背景和目的类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis,RA）的准确评估和有效治疗对改善患者结局非常重要,然而目前RA诊疗的常规手段仍存在缺陷。超声成像是常用的RA影像学评估手段,为临床评估提供依据和补充信息,但其具体的临床应用还具有争议。因此,研发新的可为RA提供更多诊断信息的影像学方法,辅助传统超声成像准确疾病活动度评估,具有必要性。目前RA治疗方面存在的问题是,常规治疗药物对于局部难治性关节炎疗效欠佳,其副作用和耐药性而导致的预期外停药也亟需克服。因此,设计具有明显疗效而无明显副作用的治疗局部严重关节炎的方法,作为全身系统性治疗的补充,具有临床价值。光声成像（Photoacoustic imaging,PAI）结合了光成像获取组织结构功能信息的优点以及超声成像深部组织高分辨率的优点,可以在较好地显示组织病理解剖同时,通过多波长测定血红蛋白和脱氧血红蛋白的含量而获取局部组织的氧饱和度信息,还能对具有光声性质的外显像剂进行探测,具有很好的临床应用前景。而将光声成像整合至常规超声仪而构成的多模态光声/超声成像,更适合各种临床应用场景,可使光声成像作为超声成像的补充方法对多种疾病进行诊断评估。光声成像应用于RA关节炎诊断的可行性已被前人研究初步证实,但光声成像测定组织氧合度在RA评估中的意义中未得到验证,其辅助超声成像进行RA疾病活动度评估的价值也有待研究。另一方面,各种新型材料在RA治疗中的应用也得到了较大的发展,包括微米级的微泡和纳米级材料。由于其高效性、低毒性以及介导各种特殊治疗手段的能力,这些新型材料在RA治疗中表现出了巨大的潜能。而由于材料本身携带的光声或超声显像剂特性,光声成像和超声成像均可融入诊疗一体化材料的设计,与材料的炎症抑制性能结合,作为重要影像学手段引导关节炎治疗。通过组合和连接不同的功能基团,这些新型材料可以同时具备多模态影像学引导功能和多种治疗方法协同治疗关节炎的功能,即诊疗一体化特性,更有利于RA精准治疗的开展。基于以上RA、光声成像、纳米和微米级材料的背景,针对RA疾病活动度评估和治疗的两大难点,本研究拟对光声成像对RA患者疾病活动度评估价值进行探索,并将光声成像与多功能新型材料设计融合,探索光声/超声成像引导下各种新型疗法抑制关节炎的诊疗一体化方法。本研究主要目标和内容为（1）基于较大样本量的临床队列研究,探索多模态光声/超声成像技术在体显示炎性关节病变组织氧饱和度的可行性,以及光声成像联合超声成像评估RA患者炎性活动度的价值。（2）以高生物安全性的微米级和纳米级材料为基础,设计兼具光声/超声成像和炎症治疗功能的诊疗一体化材料,通过“多模态成像辅助联合治疗的诊疗一体化”实现对局部关节炎的诊疗优化,该诊疗一体化思路将符合RA精准诊疗理念。方法本研究分为三个部分。第一部分为纳入RA患者进行多模态光声/超声检查,评估患者小关节内增厚滑膜的组织相对氧饱和度（oxygen saturation,SO2）值、超声特征及其与临床评分的关联;第二、三部分为设计具有光声/超声成像引导功能和治疗局部关节炎症功能的微米级和纳米级诊疗一体化材料,并从定征、体外细胞实验和体内动物实验验证其治疗关节炎的效能。（1）连续性纳入符合诊断标准的RA患者,对1 1 8名RA患者的7个小关节进行了多模态光声/超声成像检查,利用多波长光声成像测量小关节内滑膜的组织相对氧饱和度（SO2）值,并基于SO2伪彩分布和相对值聚类分析方法,将SO2值分为高氧、中间氧合状态和低氧三类。评估增厚滑膜氧合状态、超声成像参数和临床评分的关联进行了评估,并根据结果提出了滑膜炎的光声-超声评分方法。（2）通过正负电荷相互作用将荧光素酰胺（5-Carboxyfluorescein,5-FAM）标记的肿瘤坏死因子-α（TNF-α）小干扰核糖核苷酸（small interfering RNA,siRNA）与阳离子微泡（cationic microbubbles,cMBs）结合,制备微米级诊疗一体化材料——携带FAM标记的TNF-α-siRNA阳离子微泡,FAM-TNF-α-siRNA-cMBs,该微泡可实现光声/超声造影引导下低频超声靶向破坏微泡作用介导的基因沉默治疗。首先对FAM-TNF-α-siRNA-cMBs诊疗一体化微泡进行体外定征研究,并通过细胞实验验证抑制炎症的作用,而后观测超声造影和光声成像对微泡治疗大鼠关节炎过程的引导,并通过临床病理检查确定其抗炎治疗效果。（3）以中空介孔聚多巴胺（mesoporous polydopamine,MPDA）纳米粒子和二氧化铈（cerium dioxide,CeO2）纳米粒子作为原料,制备MPDA@CeO2纳米粒子,该纳米粒子具有在光声成像引导下光热治疗/释放氧气/清除活性氧协同治疗局部关节炎的诊疗一体化性能。首先检测MPDA@CeO2纳米粒子的形态、体外光热性能和催化过氧化氢分解、释放氧气的性能,并通过细胞实验验证其细胞毒性和协同抗炎治疗作用,进而评估注射该纳米粒子后大鼠的光声成像引导下抑制炎症效果,确定其治疗局部关节炎的有效性。结论和成果（1）本研究入组的118名RA患者中,36名患者的关节滑膜为PA-高氧状态,51名为PA-中间氧合状态,31名为PA-低氧状态。RA患者的局部多普勒血流较少时多表现为偏低的滑膜氧合状态,而光声-滑膜缺氧状态与和疾病活动度高相关。基于以上结果,提出了 RA滑膜炎的光声-超声多模态综合评分,该综合评分与临床疾病活动度有更好的相关性。因此,多模态光声/超声成像有望优化并提升传统超声检查对RA患者疾病活动度的评估效能。（2）体内体外实验证明,FAM-TNF-α-siRNA-cMBs可实现炎症组织的基因沉默治疗,降低了炎性因子TNF-α的表达,并且在动物体内实验中,整个治疗过程可以被光声成像-超声造影的引导。UTMD过程微泡的进入和击碎可以被超声造影成像观测,而释放低频超声后siRNA在组织内的分布可以由光声成像检测。FAM-TNF-α-siRNA-cMBs具有光声-超声造影引导下的炎症抑制诊疗一体化功能,可以作为系统性炎症治疗的补充,辅助治疗局部关节炎。（3）MPDA@CeO2纳米粒子在体外分解过氧化氢、细胞实验和动物实验中均表现出较好的光热/释放氧气/清除ROS性能,并且在AIA大鼠治疗过程中,可通过光声成像对纳米材料分布和组织氧饱和的改变的显示以精准引导治疗。MPDA@CeO2纳米粒子是一种具有良好抗炎性能的诊疗一体化纳米材料,可应用于RA关节的辅助治疗。综上所述,本课题针对RA疾病活动度评估难点问题,通过开展横断面多模态光声/超声成像评估RA临床研究,初步发现了光声测定的滑膜组织氧饱和度与RA疾病活动度的关系,并提出了光声辅助超声成像评估RA的潜在价值。另一方面,针对RA治疗难点问题,设计了具有光声-超声成像引导和新型疗法协同治疗的诊疗一体化功能的微米级材料——携带FAM标记的TNF-α-siRNA阳离子微泡,FAM-TNF-α-siRNA-cMBs,和纳米级材料——MPDA@CeO2纳米粒子,这两种材料均具有抑制炎症作用,可以作为系统性RA治疗的补充,辅助治疗局部关节炎。