胶质母细胞瘤(GBM)是成人中最常见且最具侵袭性的原发性脑肿瘤。标准治疗通常包括手术、放疗和替莫唑胺化疗。中位生存期约为15个月,5年复发率接近90% [1,2]。世界卫生组织第五版中枢神经系统肿瘤分类通过结合组织和分子特征来细化成人型弥漫性胶质瘤的分级和分类。与第四版相比,更新的分类更强调分子遗传学在定义肿瘤特征中的作用。分子异质性显著影响治疗反应和预后,这可能因遗传突变而在标准化治疗方案下有很大差异 [[3], [4], [5]]。因此,预测GBM亚型已成为当前临床研究的重点。准确的术前肿瘤分级和关键分子生物标志物评估有助于个性化治疗计划,包括优化手术方案 [[6], [7], [8]]。
异柠檬酸脱氢酶突变(IDH突变)代表了GBM发展中的早期遗传改变。其中,IDH1突变比IDH2更常见,与代谢重编程、缺氧和血管生成密切相关。具有IDH突变的GBM通常生长较慢,更容易发生癫痫发作,从而增加治疗复杂性 [9,10]。相比之下,IDH野生型(IDH-wt)GBM表现出rRNA转录组缺陷和频繁的遗传改变,如EGFR扩增、TERT启动子突变和染色体变化(例如+7/?10),以及血管微环境中的基因上调,导致更具侵袭性和血管丰富的肿瘤 [[11], [12], [13]]。这些协同的分子事件加剧了GBM的异质性,并增强了其对标准治疗的抗性。准确的术前IDH状态预测有助于了解肿瘤的分子特征,识别高风险患者,并为精准诊断和个性化治疗奠定基础,从而优化诊断策略和治疗选择。超出病变边界的手术切除可以改善无进展生存期和总体生存期 [8,14,15]。传统方法,如基于活检的测序和免疫组化,是侵入性程序。替代生物标志物可能提供互补的、非侵入性的诊断方法 [16]。从宏观到分子引导的切除转变需要先进的术前成像来检测可能与IDH状态相关的灌注相关损伤。IDH突变通常与较低的灌注、较低的血管密度和较高的水肿比率相关。这种血流动力学异质性反映了肿瘤组织和正常脑组织之间血流调节的显著差异 [[17], [18], [19], [20]]。了解这些微血管(MV)特征可能提高IDH状态的预测能力,并支持更精确的手术切除 [21]。
磁共振成像(MRI)广泛用于评估脑血流量(CBF)、血容量和氧消耗;然而,其空间分辨率限制了亚毫米级别的评估 [22]。光学成像技术提供微米级分辨率,但穿透深度有限。因此,成像方式在分辨率和穿透深度方面存在显著差异 [23]。脑组织的组织学检查仍然是诊断的金标准,但缺乏血流动力学信息 [16]。超声定位显微镜(ULM)首次描述于2011年 [24],使用微气泡超声造影剂作为强散射体,并采用了荧光显微镜的单发射器定位原理。通过累积数千帧的微气泡轨迹并确保事件足够稀疏以避免个别回波重叠,ULM可以重建具有微米级空间分辨率的血管结构 [25,26],从而克服了传统超声的衍射限制的空间分辨率 [27]。因此,ULM结合了高空间分辨率和深度穿透能力,能够定量评估广泛的血流速度 [28]。这些能力使其具有广泛的应用潜力,特别是在微米级别检测低速血流方面,使ULM成为临床应用的有希望的成像方式 [29,30]。
肿瘤内异质性(ITH)在肿瘤进展、复发、转移和治疗失败中起着关键作用 [31]。作为肿瘤异质性的主要驱动因素,GBM的微血管表现出显著的变异性。微血管的结构和功能对于确定肿瘤的生物学行为至关重要 [32,33]。传统的ULM提供了关于MV形态和血流动力学的宝贵见解。然而,基于手动分割的结果在微观尺度上缺乏足够的客观性和定量精度。直方图分析将感兴趣区域(ROIs)内的体素数据汇总起来,提供了一种比传统技术更客观和可重复的方法来评估ITH [34]。然而,目前尚不清楚基于ULM的直方图分析是否能够表征不同区域的MV异质性并揭示其与IDH突变的潜在关联。