血管組學：從精準測量走向臨牀前沿

轉自：中國科學報

近日，由中國科學報社、中國人體健康科技促進會主辦，《醫學科學報》編輯部承辦的「大醫·論道」沙龍第三期活動在京舉行。本期沙龍以「血管組學（Vasomics）」為主題，特邀相關領域院士專家，圍繞血管組學的概念溯源、技術進展與臨牀應用展開了深入討論。會上宣佈成立血管組學專家組，標誌着該新興交叉學科步入組織化、體系化發展的新階段。

組學思維革新血管研究範式

血管系統作為人體最龐大、最複雜的功能網絡之一，貫穿各個器官與組織，在物質運輸、能量供應、免疫調控以及細胞信號轉導等關鍵生理過程中發揮核心作用。幾乎所有重大疾病，包括動脈粥樣硬化、腦卒中、肝硬化、腎小球硬化、惡性腫瘤乃至糖尿病等代謝性疾病，都與血管結構異常或功能障礙密切相關。

全球疾病負擔數據顯示，心血管疾病每年導致約1941萬人死亡，佔全球總死亡人數的29%；惡性腫瘤相關死亡約988萬（佔15%）；肝病約321萬（佔5%）；糖尿病約165萬（佔2%）；腎臟病約153萬（佔2%）。當前嚴峻的血管相關疾病負擔狀況反映了目前診療手段在應對複雜血管病變時的侷限性，也凸顯了血管相關研究在醫學領域的重要價值。

中國科學院院士滕皋軍在致辭中指出，學界普遍認同血管與多種疾病密切相關，但對血管整體性的理解仍顯不足。近年來成像技術的進步使無創、微創觀察血管成為可能，但現有研究多是零散的，缺乏系統性。

近年來，「組學」思維在醫學研究中的普及，為血管學研究提供了新的突破口。從基因組學、蛋白組學到代謝組學、影像組學等，研究者逐漸認識到，只有將不同層面的數據進行系統整合，才能真正把握生物體系的整體規律。在這一背景下，血管組學應運而生，旨在整合不同器官和疾病的血管研究，為臨牀和基礎科學提供統一的分析框架。

今年3月6日，Gut在線發表的Vasomics of the Liver一文首次提出了血管組學概念，並系統闡述了其在肝臟疾病中的應用潛力。文章指出，血管組學以多模態、跨尺度的血管表徵為核心研究對象，融合生物學、基礎醫學、臨牀醫學與計算機科學等多學科力量，構建可解釋模型，以系統解析血管的結構、功能及其在疾病發生發展中的動態變化。其最終目標是推動血管相關疾病在預防、診斷及治療中的範式創新。

上述工作由CHESS肝臟健康聯盟創始人祁小龍發起，數字醫學工程全國重點實驗室提供學術支持，復旦大學人類表型組研究院副研究員王成彥擔任第一作者，滕皋軍等多位國內外院士專家共同參與。

研究團隊將肝臟血管表徵劃分爲五類——解剖學、生物力學、生物化學、病理生理學及複合表徵，其中複合表徵能夠更全面地反映疾病相關的血管變化。通過整合多模態影像、血管功能評估、病理圖像及多組學數據，該研究揭示了血管在疾病發生、進展及治療中的關鍵作用，為臨牀提供了新的診療思路。

數據質量奠定學科發展基石

在具體臨牀應用方面，多中心門靜脈高壓研究為血管組學提供了典型示例。祁小龍團隊聯合王成彥團隊基於973例患者數據構建了血管組學模型，可在CT及MRI影像中實現高精度診斷。

據王成彥介紹，該模型在內部測試中準確率達0.9，外部驗證中心測試準確率約為0.85，顯示出較強的泛化性和魯棒性。模型分析揭示了門脈高壓患者特有的血管表型特徵，包括遠端血管豐富度增加、入肝處血管僵直及密度降低等，同時結合30余個關鍵指標的機器學習建模，在研究階段實現了對傳統有創測量的無創替代，為臨牀手術及藥物治療提供了可參考的決策依據。

王成彥表示，儘管血管組學在疾病診斷、療效評估及健康管理中展現出廣闊應用前景，但其發展仍面臨若干挑戰。首先，基礎設施建設仍不足，包括數據庫、標準化術語體系及分析工具不完善；其次，多模態測量及數據整合存在技術複雜性，需要跨學科協作解決時空特性、數據標準化及質量控制問題；最后，臨牀轉化仍需驗證模型在多中心、多設備及不同人羣中的穩定性和可靠性。

滕皋軍強調，血管組學的發展關鍵在於數據積累，其價值不僅依賴複雜算法或計算能力，更在於高質量的數據。精準的血管表徵和充分的數據積累，是人工智能及大模型得以有效應用、推動學科發展的基礎。這一觀點得到與會專家認同，專家們認為，血管組學本質上是一門建立在精準測量基礎上的學科，測量的準確性決定了其研究與應用的價值。

與會專家表示，在此基礎上，結合大數據資源與人工智能技術，不僅可以優化算法和分析方法，還能夠推動跨疾病應用隊列的構建，促進研究成果向臨牀實踐轉化。這將極大拓展血管組學在肝臟及其他器官疾病的診斷、治療、健康監測與個體化醫療中的應用潛能，為其在精準醫學領域發揮更深入、更廣泛的作用提供堅實支撐。

多維技術解析血管複雜系統

當前，超聲血流成像技術不斷發展，一系列新方法相繼涌現，以應對傳統彩色多普勒超聲在臨牀應用中的諸多侷限。傳統彩超雖然在臨牀中應用廣泛，但存在無法顯示血流方向、對細小血管分辨率和靈敏度較低，以及無法對複雜血流進行定量測量等問題。為彌補這些不足，深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司超聲影像團隊先后研發了超聲向量血流成像、超微血流成像、顯微造影成像，並逐步推動其臨牀應用。

據該團隊成員杜宜綱介紹，首先是2015年發展的超聲向量血流成像技術。該技術通過多角度速度分量計算生成速度向量，實現血流的方向性可視化，並能進一步定量分析血管壁剪切應力、血流離散度等參數，這對於動脈粥樣硬化及血流異常評估具有重要意義。與傳統彩超相比，向量血流成像在複雜血流環境下提供了更加精確的定量信息，並已在頸動脈狹窄評估等臨牀研究中顯示出優於傳統方法的診斷精度。

其次是以超微血流成像技術為代表的微血管可視化進展。主要針對微小血管如腎臟葉間動脈和小葉間動脈，實現高分辨率血流可視化。該技術結合平面波多角度發射與時空濾波處理，可在多個位置同時進行脈衝多普勒測量，顯著提高微血管血流的靈敏度和定量精度。

再次是顯微造影成像技術。近年來，其成為超聲領域的前沿技術。該技術基於微泡定位原理，能夠突破光學衍射極限，實現數十微米級別的微血管超分辨率成像，不僅可用於微血管結構分析，如血管密度、灌注指數及分形維數提取，還在對肝臟腫瘤及急性腎損傷等患者的治療中顯示出顯著臨牀價值。例如，微血管密度與血肌酐水平呈顯著負相關，為早期腎損傷的診斷與療效評估提供了可靠依據。

最后是該團隊正在研發的無造影劑成像技術。該技術通過紅細胞定位替代微泡定位，實現不依賴造影劑的超高分辨率血管成像，預計不久將投入臨牀應用。

杜宜綱表示，這些技術能夠覆蓋不同尺度的血管表徵。宏觀血管可通過向量血流成像實現血流方向及血管壁剪切應力的可視化，適用於頸動脈狹窄等大血管疾病的評估；微觀血管則可藉助超微血流和顯微造影成像實現更高分辨率的觀察，用於反映肝臟、腎臟等器官微循環及腫瘤血管生成情況。通過從宏觀到微觀的連續觀察，這些技術實現了血流動力學與血管結構部分關鍵表徵的可視化。

此外，越來越多的研究發現，幾乎所有重大慢性疾病都伴隨着血管的重構與功能障礙，通過對人體血管系統性建模，整合多模態、跨尺度血管數據，可以對疾病的發生發展機制和過程進行整體性的研究，從而推動慢病治理領域範式的革新。

然而，研究人員在對多模態、跨尺度血管組學特徵進行研究的過程中，仍然存在着諸多難點：其一，以CT、MR為代表的血管成像方法數據量大、不同影像和部位血管特徵異質性高、人工標註效率低且難以標準化；其二，血管三維結構走行復雜，缺乏自動化的表徵體系；其三，對血管的系統性分析需要融合解剖結構、功能特性、病理生理表型等多模態跨尺度表徵，缺乏有效的分析和應用工具。

為此，商湯醫療與CHESS合作，以其在AI領域的深厚積累賦能血管組學，構建AI驅動的血管表徵和預測體系。該體系基於多模態醫學基模型羣，可以實現頭、頸、胸、腹、盆、四肢等全身常見部位血管成像類型的全覆蓋，並對圖像中的血管結構進行體素級的高精度提取和命名。

在此基礎上，該體系構建了自動化的血管表徵體系，在數分鍾內即可完成血管表徵的全鏈路處理，包括質控、期相識別、組織定位、血管分割命名、血管特徵提取，無縫融入臨牀工作流程。基於血管組學特徵，該體系應用混合專家模型進行特徵篩選和建模，實現多模態跨尺度的血管表徵集成與優化，應用於多種臨牀下游任務，並對特徵進行重要性評價和可解釋性分析。此外，基於商湯醫療獨有的大模型智慧中樞「大醫」，結合血管組學體系和臨牀知識庫，可構建血管組學大模型智能體，服務於血管組學的基礎研究和臨牀轉化。

交叉融合開拓臨牀轉化前景

中國工程院院士陳香美在會議總結時強調：「血管是人體器官中最為重要的組成部分之一。」

血管結構和功能的異常與多種疾病密切相關。解剖學層面，血管壁的增厚、擴張或狹窄等病理性重塑可導致血管結構失穩或器官灌注異常；生物力學層面，血流異常剪切應力和湍流等流體動力學紊亂通過機械轉導影響內皮功能，促進炎症因子釋放、氧化應激及細胞外基質重構；病理生理學層面，血管可通過黏附分子表達、白細胞募集等免疫調控參與血管相關炎症的發生。

正因為血管在不同器官和疾病中扮演複雜多樣的角色，單一學科已難以全面揭示其作用機制。祁小龍指出，血管組學的提出正是為應對這一挑戰——它將基礎研究、臨牀應用和技術工具整合在同一平臺，通過匯聚多學科專家的智慧，血管組學能夠系統性地解析血管特徵與疾病發生、發展及治療之間的關聯，不僅為科學研究與臨牀實踐提供戰略支撐，也為未來技術推廣與跨領域協作奠定堅實基礎。

如何推進血管組學從理念走向實踐？祁小龍表示，未來血管組學專家組將聚焦三大核心方向：技術創新研發、臨牀應用轉化、國際開放合作。團隊將依託數字醫學工程全國重點實驗室建立內部項目平臺，推動血管組學研究落地臨牀。此外，專家組還將積極開展科普宣傳，提升公眾與醫務人員對血管研究的認知水平，並計劃在血管健康日舉辦國際血管組學研討會，擴大國內外影響力，推動血管科學與醫學邁向新階段。

陳香美指出，當前血管組學仍面臨諸多技術挑戰，尤其是深層臟器血管難以直接觀測的問題。她舉例説明，眼科領域藉助OCTA技術已能夠清晰呈現視網膜毛細血管及微循環狀態，甚至監測血流動力學變化，但肝臟、腎臟等深層器官的微血管成像仍存在技術瓶頸。她同時強調，血管組學既是科學研究的前沿陣地，也是臨牀實踐的重要突破口。

陳香美期望，通過產學研用多方協同、國內外跨學科專家的深度參與以及企業的創新技術支撐，血管組學有望加速臨牀轉化，服務於早期診斷、精準干預和個體化治療，為中國學者在血管組學領域取得重大突破奠定基礎。