后肠道液分泌及蠕动调节改善有关。

CE-MSOT技术的临床优势显著：其无辐射特性尤其适用于儿童CF患者的长期动态监测，而多光谱解混能力可精准区分ICG与内源性色素（如血红蛋白）。研究局限性包括样本量较小、MSOT穿透深度受限（约2.5 cm）及体型差异可能影响成像质量。未来需扩大样本量并拓展至儿科群体，进一步探索CE-MSOT在CF胃肠功能障碍分级评估、治疗反应监测中的价值。

该研究由Else Kr?ner-Fresenius基金会、埃尔朗根大学IZKF项目及欧盟ERC基金（No. 101115742）支持，成果发表于《Photoacoustics》期刊，为CF胃肠功能研究提供了创新性技术范式。