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淋巴系统疾病的及时诊断面临难题，因缺乏标准化、非侵入性、可靠的淋巴收缩功能实时分析方法。研究人员开展淋巴泵动力学量化研究，整合近红外荧光淋巴管造影成像与分析流程，结果提升了测量可靠性，为淋巴疾病诊疗带来新方向。
淋巴系统在维持人体组织液平衡和免疫完整性方面起着至关重要的作用，但淋巴系统疾病的诊断却困难重重。淋巴水肿是一种常见的淋巴系统疾病，美国约有 700 万人受其困扰，它会引发感染、慢性疼痛、肢体功能丧失甚至淋巴血管肉瘤等严重后果。
目前，淋巴系统疾病的诊断主要依赖疾病体征，往往在疾病进展到出现早期临床症状如肢体体积增加时才能确诊。虽然有多种方法可用于评估淋巴系统解剖结构和基本功能，如淋巴闪烁显像、磁共振淋巴造影（MRI lymphangiography）、X 射线淋巴造影、荧光微淋巴管造影和近红外荧光（NIRF）淋巴造影等，但这些方法存在诸多缺陷。传统的淋巴闪烁显像虽被视为淋巴水肿诊断的金标准，却存在患者暴露于电离辐射、需要专业设备和人员操作、局部淋巴网络空间分辨率有限等问题，且无法检测早期淋巴水肿。X 射线淋巴造影和磁共振淋巴造影虽能提供高空间解剖分辨率，但同样无法提供实时淋巴收缩功能信息。而基于可见光波长的荧光成像受组织散射、吸收和自发荧光的影响，信号噪声大，只能对几毫米深度的结构进行成像，在临床应用中受限。
NIRF 淋巴造影是一种较新的技术，它利用波长大于 750nm 的激发光，可实现更深组织的成像（3 - 4cm），且自发荧光较少。然而，该技术在实际应用中也面临挑战，不同相机系统缺乏标准化，分析方法也不统一，导致测量结果的可靠性和可重复性较差。
为了解决这些问题，来自美国马萨诸塞州综合医院癌症中心放射肿瘤学系 Edwin L. Steele 实验室、哈佛医学院等机构的研究人员开展了一项研究，相关成果发表在《npj Imaging》上。
研究人员采用的主要关键技术方法包括：一是整合近红外荧光淋巴管造影成像技术，通过在小鼠爪垫或人体手指间注射相应染料，利用特定的成像设备获取淋巴血管的图像；二是结合创新的分析流程，运用传统的峰谷分析和先进的小波时频分析对信号进行处理；三是借助方差成分分析评估每个实验变量对测量结果的影响，利用概化研究确定测量参数的可靠性以及所需重复测量的次数；四是建立线性混合模型，以考虑系统和组间的变异性。
研究结果如下：
- 数据采集、信号处理和统计分析流程：设计了一套完整的工作流程，包括对小鼠和人体的成像数据采集、在 MATLAB 中进行信号处理（如选择感兴趣区域（ROI）、去噪、绘制峰谷图等），并运用统计方法确定测量的显著性和可靠性。研究发现，个体小鼠或人体的变异性在测量参数的总变异性中占比较大，是数据变异性的主要来源12。
- 淋巴泵的不规则模式：通过对小鼠和人体的 NIRF 成像数据进行分析，发现传统峰谷分析和小波时频分析都揭示了淋巴泵的不规则模式。小鼠和人体的淋巴收缩频率存在差异，人体的频率比小鼠慢一个数量级，且人体淋巴血管收缩的不规则性更强，这通过小波瞬时频率标准差这一指标得以体现。同时，增加 ROI 的数量可提高测量的可靠性，不同 ROI 可能捕捉到不同的收缩行为，单一 ROI 的主观选择可能导致结果偏差34。
- 不同位置对淋巴收缩的影响：研究人员对不同年龄和性别的小鼠在不同体位（基线、头朝上、头朝下）下进行 NIRF 成像分析。结果表明，成年小鼠在不同体位下，收缩频率变化不明显，但在头朝上的后负荷位置，泵送幅度和信号平均强度降低。老年小鼠在所有体位下的频率和幅度均较低，且后负荷位置对老年小鼠收缩频率的影响更为显著，老年雌性小鼠和雄性小鼠在卸载位置的频率变化存在差异，这表明性别是淋巴收缩量化中的一个重要生物学变量56。
- 小波分析的优势：对小鼠活体荧光显微镜数据的重新分析显示，小波分析能够揭示传统分析方法未发现的淋巴泵收缩规律性差异。随着年龄增长，小鼠淋巴收缩的不规则性增加，小波瞬时频率标准差这一参数可有效捕捉这种变化，而传统峰谷分析无法做到78。
研究结论和讨论部分指出，该研究通过整合 NIRF 淋巴造影成像和创新分析流程，为淋巴功能成像和分析提供了新的标准方法。一方面，研究表明小波分析在捕捉淋巴收缩的不规则性方面具有独特优势，可消除传统峰谷分析中用户定义阈值的影响，减少实验数据的变异性；另一方面，使用多个 ROI 并在不同引力位置进行测量，可显著提高测量的可靠性，为临床决策提供更可靠的数据支持。
此外，研究还发现小鼠和人体的淋巴收缩功能存在差异，这可能与物种差异和麻醉因素有关，未来需进一步研究。同时，研究人员建议在 NIRF 小鼠淋巴造影中纳入不同引力位置的测量，以更全面地捕捉淋巴收缩的行为范围。
总体而言，该研究成果有助于推动淋巴系统疾病的研究和诊疗发展，为建立淋巴功能正常参数范围奠定了基础，有望在未来用于疾病诊断和治疗效果评估，具有重要的临床意义和应用前景。
