基于多模态非线性光学显微镜的心肌梗死放射组学与传统分析方法比较研究

本研究针对心肌梗死后瘢痕相关室性心动过速的精准消融治疗需求，创新性地将SHG（二次谐波生成）和TPEF（双光子激发荧光）显微镜技术与IBSI标准化放射组学特征相结合，通过机器学习实现了对羊心脏梗死模型的定量组织表征。研究团队开发的高精度分类器（三分类准确率95%±4.5%）揭示了胶原纤维形态学特征与电传导异常的关联，为术中实时引导提供了新型数据驱动方案，标志着光学影像分析技术在心血管介入治疗中的重要突破。

　　

心肌梗死作为全球首要致死病因，每年导致约700万患者死亡。尽管急性期治疗显著改善，但约20%幸存者一年内会复发，其中50%与瘢痕组织内残存心肌纤维引发的折返性室速相关。当前临床依赖的电解剖标测技术存在空间分辨率低（约1mm）、信号模糊等局限，难以识别关键致心律失常基质。维也纳医科大学（Medical University of Vienna）的研究团队创新性地将非线性光学显微镜技术引入该领域，通过结合微米级分辨率的SHG和TPEF成像与标准化放射组学分析，在《Scientific Reports》发表了突破性研究成果。

研究采用离体绵羊心肌梗死模型，通过多深度光学层析成像（5μm步进）获取262幅双模态图像。关键技术包括：1）800nm飞秒激光激发双光子荧光与胶原特异性二次谐波信号；2）IBSI标准化的152个放射组学特征提取；3）混合堆叠式机器学习模型（AutoML）构建；4）基于CT-FIRE算法的胶原纤维形态定量分析。研究同步验证了16个传统组织特征与放射组学特征的相关性。

【成像结果】
SHG/TPEF双通道成像清晰区分健康心肌（平行肌纤维主导）、边界区（胶原增生伴炎性浸润）和纤维化区（致密胶原网络）。

【常规成像特征】
13个特征具有统计学意义：胶原强度比（健康0.11±0.03 vs 病理0.30±0.09,p<0.00001）、纤维宽度（健康3.52±0.34μm vs 病理3.99±0.25μm,p<0.00001）及SHG取向范围（健康0.96±0.14rad vs 病理0.58±0.17rad,p<0.00001）等。边界区胶原纤维长度显著增加（31.3±6.51μm），而纤维化区呈现更高弯曲度（直度标准差0.05±0.01）。

【放射组学与机器学习】
TPEF最大强度直方图（权重9.99%）与胶原厚度呈强相关（r=0.43），SHG长程高灰度强调特征（权重6.42%）对应纤维化区的粗大胶原束。三分类模型在独立测试集达到89%的二元准确率（健康vs病理），但纤维化与边界区鉴别仍有提升空间（整体准确率42%）。

结论表明，多模态光学成像可无标记解析心肌瘢痕的微观结构异质性，放射组学特征与传统组织学参数高度关联（如TPEF复杂度与胶原体积比r=0.72）。该技术未来整合入内窥镜系统后，将实现术中实时μm级分辨率引导，较现有电标测技术提升三个数量级。研究首次建立光学显微特征与心律失常基质的定量关系框架，为精准消融治疗提供了新型生物标志物体系。