本發(fā)明涉及檢測(cè)分析，更具體地，涉及一種動(dòng)脈粥樣硬化微鈣化區(qū)空間成像方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、血管鈣化是動(dòng)脈粥樣硬化的標(biāo)志性特征之一，與心血管不良事件密切相關(guān)。不同時(shí)期和大小的鈣化會(huì)誘發(fā)不同的臨床結(jié)果。早期鈣化表現(xiàn)為微鈣化(直徑<0.5μm到15μm不等)，隨著斑塊的進(jìn)展，變?yōu)辄c(diǎn)狀鈣化(直徑15μm-1mm)、碎片狀鈣化(直徑>1mm)，最終形成片狀鈣化(直徑>3mm)。研究表明，相比片狀鈣化等大鈣化，微鈣化及點(diǎn)狀鈣化等類型更危險(xiǎn)。

2、動(dòng)脈粥樣硬化微鈣化直接促進(jìn)斑塊進(jìn)展與破裂，嚴(yán)重威脅人類健康。研究表明，大多數(shù)急性心肌梗死患者存在微、點(diǎn)狀鈣化，而穩(wěn)定性心絞痛患者則大多表現(xiàn)為大鈣化。通過研究光學(xué)相干斷層掃描圖像發(fā)現(xiàn)，斑塊破裂與微、點(diǎn)狀鈣化數(shù)量呈正相關(guān)，而與大鈣化數(shù)量呈負(fù)相關(guān)。另外，微鈣化既可以通過血管收縮舒張的“砂輪效應(yīng)”極大增加斑塊破裂的幾率，又會(huì)引發(fā)和放大斑塊炎癥。kelly-arnold等人利用2.1μm高分辨率微計(jì)算機(jī)斷層掃描(micro-ct)對(duì)22個(gè)未破裂人類動(dòng)脈粥樣硬化斑塊纖維帽中的近35000個(gè)≥5μm的微鈣化進(jìn)行了空間分布、聚類和形狀的研究。發(fā)現(xiàn)幾乎所有動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的纖維帽中都含有小于5μm的微鈣化，大于10μm的微鈣化則會(huì)產(chǎn)生更危險(xiǎn)的機(jī)械應(yīng)力。nadra等人發(fā)現(xiàn)小于1μm的磷酸鈣晶體可以激活巨噬細(xì)胞釋放tnf-α、il-1β、il-8等炎癥因子，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化炎癥進(jìn)展。

3、綜上，微鈣化在動(dòng)脈粥樣硬化人群中分布廣泛且危害性大，亟需開發(fā)針對(duì)微鈣化的研究方法對(duì)其進(jìn)行原位精準(zhǔn)定位，這對(duì)于深入探討心腦血管疾病發(fā)病機(jī)制，探尋有效的診療方法，從而降低心血管病患病風(fēng)險(xiǎn)，減少社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)具有重要價(jià)值。

4、常規(guī)的微鈣化原位定位研究，通常采用組織形態(tài)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)影像技術(shù)進(jìn)行鑒定分析。目前，臨床ct(電子計(jì)算機(jī)斷層掃描)與mri(磁共振成像)受限于空間分辨率且難以檢測(cè)到微鈣化區(qū)域。ivus(血管內(nèi)超聲)不能穿透鈣化，并會(huì)導(dǎo)致聲影形成，因此往往不能準(zhǔn)確評(píng)估微鈣化程度。光學(xué)相干斷層成像具有高空間分辨率，適合檢測(cè)微鈣化，但成像深度有限，無法檢測(cè)血管中和外膜等區(qū)域的微鈣化，且無法提供血管相關(guān)分子層面的信息。功能近紅外光譜成像則缺乏可用于臨床檢測(cè)的顯像劑。18f氟化鈉pet-ct可以利用骨、鈣化等礦物對(duì)氟化物的吸附性間接顯示微、點(diǎn)狀鈣化。但是，與離體成像相比，體內(nèi)18f氟化鈉成像可能受到斑塊內(nèi)滋養(yǎng)血管密度等因素的影響導(dǎo)致檢測(cè)靈敏度較低。因此，目前急需可用于臨床微鈣化早期檢測(cè)的原位定位方法。

5、疾病發(fā)生發(fā)展過程離不開大量生物分子的代謝和合成，此過程不僅可以為疾病相關(guān)細(xì)胞的快速分裂和增殖提供大量必需的生物膜成分，還可以通過合成一系列鞘磷脂、磷脂酰肌醇和氧化信號(hào)分子來促進(jìn)疾病的發(fā)展。與基因和蛋白相比，代謝物處于生命活動(dòng)調(diào)控的終端，比基因和蛋白更接近于生物表型。研究發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)代謝物參與動(dòng)脈粥樣硬化微鈣化病理進(jìn)程。在微鈣化的形成過程中，巨噬細(xì)胞等會(huì)釋放外泌體、凋亡小體等細(xì)胞外囊泡。局部的細(xì)胞外囊泡含有豐富的膽固醇、二酰基甘油、鞘磷脂和神經(jīng)酰胺等物質(zhì)，可積聚鈣和磷(pi)并提供由磷脂酰絲氨酸和膜聯(lián)蛋白組成的微鈣化成核位點(diǎn)，將聚集的鈣和磷(pi)發(fā)展為無定形磷酸鈣，最后形成微鈣化的晶體結(jié)構(gòu)，如羥基磷灰石。此外，細(xì)胞外囊泡的膜富含糖基磷脂酰肌醇錨定的組織非特異性堿性磷酸酶(tnap)，這種酶可以水解焦磷酸(ppi)，使已經(jīng)移動(dòng)到細(xì)胞外環(huán)境的微鈣化晶體能夠與膠原基質(zhì)一起生長(zhǎng)。綜上，篩選動(dòng)脈粥樣硬化微鈣化相關(guān)的生物標(biāo)志物，能夠標(biāo)記特征性組織結(jié)構(gòu)、細(xì)胞和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能改變的生化指標(biāo)，對(duì)于探尋疾病發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制、精準(zhǔn)的判斷其表型并研發(fā)相關(guān)藥物具有重要的指導(dǎo)作用。

6、質(zhì)譜空間組學(xué)技術(shù)是以質(zhì)譜成像(mass?spectrometry?imaging，msi)在質(zhì)譜技術(shù)基礎(chǔ)上同時(shí)結(jié)合高端影像技術(shù)的新型分析手段，可以在無需標(biāo)記的前提下，對(duì)樣品中多種物質(zhì)分子的性質(zhì)、量變和空間分布變化進(jìn)行靶向和非靶向分析，這些物質(zhì)分子包括代謝物、脂質(zhì)、多肽、蛋白質(zhì)、聚糖、金屬、藥物、環(huán)境污染物等，具有高靈敏和高通量等優(yōu)勢(shì)。質(zhì)譜空間組學(xué)技術(shù)包括多種電離方式，按照不同的電離方式可以分為基質(zhì)輔助激光解吸質(zhì)譜成像(maldi-msi)、解吸電噴霧電離質(zhì)譜成像(desi-msi)和二次離子質(zhì)譜成像(sims-msi)。質(zhì)譜空間組學(xué)技術(shù)保持了組織切片分子信息的完整性，其成像結(jié)果可以與組織學(xué)特征相關(guān)聯(lián)，有助于獲得生物標(biāo)本的分子特征，為深入了解疾病發(fā)生發(fā)展過程、疾病發(fā)展相關(guān)結(jié)構(gòu)微區(qū)及其微環(huán)境演進(jìn)提供可視化的方法策略。

7、目前，基于質(zhì)譜空間組學(xué)技術(shù)的研究已經(jīng)集中在心腦血管疾病中，但是對(duì)于動(dòng)脈粥樣硬化微鈣化區(qū)的鑒定和分子特征研究少有報(bào)道。li等人收集人體標(biāo)本，對(duì)處于硬化前期、動(dòng)脈粥樣硬化、纖維粥樣硬化和并發(fā)期這四個(gè)典型病理分期的人體頸動(dòng)脈粥樣硬化標(biāo)本進(jìn)行質(zhì)譜空間組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了55種脂質(zhì)具有特征性空間分布：26種分布在橫截面區(qū)域，13種分布在富脂區(qū)域，16種分布在富膠原區(qū)域。通過富集通路分析顯示脂肪代謝吸收、膽固醇代謝等通路在富集橫截面區(qū)富集，鞘脂信號(hào)通路等在富脂區(qū)富集，甘油磷脂和醚脂代謝在富膠原區(qū)富集。研究提示頸動(dòng)脈斑塊不同區(qū)域的代謝特征可能在動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展中承擔(dān)多種重要作用(atherosclerosis，2023，364，20-28)。greco等人選取有癥狀和無癥狀的人體頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊，開展質(zhì)譜空間組學(xué)研究，比較斑塊內(nèi)特定組織病理區(qū)的代謝變化。研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞富集區(qū)和內(nèi)膜血管平滑肌細(xì)胞的脂質(zhì)譜與斑塊結(jié)局相關(guān)性最大。其中，有癥狀標(biāo)本中富含巨噬細(xì)胞區(qū)域鞘磷脂高表達(dá)，富含血管內(nèi)膜平滑肌細(xì)胞區(qū)域膽固醇和膽固醇酯高表達(dá)。以上研究方法和結(jié)論表明了質(zhì)譜空間組學(xué)技術(shù)是研究異質(zhì)性動(dòng)脈粥樣硬化等疾病的重要工具(metabolites?2021，11，250)。

8、綜上，值得關(guān)注的是，代謝物及其代謝過程在動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展中具有關(guān)鍵作用，與異質(zhì)性復(fù)雜結(jié)構(gòu)的形成(微鈣化、鈣化，血腫和血栓等)、炎癥反應(yīng)和巨噬細(xì)胞的激活等密切相關(guān)。而常規(guī)的基于質(zhì)譜的多組學(xué)分析技術(shù)不能提供代謝物的空間分布信息，因而無法準(zhǔn)確定位特征性區(qū)域并獲取其分子特征。從質(zhì)譜多組學(xué)技術(shù)發(fā)展而來的質(zhì)譜空間組學(xué)技術(shù)具有免標(biāo)記、高通量和高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)，可以同時(shí)對(duì)多種物質(zhì)分子進(jìn)行定性、定量和空間定位研究，是分析化學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)。然而，現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化微鈣化研究，通常集中在組織形態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)的原位分析，檢測(cè)指標(biāo)受限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種動(dòng)脈粥樣硬化微鈣化區(qū)空間成像方法和系統(tǒng)。

2、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種動(dòng)脈粥樣硬化微鈣化區(qū)空間成像方法。該方法包括以下步驟：

3、構(gòu)建目標(biāo)動(dòng)物的主動(dòng)脈微鈣化斑塊模型；

4、針對(duì)所述主動(dòng)脈微鈣化斑塊模型，進(jìn)行生物標(biāo)本的圖像分割，并結(jié)合組織形態(tài)學(xué)特征，基于代謝特征原位篩選出多種結(jié)構(gòu)微區(qū)，所述多種結(jié)構(gòu)微區(qū)與動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)；

5、針對(duì)所述多種結(jié)構(gòu)微區(qū)，進(jìn)行代謝異質(zhì)性分析，通過特征性代謝分子的篩選，獲得異質(zhì)性空間分布。

6、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種動(dòng)脈粥樣硬化微鈣化區(qū)空間成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：

7、動(dòng)物模型構(gòu)建模塊：用于構(gòu)建目標(biāo)動(dòng)物的主動(dòng)脈微鈣化斑塊模型；

8、圖像分割模塊：用于針對(duì)所述主動(dòng)脈微鈣化斑塊模型，進(jìn)行生物標(biāo)本的圖像分割，并結(jié)合組織形態(tài)學(xué)特征，基于代謝特征原位篩選出多種結(jié)構(gòu)微區(qū)，所述多種結(jié)構(gòu)微區(qū)與動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)；

9、代謝分析模塊：用于針對(duì)所述多種結(jié)構(gòu)微區(qū)，進(jìn)行代謝異質(zhì)性分析，通過特征性代謝分子的篩選，獲得異質(zhì)性空間分布。

10、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，提供一種基于質(zhì)譜空間組學(xué)技術(shù)的動(dòng)脈粥樣硬化微鈣化區(qū)識(shí)別和代謝異質(zhì)性分析的全過程，能夠準(zhǔn)確識(shí)別原位微鈣化區(qū)域，并獲得其分子特征以及代謝異質(zhì)性特征，從而為相關(guān)的心腦血管疾病發(fā)生發(fā)展、分子機(jī)制研究、診療等提供重要研究策略和分子基礎(chǔ)，對(duì)于精準(zhǔn)認(rèn)識(shí)重大疾病的發(fā)生發(fā)展過程、為臨床醫(yī)生提供原位的病灶定位、制定個(gè)性化治療方案以及相關(guān)藥物的藥效評(píng)價(jià)和篩選具有重要價(jià)值。

11、通過以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚。