ULM超聲定位顯微鏡在不育癥研究的應用
在醫學領域不斷探索的征程中，男性不育的診斷與治療始終是備受關注的焦點。如今，一項創新技術——超聲定位顯微鏡（ULM），正悄然為這一領域帶來新的曙光，在男性不育診斷方面展現出巨大潛力，有望改寫傳統診斷格局。
研究背景與技術挑戰
在當今社會，不孕不育問題日益受到關注，其中男性不育是一個重要因素。據估計，全球約有3000萬男性受到男性不育的困擾，而無精子癥或少弱精子癥是男性不育的常見表現形式。目前，臨床上有多種非侵入性成像方法用于評估不育患者，超聲和經直腸超聲（TRUS）是常用的一線診斷手段，能提供睪丸體積、質地和彈性等信息，有助于初步診斷。但超聲在評估男性生殖道遠端以外的梗阻時存在局限性，并非適用于所有情況。此外，超聲造影（CEUS）雖可用于觀察睪丸血管，但受空間分辨率的制約，難以對睪丸微循環進行有效評估。
技術創新與應用
ULM也被稱為超分辨率超聲（SRUS）成像或超聲超分辨率微循環成像（USRmi），是受光學超分辨率成像技術啟發而發展起來的新興技術。傳統超聲成像存在分辨率和穿透深度之間的權衡，難以突破衍射極限，導致對微小結構的觀察受限。而ULM通過檢測和追蹤單個微泡（MBs）的運動，成功繞過了這一限制，能夠產生微米級的超分辨率圖像，其空間分辨率比傳統的超聲造影（CEUS）高出約10倍。這意味著ULM可以捕捉到更細微的血管結構和血流信息，為醫學診斷提供更精準的數據。
更為重要的是，ULM基于微泡定位和追蹤位移的原理，使其能夠提取并獲得可靠的定量信息，用于后續的計算和分析。這些定量參數對于深入了解組織的生理和病理狀態具有重要意義，為疾病的診斷和治療提供了更科學的依據。科研人員首次將ULM技術應用于人體睪丸成像，旨在探索其在睪丸微循環成像中的可行性，并評估其在區分梗阻性和非梗阻性男性不育方面的診斷價值，為男性不育的診斷開辟了新的途徑。
成像實驗與結果分析
超分辨率下的睪丸血管結構成像
研究人員利用ULM技術對正常精子癥受試者的睪丸進行成像，結果令人矚目。ULM不僅能夠提供微泡運動方向和單個微泡流速等功能信息，還可以通過最大強度投影圖像對整體血管形態進行大致評估，超定位微泡圖反映了檢測到的微泡位置疊加情況，與相對血容量相對應。
在高倍放大下，ULM技術的優勢更加明顯。在相同的矩形區域內，超分辨率圖像能夠清晰地識別出分支血管輪廓，并與其他分支血管區分開來，而CEUS圖像則無法分辨出明顯的血管結構。通過圖像強度橫截面分析發現，ULM圖像可以清楚地分辨出相距81μm的微血管，而CEUS圖像則無法做到，并且測量顯示其中一條血管的直徑為76μm。與傳統B超、彩色多普勒血流成像（CDFI）、CEUS和磁共振成像（MRI）相比，ULM能夠提供更為詳細的睪丸微血管信息，包括微血管的分支和連接情況。
患者特征與分組經過系統評估，包括詳細的病史采集、精液分析、體格檢查、血清激素譜檢測、陰囊超聲或經直腸超聲檢查，以及對無精子癥患者進行染色體核型和Y染色體微缺失的基因分析，必要時還進行經皮附睪精子抽吸術（PESA）或睪丸精子抽吸術（TESA）。最終，患者被分為非梗阻性少弱精子癥（NOO）組、梗阻性少弱精子癥（OO）組、非梗阻性無精子癥（NOA）組、梗阻性無精子癥（OA）組，同時招募了年齡匹配的正常精子癥志愿者作為健康對照組。
不同分組睪丸血管結構可視化
應用ULM技術對不同組別的睪丸血管進行結構和功能成像，結果顯示出明顯的差異。正常精子癥受試者的睪丸血管具有豐富的血液供應，血管規則、連續地延伸和拉長，形成廣泛分支、相互連接且密集的微血管網絡，均勻分布于整個睪丸實質。該組睪丸整體血流速度較高，不同睪丸實質區域的血流速度有快有慢。
對比NOO組和OO組發現，OO組在睪丸中央部分有幾條較大的血管，血管厚度更大，相對血容量也高于NOO組。NOO組的超定位微泡到達時間圖顯示出一些黑色區域，而OO組的血流熵更高，這可以從微泡在血管中的流動角度體現出來。再看NOA組和OA組，NOA組的血管直徑較小，睪丸實質內均勻血管化程度降低，微血管網絡的分支和連接較少，血管密度存在區域差異，反映出灌注不足或過度的情況，且黑色區域更多。OA組的血流熵則高于NOA組。
血流動力學和形態學參數量化研究人員進一步對ULM圖像的血流動力學和形態學參數進行量化分析。結果顯示，NOO組、OO組、NOA組和OA組的平均血流速度均低于正常對照組。這表明不育患者的睪丸血液供應可能存在一定程度的異常，影響了睪丸的正常功能。
在平均血管迂曲度方面，NOO組、OO組、NOA組和OA組均高于正常對照組，且NOO組的平均血管迂曲度低于OO組。血管迂曲度的變化可能與睪丸組織的病理改變有關，反映了血管結構和功能的異常。關于平均血管直徑，OO組和OA組的睪丸血管平均直徑明顯大于正常對照組和非梗阻性患者組。這說明梗阻性患者的血管可能出現了擴張，以適應精子排出受阻的情況，同時也提示血管直徑的變化可能是區分梗阻性和非梗阻性不育的重要指標。在血管密度方面，OO組的血管化程度比正常對照組和NOO組更高，而NOA組的血管密度則低于正常對照組和OA組。血管密度的差異反映了不同組睪丸血容量的相對變化，與睪丸的功能狀態密切相關。
為了驗證ULM衍生參數的鑒別性能，研究人員進行了受試者工作特征（ROC）分析。結果表明，在區分NOO和OO患者時，平均迂曲度、平均直徑和血管密度等參數均具有顯著的診斷價值。在區分NOA和OA患者時，平均血管直徑和血管密度同樣具有顯著的診斷價值。這些結果表明，ULM衍生參數在男性不育的病因分類中具有強大的鑒別能力，為臨床診斷提供了重要的參考依據。
總結與展望
研究首次將ULM技術用于人體睪丸成像，技術上，它突破傳統限制，實現睪丸微循環非侵入性超分辨率成像，能分辨81μm的微血管，提供更詳細信息。臨床中，其衍生參數在區分梗阻性和非梗阻性男性不育時診斷價值高，可避免不必要的睪丸活檢，提升診斷效率與準確性，助力個性化治療方案制定。不過研究存在局限，未來可借助三維重建或三維換能器解決平面問題，擴大樣本量深入研究NOA亞型差異。隨著技術發展，ULM與人工智能結合，有望更精準評估睪丸微循環，還可能在其他生殖系統疾病診斷中發揮作用，為男性生殖健康帶來更多突破。
聲明：本文僅用作學術目的。
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.
