利用超分辨率超声成像对原位GL261胶质瘤的微血管动态进行体内广域成像分析

《Annals of Biomedical Engineering》：In Vivo Wide-Field Mapping of Microvascular Dynamics in Orthotopic GL261 Gliomas by Super-Resolution Ultrasound Imaging

　　

摘要

目的

胶质瘤的发育与进展与异常的肿瘤血管生成密切相关。不同级别的胶质瘤具有不同的血管分布和结构特征。因此，分析血管结构与血流动力学特征可为了解肿瘤的生长与侵袭提供重要线索。

方法

在原位胶质瘤小鼠模型中，于肿瘤进展的两个不同阶段（植入后14天和21天），使用超声定位显微镜对脑血管变化进行成像。共有20只患有颅内胶质瘤的小鼠在植入后14天（n=9）和21天（n=11）接受了成像检测。通过病理染色、血管内皮免疫荧光检测以及荧光染料灌注实验，对比ULM成像结果与微血管网络形态的变化。

结果

通过分离慢速和快速血流信号，ULM图像显示出了与H&E染色所得病理特征相对应的明显血管变化。胶质瘤区域的血管密度显著高于对侧：植入后14天为30.4%（39.91%±4.09%对比30.60%±3.17%，p<0.001），21天则为56.5%（42.54%±3.78%对比27.17%±4.56%，p<0.001）。ULM图像获得的血管密度与病理检测及血管灌注结果（CD31和DiI灌注）之间存在显著且强的相关性。多参数分析进一步表明，胶质瘤区域的平均血管长度在植入后14天（123.72±28.06微米对比192.90±27.75微米，p<0.001）和21天（87.07±22.92微米对比233.79±38.94微米，p<0.001）均显著缩短，21天的血流速度也有所下降（3.70±0.66毫米/秒对比4.64±0.82毫米/秒，p<0.001），同时14天（0.838±0.082对比0.595±0.174，p<0.001）和21天（0.812±0.086对比0.625±0.083，p<0.001）的血流方向异质性均有所增加。

结论

超声定位显微镜成像技术能够在微米级分辨率下实现对胶质瘤微血管结构的同步结构-功能成像，从而捕捉胶质瘤区域内的微循环变化。该技术在显示血管异常方面的可行性和可靠性已通过离体病理检测和血管灌注实验得到验证，为胶质瘤治疗评估及恶性程度监测的相关研究和临床应用提供了重要的临床前依据。