光声/超声成像用于监测类风湿性关节炎血管生成和滑膜侵蚀
类风湿性关节炎（RA）是一种病因不明的慢性自身免疫性疾病。病理变化包括微血管的血管生成、血管翳的发育以及软骨和骨骼的退化。早期识别和治疗护理至关重要，因为RA会导致进行性关节恶化和全身反应，甚至早期死亡。一般来说，滑膜是附着在关节面边缘和关节软骨周围的膜状结构，衬于关节囊内，主要分布在关节、滑囊和腱鞘上。滑膜负责产生滑液，滑液充当关节的润滑剂和营养剂。滑膜受到多种疾病的影响，例如炎症、外伤、退行性和感染性疾病。在RA中，滑膜组织首先受到影响，导致炎症变化和滑膜增厚，表现为血管混浊的产生，这是类风湿性关节炎的特征性病理变化。持续的活动性滑膜炎可诱发随后的解剖损伤，包括软骨损伤、韧带断裂和骨侵蚀。其中，软骨损伤与关节功能丧失和残疾密切相关。临床上，X射线和计算机断层扫描（CT）扫描是RA的常用诊断工具，但它们只能在骨骼已经恶化时使用，并且对软组织和新生血管缺乏特异性。磁共振成像（MRI）为识别软组织和骨骼退化以及滑膜病变的成像模式提供了更高的灵敏度，但它受到高成本、低时间分辨率和幽闭恐惧症的阻碍。因此当前亟需一种高灵敏度、特异性和非侵入性诊断监测方法可以在早期阶段识别关节炎血管翳和滑膜侵蚀。
针对当前RA尚无特异性的早期无损诊断方法，本团队联合汕头大学附属第 一医院骨科主任胡军教授开展了光声/超声（PA/US）双模态成像监测RA关节炎中血管翳生成及滑膜侵蚀的研究。首先建立胶原诱导不同发病程度的RA小鼠模型，根据主观分级系统对RA小鼠模型进行等级分类。如图1，首先通过光声成像监测了小鼠后爪皮下血管的生理形态，成像结果显示血管翳增生的面积和光声信号强度均与RA疾病分级呈正相关性。
图1. 不同发病等级的RA小鼠后爪的光声成像结果。
进一步，同时对正常和RA小鼠膝关节部位进行双模态成像，PA/US成像可以高空间分辨率评估不同发病等级的小鼠模型膝关节内的滑膜侵蚀和血管翳增生情况，如图2成像结果显示，与正常小鼠相比，RA小鼠膝关节的光声信号强度和信号面积随着疾病评分的增加而增加，RA小鼠模型滑膜、半月板和软骨下骨的新生血管逐渐增多。特别是在图2(U)中，我们构建了发病等级为4的小鼠膝关节的3D图像。皮肤的光声信号（由黑色箭头指示）可以清楚地区分，并且在皮肤信号下方可以清晰看到膝关节内明显的血管混浊特征。
图2. 不同发病等级的RA小鼠膝关节光声成像。
膝关节部位的超声成像如图3所示。由胫股肌腱（平行于皮肤表面的暗低回声区）、胫骨和股骨组成的三角形区域被定义为TTF（胫股肌腱-胫骨-股骨）。 超声成像结果显示正常小鼠的TTF区域为均匀明亮的锐角三角形区域，没有明显的滑膜侵蚀和骨质破坏。 发病等级评分1的RA小鼠TTF区可见股骨和胫骨表面附着的低回声区（图中绿色区域由医学影像标注软件Pair标注确定），RA评分为2的小鼠TTF区，低回声区沿骨面进一步扩大，并有向TTF区中心延伸的趋势。 评分为3的小鼠膝关节有明显向中心扩展的低回声区，低回声区密度高于1-2分小鼠。 评分为4分的RA小鼠的TTF区域明显扩大。统计结果表明与正常小鼠相比，低回声面积和关节间隙的长度随分级增加。
图3. 不同发病等级的RA小鼠膝关节超声成像，超声图像显示关节腔内滑膜糜烂。
总结：本研究表明，PA/US双模态成像是评估小鼠RA病变的一种有价值的方法，PA可以定量可视化RA膝关节内血管翳浑浊情况，同时US可以量化膝关节内的滑膜侵蚀性情况，这将有助于RA疾病的早期诊断，提高诊断和治疗率。
原文链接🔗：https://doi.org/10.1016/j.pacs.2023.100458