急性肾损伤（AKI）是一种常见的临床病症，与慢性肾脏病的发生发展密切相关，给患者带来沉重的负担。早期准确诊断AKI对于改善预后至关重要。目前的诊断方法多依赖于生物标志物和肾功能指标的检测，但存在回顾性、不敏感和潜在不准确等缺陷，难以满足临床需求。因此，开发能够实时、无创、定量监测肾脏微循环结构和功能变化的新技术迫在眉睫。

美国伊利诺伊大学团队开发的无标记双模态光声-超声定位成像系统（PAUL），通过融合红细胞运动追踪与血红蛋白光谱特性，首次实现26微米级三维肾脏微血管网络可视化，并同步量化血流动力学与组织氧合参数。发表于《Advanced Science》的研究，不仅为AKI机制研究提供全新工具，更标志着无创微循环成像技术迈入多参数动态评估的新纪元。

研究背景与技术挑战
急性肾损伤的临床诊断困境
AKI的病理本质是肾脏微循环障碍引发的缺氧与炎症级联反应，但早期微血管收缩、毛细血管密度下降等变化难以被常规检测捕捉。临床依赖的肾功能指标通常在组织损伤发生后24-72小时才显著升高，且易受肌肉代谢、血容量等因素干扰。

现有影像技术的局限性
MRI灌注成像需注射钆造影剂，存在肾源性纤维化风险；光学显微技术虽达细胞级分辨率，但穿透深度不足1mm；超声多普勒受限于百微米级空间分辨率，无法区分相邻毛细血管。尽管微泡增强超分辨超声可将分辨率提升至10微米级，但造影剂代谢快、重复注射成本高，难以支持长期纵向研究。

技术创新与应用
无标记超声定位成像突破微血管可视化
研究团队开发了基于红细胞自发运动的超分辨算法：通过500Hz高速帧频捕捉血流信号，利用点扩散函数相关分析定位单个红细胞，累计5秒数据即可重建微血管网络。相比传统多普勒超声，该方法将分辨率从123μm提升至26μm，且无需外源造影剂，首次实现无损、连续的微循环观测。

三维多参数成像系统整合
定制化线性阵列探头集成激光光纤束，通过机械扫描获取三维数据：超声通道记录血流信号，光声通道同步采集氧合信息。系统在15MHz频率下实现10.5mm成像深度，信噪比始终高于25dB，满足全肾覆盖需求。这种硬件-算法协同创新，使血管密度、相对血容量、区域氧合度的定量分析成为可能。

成像实验与结果分析
缺血再灌注模型的纵向监测
建立小鼠单侧肾动脉夹闭模型，术后72小时内分5个时间点进行PAUL扫描。三维重建显示：术后24小时肾皮质微血管密度下降67%，氧合水平降低16.6%；至72小时仍存在54%血管丢失和14.1%氧合缺损。特定区域分析发现，近缺血区的弓形动脉分支出现选择性退化，而远离损伤灶的叶间血管呈现自发再生迹象。

组织病理学与炎症指标验证
H&E染色证实手术组出现肾小管上皮肥厚（补偿性代谢增强）及髓质透明管型（肾小球滤过屏障损伤）。血液检测显示促炎因子IL-6、TNF-α分别上升8倍和1.8倍，抗炎因子IL-10同步升高，印证成像发现的炎症扩散。这种多维度数据交叉验证，构建起从微循环障碍到器官功能衰竭的完整证据链。

总结与展望
无标记双模态PAUL成像技术为肾脏生理研究和AKI早期诊断提供了全新的视角，其无需对比剂、高分辨率、多参数成像的特点使其在临床应用中具有巨大潜力。未来，随着技术的进一步优化和推广，有望在更广泛的临床场景中发挥作用，为肾脏疾病的研究、诊断和治疗效果评估提供更为精准的手段。然而，目前该技术仍存在一些局限性，如成像深度和速度的平衡问题、运动伪影的影响等，需要在后续研究中加以改进。同时，进一步探索其在其他类型肾脏疾病及不同物种中的应用价值，也将是未来研究的重要方向。

论文信息
声明：本文仅用作学术目的。
Zhao S, Zhang X, BAIley K, Pai S, Zhao Y, Chen YS. Label-Free Dual-Modal Photoacoustic/Ultrasound Localization Imaging for Studying Acute Kidney Injury. Adv Sci (Weinh). 2025 Mar 11:e2414306.

DOI:10.1002/advs.202414306.