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大量研究表明在人或動(dòng)物逐漸衰老的過程中伴隨著大腦血管結(jié)構(gòu)和功能的改變，這可能是導(dǎo)致大腦血流循環(huán)受損和神經(jīng)變性的風(fēng)險(xiǎn)增加的原因之一，這與如阿爾茲海默癥，帕金森等衰老相關(guān)的腦部疾病的發(fā)生有關(guān)。因此探究腦部血流及微血管在衰老過程中的變化是十分重要的一環(huán)，目前幾乎沒有能呈現(xiàn)這種變化的方法，因此在本研究中研究者取得了巨大的突破，作者使用三維（3-D）定量光學(xué)相干斷層掃描血管造影（OCTA）來檢查年齡在16個(gè)月的老年小鼠和2個(gè)月大的年輕小鼠的大腦，并記錄和分析體感皮層的腦血管和血流動(dòng)力學(xué)的特征差異。定量指標(biāo)包括皮質(zhì)血管形態(tài)，腦血流灌注量（CBF）和毛細(xì)血管流速。結(jié)果表明，與年輕小鼠相比，老年小鼠軟腦膜動(dòng)脈彎曲度增加14%，毛細(xì)血管密度降低15%，血流量降低33%。最重要的是，此研究shouci量化了隨年齡增長(zhǎng)毛細(xì)血管速度和血流的不均勻性的變化，結(jié)果顯示年輕小鼠毛細(xì)血管平均速度增加21%（p<0.05），老年小鼠的腦部毛細(xì)血管血流不均勻性增加19%（p≤0.05）。在這個(gè)成像平臺(tái)上，先進(jìn)的OCTA算法能夠?qū)γ?xì)血管速度進(jìn)行精確的定量評(píng)估。這一方法為研究血管老化提供了一種有前途的神經(jīng)系統(tǒng)疾病血管影像學(xué)工具，這為研究與年齡相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病的病理生理學(xué)因素提供了新的思路。讓我們看看此研究是怎樣量化這些年齡相關(guān)的血管及血流指標(biāo)吧。

動(dòng)脈曲折度

圖一中a和b分別顯示了年輕小鼠的血管造影照片和老年小鼠的血管造影照片，圖中血管大部分是從皮層表面（深度為50μm的平面）獲得的脈狀血管網(wǎng)絡(luò)，為圖1（c）中的紅線和綠線之間的部分，圖1（c）為斷層切面圖像。血管曲折指數(shù)（VTI）用于評(píng)估血管的曲折度，定義為弧弦比（Hutchins等人，1978年），即彎曲的血管長(zhǎng)度（弧度）與直線距離的比值。在此分析中，選擇MCA和ACA節(jié)段，稱為小動(dòng)脈吻合（AAA），以比較年輕小鼠和老年小鼠的血管的曲折度。從年輕組的9個(gè)細(xì)分AAA中測(cè)得的平均VTI值圖1（d）為1.19±0.07，而老年組圖1（e）為1.36±0.09。老年小鼠中AAA的VTI比年輕組的VTI高14％（P <0.01）圖1（f），表明年長(zhǎng)小鼠的側(cè)支血管更曲折。

圖一：大腦側(cè)支動(dòng)脈血管的曲折度比較。（a）和（b）分別是獲得的年輕和老年小鼠的血管造影照片圖像（c）為掃描血流的橫截面顯示，（c）中的綠線標(biāo)記皮質(zhì)表面，而紅線和黃線分別位于距皮質(zhì)表面50和300μm的深度處。在血管造影（a）和（b）上，MCA和ACA之間選定的AAA段用假色突出顯示。顏色代表計(jì)算出的VTI值，如顏色條所示。如（d）年輕小鼠和（e）老年小鼠所示，每組總共測(cè)量了9個(gè)AAA節(jié)段。（f）年輕小鼠和老年小鼠之間的VTI比較。

2.毛細(xì)血管密度
通過OCTA血管造影定性地揭示了年輕小鼠和老年小鼠之間毛細(xì)血管密度的差異，通過血管面積密度（VAD）進(jìn)行量化，其定義為血管所占面積的百分比。與光學(xué)顯微圖像相比圖2（a）， 2（b），僅顯示較大的表面小動(dòng)脈，而OCTA血管造影照片圖2（c）， 2（d）揭示了直至毛細(xì)血管水平的高分辨率腦微血管網(wǎng)絡(luò)。比較血管造影照片，很明顯，年長(zhǎng)的小鼠的血管灌注分布不均勻，可以看到局部的毛細(xì)血管灌注稀疏圖2（d）。在老年小鼠中VAD的分布更加'不均圖2（f）與年輕小鼠相比圖2（e）。頻率直方圖分布進(jìn)一步顯示，年輕小鼠的VAD數(shù)量高于老年小鼠圖2（g），統(tǒng)計(jì)評(píng)估顯示，在p <0.01（0.34±0.08）時(shí)，年老小鼠（0.34±0.08）的VAD值比年輕小鼠（0.40±0.05）降低了15％，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義圖2（h）。

圖二：腦部毛細(xì)血管密度的比較。（a和b）分別為顱窗內(nèi)2.5 mm×2.5 mm區(qū)域內(nèi)的年輕小鼠和老年小鼠的明場(chǎng)顯微圖像。（c和d）分別對(duì)應(yīng)于（a和b）的OCTA血管造影照片。（d）中的紅色箭頭指出了這只動(dòng)物中可能存在的區(qū)域毛細(xì)血管稀疏現(xiàn)象。（c和f）分別是年輕小鼠和老年小鼠的顏色索引編碼的VAD圖。（g）年輕小鼠（紅色）和老年小鼠（藍(lán)色）的VAD頻率直方圖分布。（h）年輕小鼠和老小鼠之間的VAD比較。（每組N = 8只動(dòng)物）。

3.穿透性小動(dòng)脈的腦血流測(cè)量多普勒技術(shù)與OCTA的聯(lián)合應(yīng)用顯示了老年小鼠的雙向血流速度圖

圖3（a），圖中穿透性小動(dòng)脈（PA）直接從軟腦膜血管網(wǎng)中通過血液，垂直向下到皮層組織，并通過上升的小靜脈（RV）返回軟腦膜血管網(wǎng)絡(luò)。圖3（b）為3-D數(shù)據(jù)集的三D血流圖像，圖3（c）為血流的橫截面的投影。在圖3（c）中，在xz平面上的PA和RV軸向速度投影可以看作是綠色和紅色點(diǎn)。我們比較了年輕小鼠和老年小鼠在單位區(qū)域（1 mm*1mm ）內(nèi)PA和RV的平均速度，流量面積以及總流量的差異。對(duì)于平均速度測(cè)量，結(jié)果顯示無論是年輕的動(dòng)物還是年老的動(dòng)物，其小動(dòng)脈速度都大于小靜脈速度。年輕組和老年組之間在穿透血管速度方面沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著差異。通常，小靜脈的流通面積大于小動(dòng)脈。結(jié)果顯示相比年輕動(dòng)物在老年組中，PA的平均流量減少了35％（p <0.05），RV的流量減少了32％（p <0.05）。PA總流量有33％的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性降低（p <0.01），而RV總流量有31％的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性降低（p <0.01）。另外，在每只動(dòng)物中PA和RV總流量之間沒有發(fā)現(xiàn)顯著差異。

圖三：CBF和PA / RV參數(shù)比較。（a）年輕和老年小鼠的雙向軸向速度圖。彩色條表示所顯示的圖的RBC軸向血流。（b）圖為（A）中白色方形區(qū)域內(nèi)的下降血管和上升血管的3D可視化。（c）來自（b）的投影，位于皮質(zhì)表面下方約50μm的xy平面上。綠點(diǎn)和紅點(diǎn)分別代表所選xy平面內(nèi)的下降小動(dòng)脈和上升小靜脈。（c）中顯示的綠色和紅色點(diǎn)是小動(dòng)脈和小靜脈流的橫截面。（d），（e）和（f）單位區(qū)域（1 mm）中的平均速度，流量面積和總流量值的比較。

4.毛細(xì)管平均速度和異質(zhì)性

年輕小鼠的OCTA血管造影照片圖4（a）和老年小鼠OCTA血管造影照片圖4（b）在每個(gè)血管造影照片上劃定兩個(gè)區(qū)域以進(jìn)行測(cè)速評(píng)估，一個(gè)區(qū)域靠近MCA，另一個(gè)區(qū)域靠近ACA。圖中顯示了兩個(gè)選定區(qū)域的測(cè)速圖，年輕小鼠為圖4（c）， 4（d）和老年小鼠為圖4（e）， 4（f）。每個(gè)測(cè)速圖在3-D組織體積內(nèi)包含約40,000個(gè)頻率信號(hào)。定量顯示，年輕小鼠的毛細(xì)血管內(nèi)血流平均速度為1.11±0.17 mm / s，老年小鼠為1.34±0.23 mm / s（取自兩個(gè)區(qū)域的平均值）。因此，在p <0.05的差異水平下，老年組的平均毛細(xì)血管速度比年輕組的高21％圖4（g）。年輕小鼠和老年小鼠速度異質(zhì)計(jì)算為0.44±0.07毫米/秒和分別0.52±0.08毫米/秒，年輕小鼠相比年老小鼠毛細(xì)管速度異質(zhì)性相差19％（p ≤ 0.05）圖4（h）。

圖四：毛細(xì)管流速和異質(zhì)性定量。（a和b）分別為年輕和老年小鼠的血管造影照片。紅色和綠色方塊分別表示在MCA和ACA位置進(jìn)行測(cè)速的區(qū)域。（c–f）毛細(xì)管速度圖，是通過從皮質(zhì)表面以300μm深的平面對(duì)3-D頻率信號(hào)進(jìn)行投影而生成的。彩色條代表RBC速度（0?3 mm / s）。（g）年輕小鼠和老年小鼠之間的毛細(xì)管平均速度比較。（h）年輕老鼠和老年小鼠之間的毛細(xì)管速度異質(zhì)性比較。通過上面的結(jié)果我們可以看到OCTA技術(shù)能夠提供足夠的空間分辨率來評(píng)估毛細(xì)血管血流，并對(duì)其信息進(jìn)行量化分析，此外還具有足夠的穿透深度，可以在微創(chuàng)或無創(chuàng)的條件下成像腦部深層微血管，而減少對(duì)周圍腦組織的損害。這些新的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)打破了傳統(tǒng)血流檢測(cè)設(shè)備的局限性，并提供了更多的指標(biāo)來進(jìn)行病理生理學(xué)研究，相信隨著此技術(shù)的不斷發(fā)展更精確的成像水平和數(shù)據(jù)分析將能探索更多腦部微循環(huán)相關(guān)疾病的奧秘。

參考文獻(xiàn)
Li Y, Choi WJ, Wei W, et al. Aging-associated changes in cerebral vasculature and blood flow as determined by quantitative optical coherence tomography angiography. Neurobiol Aging.
2018;70:148-159. doi:10.1016/j.neurobiolaging.2018.06.017