【摘要】 假设 PAI 将为肠道组织氧合和蠕动提供一种新颖的非侵入性定量评估，以表征新生大鼠肠道生理学的变化。

肠道组织氧合和功能运动的评估可能在早产儿肠道生理健康和疾病的整体评估中发挥重要作用。组织氧合对于细胞呼吸、能量产生和组织完整性的维持至关重要。特别是在发育过程中，早产儿肠道特别容易缺氧。在缺氧疾病状态下，肠上皮会经历氧化应激、炎症和营养吸收受损。此外，肠道组织氧合受损与坏死性小肠结肠炎 (NEC) 的发病和进展密切相关，坏死性小肠结肠炎是一种早产儿危及生命的肠道疾病。

假设 PAI 将为肠道组织氧合和蠕动提供一种新颖的非侵入性定量评估，以表征新生大鼠肠道生理学的变化。据我们所知，这项研究首次使用 PAI 来评估新生儿和婴儿肠道的发育。我们开发了成像采集和图像分析方法，利用光声成像根据新生大鼠幼仔肠道组织氧合和肠道蠕动的评估来评估肠道健康的生理指标。我们利用已知分别调节肠道组织氧合和肠道蠕动的实验扰动进行了几项验证研究，作为成像和分析方法的概念验证。

 

Fig. 1. Schematic of the intestinal motility index calculation. Breathing motion is not directly corrected in the analysis of this metric. Scale bar = 1 mm (Scale bar denotes scale for both US and PAI).[1]

 

如图 1 所示，使用 US 和 ICG 加权 PAI 图像的后处理来评估肠道蠕动。使用 ANT 存储库中提供的可变形对称归一化方法 (SyN) 微分同形非刚性图像配准提取整个电影时间过程中肠道蠕动的逐帧运动变形估计。

 

Fig. 2. Intestinal oxygen saturation in 2-day old pups at 5%, 21%, and 100% FiO2[1]

 

Fig. 3. Intestinal oxygen saturation in 4-day old pups at 5%, 21%, and 100% FiO2[1]

 

图 2 和 3 中显示了 PAI 对吸入气体挑战中每个 FiO2 水平的组织氧合进行评估的代表性图像。 2 和 3 分别针对 2 天和 4 天大的幼鼠。 PAI 图像定性地显示，随着呼吸气体中氧气含量的增加，sO2 逐渐增加。虽然总体 sO2 水平增加，但氧饱和度的局部模式在整个激发气体挑战中保持相对一致。补充图 2 中所示的 sO2 体积图进一步证明，随着吸入气体中氧气含量增加的扰动，小肠所有区域的氧合作用逐渐增加。图 2 和图 3 显示了吸入气体挑战中每个 FiO2 水平的平均肠道 sO2 的定量变化。

 

总之，评估肠道组织氧合和蠕动是了解早产儿肠道生理和病理的重要组成部分。该人群的影像学研究仅限于诊断性 XR 和 US，两者都无法提供组织氧合或运动的可量化测量。早产儿肠道疾病是发病和死亡的主要原因，但诊断能力有限。我们的概念验证研究是研究光声成像潜力的重要第一步，它可以为肠道健康和疾病提供有价值的非侵入性见解，从而改善早产儿的护理。

 

[1]Victoria G. Weis, Nildris Cruz-Diaz, Jessica L. Rauh, Maryssa A. Ellison, Liliya M. Yamaleyeva, Cherrie D. Welch, Kristen A. Zeller, Jared A. Weis, Photoacoustic Imaging as a Novel Non-invasive Biomarker to Assess Intestinal Tissue Oxygenation and Motility in Neonatal Rats, Journal of Pediatric Surgery, Volume 59, Issue 3, 2024, Pages 528-536, ISSN 0022-3468

 

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