肺血管疾病研究的新視角：跨尺度三維成像技術(shù)

肺是人體最復(fù)雜的器官之一，其血管系統(tǒng)不僅是氣體交換的關(guān)鍵，還在維持肺部穩(wěn)態(tài)中扮演著重要角色。然而，傳統(tǒng)的二維組織學(xué)方法在研究肺血管的復(fù)雜結(jié)構(gòu)時存在明顯局限性，無法全面捕捉其三維空間關(guān)系。近年來，隨著光學(xué)成像技術(shù)的飛速發(fā)展，科學(xué)家們終于能夠以全新的視角深入探索肺血管的微觀世界。本文將結(jié)合最新研究，介紹如何通過多尺度三維成像技術(shù)揭示肺血管從宏觀到微觀的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，并探討這些技術(shù)在疾病研究中的應(yīng)用前景。

肺血管疾�。ㄈ缏�性阻塞性肺病和肺動脈高壓）通常伴隨著血管重塑和稀疏化，這些變化直接影響肺部功能。然而，傳統(tǒng)成像方法（如X射線、CT和二維組織學(xué)分析）往往只能提供有限的三維信息，難以全面揭示肺血管的復(fù)雜性。因此，開發(fā)能夠從宏觀到微觀全面解析肺血管結(jié)構(gòu)的三維成像技術(shù)，成為推動肺血管疾病研究的關(guān)鍵。

研究背景與技術(shù)挑戰(zhàn)
肺血管系統(tǒng)是一個高度復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，由動脈、靜脈和毛細血管組成，其分支結(jié)構(gòu)與氣道和肺泡緊密交織。傳統(tǒng)的二維組織學(xué)方法雖然能夠提供高分辨率的切片圖像，但無法捕捉血管與氣道之間的三維空間關(guān)系，也無法量化血管網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。此外，臨床常用的成像技術(shù)（如CT和MRI）雖然能夠提供宏觀結(jié)構(gòu)信息，但在微觀層面的分辨率有限，難以深入研究毛細血管和前毛細血管水平的血管變化。

為了克服這些局限，科學(xué)家們開發(fā)了一系列三維成像技術(shù)，包括光學(xué)連續(xù)切面成像（SBFI）、體外微計算機斷層掃描（顯微CT）和非破壞性光學(xué)斷層掃描（如光學(xué)投影斷層掃描和光片熒光顯微鏡）。這些技術(shù)各有優(yōu)勢，但也面臨技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，SBFI雖然能夠快速生成三維體積，但主要適用于宏觀結(jié)構(gòu)；顯微CT需要高對比度劑，可能對樣本造成損傷；而光學(xué)方法則需要復(fù)雜的樣本透明化處理，耗時較長。

技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用
光學(xué)連續(xù)切面成像
光學(xué)連續(xù)切面成像（SBFI）是一種基于連續(xù)切片和數(shù)字成像的三維重建技術(shù)。它通過自動化切片和成像過程，生成樣本的三維體積數(shù)據(jù)。SBFI的優(yōu)勢在于其快速、無標記的特點，能夠同時捕捉肺血管和氣道的宏觀結(jié)構(gòu)。通過組織的自發(fā)熒光信號，SBFI可以區(qū)分氣道和血管，并通過三維分割技術(shù)重建血管網(wǎng)絡(luò)。

在實驗中，SBFI被用于小鼠肺樣本的成像，能夠清晰捕捉到肺動脈和氣道的分支結(jié)構(gòu)。盡管SBFI主要適用于宏觀結(jié)構(gòu)，但通過調(diào)整放大倍數(shù)，也可以觀察到部分小血管的分支模式。這種技術(shù)特別適合研究肺部大血管和氣道的相互關(guān)系，為肺部疾病的病理研究提供了新的視角。

在實驗中，研究者優(yōu)化了體外顯微CT的灌注技術(shù)，成功實現(xiàn)了對小鼠肺血管的完整灌注和成像。結(jié)果顯示，顯微CT能夠分辨出3微米的血管分支，并通過三維分析提取血管體積、分支長度和血管分離度等參數(shù)。這種技術(shù)特別適合研究微血管稀疏化和修剪現(xiàn)象，為肺血管疾病的病理機制研究提供了重要工具。

在實驗中，OPT和LSFM被用于小鼠肺樣本的成像，能夠清晰顯示肺動脈與氣道的對齊關(guān)系，并觀察到毛細血管前動脈的分支模式。這種技術(shù)的優(yōu)勢在于無需高壓力灌注，避免了對血管結(jié)構(gòu)的潛在破壞，同時能夠結(jié)合熒光標記實現(xiàn)多結(jié)構(gòu)的共定位分析。

成像實驗與結(jié)果分析
光學(xué)連續(xù)切面成像宏觀結(jié)構(gòu)的快速捕捉
使用光學(xué)連續(xù)切面成像（SBFI）對小鼠肺樣本進行了成像，通過調(diào)整放大倍數(shù)，成功捕捉到肺動脈和氣道的分支結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示，SBFI能夠清晰區(qū)分氣道和血管，并通過三維分割技術(shù)重建血管網(wǎng)絡(luò)。盡管SBFI主要適用于宏觀結(jié)構(gòu)，但通過優(yōu)化成像參數(shù)，也可以觀察到部分小血管的分支模式。這種技術(shù)特別適合研究肺部大血管和氣道的相互關(guān)系，為肺部疾病的病理研究提供了新的視角。

通過結(jié)合SBFI、micro-CT和OPT-LSFM等多尺度三維成像技術(shù)，研究者能夠全面解析肺血管從宏觀到微觀的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。這些技術(shù)不僅克服了傳統(tǒng)二維方法的局限性，還為肺血管疾病的病理研究提供了全新的視角。例如，SBFI適合快速捕捉宏觀結(jié)構(gòu)，micro-CT能夠解析微觀血管的分支模式，而OPT-LSFM則在非破壞性成像方面展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。這些技術(shù)有望在臨床應(yīng)用中發(fā)揮更大作用。例如，通過優(yōu)化樣本處理和成像流程，可以將這些技術(shù)應(yīng)用于人類肺組織的研究，為肺血管疾病的早期診斷和治療提供重要依據(jù)。此外，隨著人工智能和機器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，三維成像數(shù)據(jù)的分析效率將進一步提升，為肺血管研究開辟新的可能性。

DOI:10.1002/pul2.70038.