ULM超声定位显微镜在不育症研究的应用
2025-03-19 来源:本站 点击次数:296在医学领域不断探索的征程中，男性不育的诊断与治疗始终是备受关注的焦点。如今，一项创新技术——超声定位显微镜（ULM），正悄然为这一领域带来新的曙光，在男性不育诊断方面展现出巨大潜力，有望改写传统诊断格局。
研究背景与技术挑战
在当今社会，不孕不育问题日益受到关注，其中男性不育是一个重要因素。据估计，全球约有3000万男性受到男性不育的困扰，而无精子症或少弱精子症是男性不育的常见表现形式。目前，临床上有多种非侵入性成像方法用于评估不育患者，超声和经直肠超声（TRUS）是常用的一线诊断手段，能提供睾丸体积、质地和弹性等信息，有助于初步诊断。但超声在评估男性生殖道远端以外的梗阻时存在局限性，并非适用于所有情况。此外，超声造影（CEUS）虽可用于观察睾丸血管，但受空间分辨率的制约，难以对睾丸微循环进行有效评估。
技术创新与应用
ULM也被称为超分辨率超声（SRUS）成像或超声超分辨率微循环成像（USRmi），是受光学超分辨率成像技术启发而发展起来的新兴技术。传统超声成像存在分辨率和穿透深度之间的权衡，难以突破衍射极限，导致对微小结构的观察受限。而ULM通过检测和追踪单个微泡（MBs）的运动，成功绕过了这一限制，能够产生微米级的超分辨率图像，其空间分辨率比传统的超声造影（CEUS）高出约10倍。这意味着ULM可以捕捉到更细微的血管结构和血流信息，为医学诊断提供更精准的数据。
更为重要的是，ULM基于微泡定位和追踪位移的原理，使其能够提取并获得可靠的定量信息，用于后续的计算和分析。这些定量参数对于深入了解组织的生理和病理状态具有重要意义，为疾病的诊断和治疗提供了更科学的依据。科研人员首次将ULM技术应用于人体睾丸成像，旨在探索其在睾丸微循环成像中的可行性，并评估其在区分梗阻性和非梗阻性男性不育方面的诊断价值，为男性不育的诊断开辟了新的途径。
成像实验与结果分析
超分辨率下的睾丸血管结构成像
研究人员利用ULM技术对正常精子症受试者的睾丸进行成像，结果令人瞩目。ULM不仅能够提供微泡运动方向和单个微泡流速等功能信息，还可以通过最大强度投影图像对整体血管形态进行大致评估，超定位微泡图反映了检测到的微泡位置叠加情况，与相对血容量相对应。
在高倍放大下，ULM技术的优势更加明显。在相同的矩形区域内，超分辨率图像能够清晰地识别出分支血管轮廓，并与其他分支血管区分开来，而CEUS图像则无法分辨出明显的血管结构。通过图像强度横截面分析发现，ULM图像可以清楚地分辨出相距81μm的微血管，而CEUS图像则无法做到，并且测量显示其中一条血管的直径为76μm。与传统B超、彩色多普勒血流成像（CDFI）、CEUS和磁共振成像（MRI）相比，ULM能够提供更为详细的睾丸微血管信息，包括微血管的分支和连接情况。
患者特征与分组经过系统评估，包括详细的病史采集、精液分析、体格检查、血清激素谱检测、阴囊超声或经直肠超声检查，以及对无精子症患者进行染色体核型和Y染色体微缺失的基因分析，必要时还进行经皮附睾精子抽吸术（PESA）或睾丸精子抽吸术（TESA）。最终，患者被分为非梗阻性少弱精子症（NOO）组、梗阻性少弱精子症（OO）组、非梗阻性无精子症（NOA）组、梗阻性无精子症（OA）组，同时招募了年龄匹配的正常精子症志愿者作为健康对照组。
不同分组睾丸血管结构可视化
应用ULM技术对不同组别的睾丸血管进行结构和功能成像，结果显示出明显的差异。正常精子症受试者的睾丸血管具有丰富的血液供应，血管规则、连续地延伸和拉长，形成广泛分支、相互连接且密集的微血管网络，均匀分布于整个睾丸实质。该组睾丸整体血流速度较高，不同睾丸实质区域的血流速度有快有慢。
对比NOO组和OO组发现，OO组在睾丸中央部分有几条较大的血管，血管厚度更大，相对血容量也高于NOO组。NOO组的超定位微泡到达时间图显示出一些黑色区域，而OO组的血流熵更高，这可以从微泡在血管中的流动角度体现出来。再看NOA组和OA组，NOA组的血管直径较小，睾丸实质内均匀血管化程度降低，微血管网络的分支和连接较少，血管密度存在区域差异，反映出灌注不足或过度的情况，且黑色区域更多。OA组的血流熵则高于NOA组。
血流动力学和形态学参数量化研究人员进一步对ULM图像的血流动力学和形态学参数进行量化分析。结果显示，NOO组、OO组、NOA组和OA组的平均血流速度均低于正常对照组。这表明不育患者的睾丸血液供应可能存在一定程度的异常，影响了睾丸的正常功能。
在平均血管迂曲度方面，NOO组、OO组、NOA组和OA组均高于正常对照组，且NOO组的平均血管迂曲度低于OO组。血管迂曲度的变化可能与睾丸组织的病理改变有关，反映了血管结构和功能的异常。关于平均血管直径，OO组和OA组的睾丸血管平均直径明显大于正常对照组和非梗阻性患者组。这说明梗阻性患者的血管可能出现了扩张，以适应精子排出受阻的情况，同时也提示血管直径的变化可能是区分梗阻性和非梗阻性不育的重要指标。在血管密度方面，OO组的血管化程度比正常对照组和NOO组更高，而NOA组的血管密度则低于正常对照组和OA组。血管密度的差异反映了不同组睾丸血容量的相对变化，与睾丸的功能状态密切相关。
为了验证ULM衍生参数的鉴别性能，研究人员进行了受试者工作特征（ROC）分析。结果表明，在区分NOO和OO患者时，平均迂曲度、平均直径和血管密度等参数均具有显著的诊断价值。在区分NOA和OA患者时，平均血管直径和血管密度同样具有显著的诊断价值。这些结果表明，ULM衍生参数在男性不育的病因分类中具有强大的鉴别能力，为临床诊断提供了重要的参考依据。
总结与展望
研究首次将ULM技术用于人体睾丸成像，技术上，它突破传统限制，实现睾丸微循环非侵入性超分辨率成像，能分辨81μm的微血管，提供更详细信息。临床中，其衍生参数在区分梗阻性和非梗阻性男性不育时诊断价值高，可避免不必要的睾丸活检，提升诊断效率与准确性，助力个性化治疗方案制定。不过研究存在局限，未来可借助三维重建或三维换能器解决平面问题，扩大样本量深入研究NOA亚型差异。随着技术发展，ULM与人工智能结合，有望更精准评估睾丸微循环，还可能在其他生殖系统疾病诊断中发挥作用，为男性生殖健康带来更多突破。
声明：本文仅用作学术目的。
M. Li, L. Chen, J. Yan, C. N. Jayasena, Z. Liu, J. Li, A. Li, J. Zhu, R. Wang, J. Li, C. Zhang, J. Guo, Y. Zhao, C. Feng, M. Tang, Y. Zheng, VIEW. 2024, 5, 20230093.
DOI:10.1002/VIW.20230093.