图1 |流经心肌的血流的超分辨率成像。Yan 等人。1表明，超声波可用于通过跟踪充满气体的微气泡通过用含氧血液灌注心肌的小血管的流动来确定人的心肌（心肌）的健康状况。作者开发了一种区分移动结构和静态结构的方法，这提高了该方法的灵敏度，使他们能够在被诊断患有心脏病的人的临床试验中验证其疗效。

https://www.nature.com/articles/s41551-024-01206-6

摘要： 心肌微血管系统和血流动力学表明，在没有阻塞性冠状动脉的情况下，有冠心病症状的患者存在潜在的微血管疾病。然而，由于血管尺寸小且患者心脏不断运动，对心肌内的微血管结构和血流进行成像具有挑战性。在这里，我们展示了经胸超声定位显微镜在移植猪心脏和体内患者的心肌微血管系统和血流动力学成像的可行性。通过带有心脏相控阵探头的定制数据采集和处理管道，我们利用运动校正和跟踪来重建微循环的动力学。对于四名患者，其中两名心肌功能受损，我们使用屏气期间获得的数据获得了心肌血管结构和流量的超分辨率图像。心肌超声定位显微镜有助于了解心肌微循环和心脏微血管疾病患者的管理。

心肌梗塞要人命，微小气泡立奇功

在美国，大约每 34 秒就有一人发生冠状动脉事件——一种由影响冠状动脉的疾病引起的发作，冠状动脉为心肌供血。大约每 83 秒，此类事件就会导致死亡。造成这一死亡人数的主要原因之一是，在药物干预仍可逆转动脉狭窄的情况下，用于检测动脉狭窄的工具性能不佳。如果人们在冠状动脉事件中幸存下来，这种缺陷也使得计算损伤的严重程度和潜在的未来结果变得具有挑战性，这可以通过绘制流经心肌部分的血液来确定。在近日Nature Biomedical Engineering，伦敦大学 Yan 等报告了可以克服这些问题的实时定量方法的功效 - 使用可以推入任何急诊室的机器。

Yan及其同事的突破意味着心脏病专家或医生可以快速确定一个人的心肌（心肌）不同区域的状态，而无需对人进行压力测试2.作者使用的方法基于超声定位显微镜3–5，这是一种超分辨率成像技术，借助直径仅为一微米的充满气体的气泡，超越了传统超声成像的分辨率极限。这些微泡被注射到人的血液中，然后在它们穿过用含氧血液灌注心肌的小血管时进行跟踪（图1）。这种技术在心脏中特别有用，因为只有低频信号才能通过低频信号穿透厚厚的肌肉壁，否则空间分辨率非常低。

虽然超声定位显微镜之前已经报道过，但它在心肌中的应用并不新鲜3–5， Yan et al.现在已经明确显示了它的临床适用性。通过将其用于被诊断患有心脏病的人，并在临床环境中，该团队证实该方法的结果与其他更具侵入性的临床成像方法的结果一致，例如基于计算机断层扫描的冠状动脉造影术。

这项任务并非微不足道。所需的分辨率约为数十微米，并且必须在心肌在心跳过程中移动和拉伸厘米时进行成像。这可能导致伪影使跟踪小型船只极具挑战性，而量化通过它们的流量则更具挑战性。然而，Yan et al.发现他们能够通过每秒数百张图像跟踪微气泡来规避这些困难，这使得该方法非常灵敏，从而减少了跟踪误差的数量。

由于它使用最传统的心脏超声成像形式，即经胸超声心动图，因此这项工作更具挑战性。经胸超声心动图比临床上使用的其他一些形式的心脏成像更安全，但它也有缺点。也许最大的问题是将探头放置在人的肋骨之间以获得“声学窗口”——一种超声波不受阻碍地穿透心肌的方式。但这会产生伪影，严重影响图像质量，以至于可能需要将超声探头插入人的喉咙。

这些伪影通常是由超声信号从心肌反射，然后从肋骨反弹，然后返回探头造成的。这会产生成像噪声，运动跟踪算法可能会将其误认为是来自心肌的直接反射，从而导致有关底层结构的不准确信息。Yan 等人。成功地减少了这些伪影，在受控环境中实现了13-16微米的空间分辨率，在移动的心脏中实现了数百微米的空间分辨率。这一分辨率使作者能够区分跳动的心脏中相距数百微米的血管。他们通过开发将静态结构与移动结构分开的技术来做到这一点，这样错误信号就可以与实际信号（来自移动的微气泡）区分开来。

目前评估通过心肌灌注血液的最新方法使用正电子发射断层扫描 （PET） 来测量身体处于压力和休息状态时的流速。然而，PET既使人暴露在辐射下，而且在某些国家又昂贵得令人望而却步。它还需要使用可以合成所用放射性同位素剂的回旋加速器。因此，该技术只能用于设备齐全的医疗中心，而不能用于护理点或急诊室。在这些情况下，超声心动图是最容易获得的方法，因为它成本低、便携性和实时工作能力。

现在，由于Yan和同事们的突破，灵敏度可以添加到这个优势列表中。在临床环境中，超声心动图目前被认为不如 PET 定量，其有效性因操作员而异。仅靠超声并不能提供量化心肌灌注所需的灵敏度，但通过作者的方法，超声定位显微镜现在可以可靠地用于观察心肌中的小血管，绘制其流速并评估心肌的活力。

尽管作者的工作初步证实了该方法的临床可行性，但仍有实际障碍需要克服。例如，每次成像会话都需要静脉注射微泡，这可能会限制单个人可以执行的会话次数。对于皮下脂肪含量高的人来说，人工制品的数量也可以增加。该技术目前仅在心肌的被动期（舒张期）有效，而主动期（收缩期）对于评估心脏功能同样重要，甚至更重要。

最后，微气泡含有气体，可能会减弱超声信号的强度，这反过来又可能使更深的心肌区域的成像复杂化。一项涉及多个参与者的更大规模的临床研究可能会解决这些局限性，同时也揭示了该技术的进一步能力。与此同时，Yan及其同事的研究为心肌成像的未来提供了令人兴奋的一瞥。

https://www.nature.com/articles/s41551-024-01206-6