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利用OCT評估急性燒傷后組織損傷情況

瀏覽次數(shù):772 發(fā)布日期:2022-5-13  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)

對于燒傷皮膚,單純的視覺評估會產(chǎn)生很多主觀判斷,雖然已經(jīng)有可量化的參數(shù)用于表征燒傷后的血管和結(jié)構(gòu)變化,但還沒能夠常規(guī)應(yīng)用到評估方案中。華盛頓大學(xué)的學(xué)者使用基于光學(xué)相干斷層掃描(OCT)的血管造影術(shù)(OCTA),探究了燒傷之后血管深度(如功能血管的深度)、水腫深度(如組織液積聚的深度)、組織損傷深度(如膠原變性的深度),以及它們之間的相關(guān)性。認(rèn)為OCT可以提供以上信息,為皮膚燒傷定性提供可行的評估標(biāo)準(zhǔn)。研究成果以“Optical coherence tomography correlates multiple measures of tissuedamage following acute burn injury”為題發(fā)表于QuantImaging Med Surg。

 

研究背景
 

臨床上對燒傷皮膚狀態(tài)的評估,主要由經(jīng)驗豐富的外科醫(yī)生通過視覺檢查進行。通常會通過判讀充血狀況或形態(tài)學(xué)性質(zhì),對燒傷深度進行分類以規(guī)劃后續(xù)的治療計劃。燒傷深度一般分為一度、二度、三度,其中二度分為淺二度和深二度,每一個等級都有其特點。一度燒傷通常表現(xiàn)出血管擴張和紅斑或輕度紅腫,表皮和真皮層完好無損。淺二度燒傷損害到真皮淺層,出現(xiàn)毛細(xì)血管損傷,形成水皰和明顯水腫。深二度燒傷損害真皮深層,特點是顯示出嚴(yán)重的血管損傷,導(dǎo)致閉塞、血栓形成和水腫,以及嚴(yán)重的表皮和皮膚損傷。三度燒傷損害全層皮膚,累及皮下組織或更深,顯示出嚴(yán)重的血管閉塞跡象,表皮和真皮層完全破壞。

 在臨床中,即使是是專業(yè)的外科醫(yī)生,目視檢查的準(zhǔn)確性僅為70-80%,位于組織表面以下或損傷周圍的皮膚反應(yīng)很難被察覺。為提診斷能力,研究人員已經(jīng)開發(fā)出了很多成像方式,表1概述比較了一些關(guān)鍵成像模式的特征。

 表1 用于評估燒傷創(chuàng)傷的成像模式的關(guān)鍵特征之間的比較。信息深度、分辨率、優(yōu)點和缺點。
 
雖然有這么多方法,但目前視覺檢查仍然是燒傷皮膚特征和分類的主要評估方式。為此研究人員試圖使用基于光學(xué)相干斷層掃描(OCT)的血管造影(OCTA)和衰減映射來識別血管深度、水腫深度和組織損傷深度之間的相關(guān)性。血管深度能夠表示皮膚急性損傷后血管閉塞的程度。水腫是指組織細(xì)胞間隙內(nèi)間質(zhì)液和大分子的異常積聚,是二級燒傷的特征,是由于微血管通透性增加和燒傷組織內(nèi)的壓力變化導(dǎo)致。因此通過檢測水腫的存在并測量其深度,幫助測量血管損傷。已知膠原蛋白受熱會從棒狀α-螺旋轉(zhuǎn)化為隨機螺旋構(gòu)象,OCT能夠反映出這種構(gòu)象變化,因此通過測量膠原變性的深度,即可判斷組織損傷情況。
  研究采用華盛頓大學(xué)專門開發(fā)的臨床原型OCT系統(tǒng)(圖1A)。掃描體積9 mm × 9 mm,穿透深度1.5 mm。OMAG算法處理OCTA信息,通過對比紅細(xì)胞在功能血管中的運動來識別血管,對比充滿了細(xì)胞和碎片的間質(zhì)液在燒傷組織間質(zhì)中的運動來識別水腫。此外利用光學(xué)衰減系數(shù)映射以獲得組織損傷信息。招募4名燒傷患者,在受傷后3-6天內(nèi),選擇2–5個掃描點進行掃描。圖1D,E為兩個示例的B-frame斷面圖像,標(biāo)示了血管深度(紅色虛線)和水腫邊界(黃色虛線)。圖1F,G為對應(yīng)圖1D,E衰減映射后的B-frame斷面圖像,標(biāo)示了組織損傷邊界(藍色虛線)。
 


 

圖1 原型OCT系統(tǒng)和手持探頭,以及兩種不同燒傷的B-frame斷面圖像。(A-C)OCT系統(tǒng)。(D,E)OMAG處理過的急性皮膚燒傷B-frame斷面圖像,紅色虛線為組織表面和血管深度,黃色虛線為水腫。(F,G)衰減映射后的B-frame斷面圖像,藍色虛線為組織損傷邊界。比例尺1 mm。

結(jié)果與討論

四名患者燒傷區(qū)域內(nèi)的血管有明顯不同,尤其是血管密度和直徑(圖2A-D)。1號患者(圖2A)和3號患者(圖2C)對比最為明顯。對應(yīng)的B-frame斷面圖像中依然可見這種差異(圖2E-H)。例如在圖2E中,受傷后仍然可見小的淺表血管,然而圖2G中相似尺寸的血管并不明顯。B-frame斷面圖像可以明顯觀察到四名患者的血管深度和他們之間的差異,以及不同深度的水腫情況(黃色虛線)(圖2E-H)。再次比較1號患者(圖2E)和3號患者(圖2G),水腫深度差異很大,似乎與血管深度一致,即血管越深,水腫越深。在結(jié)構(gòu)上也可見患者之間的差異(圖2I-L)。衰減映射后的B-frame斷面圖像特征明顯,組織表面下存在明亮結(jié)構(gòu)特征,如藍色虛線所示(圖2M-P)。
 
 
圖2 四名燒傷患者OCT掃描的正面和B-frame斷面圖像。(A-D)燒傷區(qū)域的正面血管圖像,血管深度從黃色(淺表)到藍色(深層)。(E-H)對應(yīng)上方圖中白色虛線標(biāo)記位置的B-frame斷面圖像。紅色虛線劃出組織表面和血管深度,黃色虛線為水腫邊界。(I-L)組織表面獲得的平均強度投影的正面衰減圖像。(M-P)對應(yīng)上方圖片中白色虛線位置,衰減映射后的B-frame斷面圖像。藍色虛線為組織損傷邊界。比例尺1 mm。
 

每個患者的血管深度圖進一步強調(diào)了患者之間的差異(圖3A-D),血管較深的患者成像圖中黃綠色更多。同樣水腫深度圖(圖3E-H)和組織損傷深度圖(圖3I-L)也顯示,每個患者之間存在顯著差異,具有更深水腫和更深組織損傷的患者,成像圖中黃綠色更多。
 


 

圖3 血管深度、水腫深度和組織損傷深度圖。(A-D)四名燒傷患者的血管深度圖。右側(cè)顏色條代表從0-1500 μm。(E-H)水腫深度圖。右側(cè)顏色條代表從0–500 μm。(I-L)組織損傷深度圖。右側(cè)顏色條代表0-500 μm。比例尺1 mm。
 

研究人員對血管深度、水腫深度和組織損傷深度之間進行了定量比較(圖4、5)。圖4A-D為血管深度與每個患者的水腫深度的對比,圖4E為所有四名患者的比較。圖4F為兩種參數(shù)的相關(guān)圖,相關(guān)分析顯示r=0.8531,具有很強的相關(guān)性(95% CI: 0.5675–0.9548,P=0.0001)。
 


 

圖4 四名燒傷患者血管和水腫深度的量化關(guān)系圖。(A)1號患者的五次掃描的測量結(jié)果。(B)2號患者的兩次掃描的測量值。(C)3號患者的三次掃描的測量結(jié)果。(D)4號患者三次掃描的測量結(jié)果。(E)所有四名患者的測量結(jié)果。(F)所有四名患者的兩項測量值繪制出的相關(guān)性。黑色直線代表趨勢。虛線代表95%的預(yù)測帶。誤差線代表平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差。

 圖5A-D為血管深度與組織損傷深度的對比,圖5E為所有四名患者的對比圖。圖5F為兩參數(shù)的相關(guān)圖。相關(guān)分析顯示r=0.6296,具有很強的相關(guān)性(95% CI: 0.1203–0.8765,P=0.0106)。

 

圖5 四名燒傷患者的血管和組織損傷深度的量化關(guān)系圖。(A)1號患者五次掃描的測量結(jié)果。(B)2號患者兩次掃描的測量值。(C)3號患者三次掃描的測量結(jié)果。(D)4號患者三次掃描的測量結(jié)果。(F)所有四名患者的測量結(jié)果。(G)所有四名患者的兩項測量值繪制出的相關(guān)性。黑色直線代表趨勢。虛線代表95%的預(yù)測帶。誤差線代表平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差。

小結(jié)

燒傷后皮膚的脈管系統(tǒng)的反應(yīng)一直是科研醫(yī)護人員關(guān)注的問題,因為已知局部組織腫脹與皮膚損傷程度相關(guān),通過測量急性燒傷后組織腫脹變化,可以更好的對燒傷程度進行劃分。本研究通過血管深度間接測量了組織腫脹情況,并將其與水腫深度和組織損傷深度關(guān)聯(lián)起來。研究發(fā)現(xiàn)的強相關(guān)性(r=0.8521,P=0.0001)可以作為評估血管損傷程度以及腫脹停止的可靠指標(biāo)。通過測量膠原變性的深度,即組織損傷,并將其與血管深度相關(guān)聯(lián)(r=0.6296,P=0.0106),為損傷情況提供了更全面的評估。這三種方法結(jié)合在一起,能夠幫助評估者對皮下組織進行多方位的研究,這是單純視覺評估無法實現(xiàn)的。
 

本研究使用OCT首次展示了血管深度、水腫深度和皮膚急性燒傷后組織損傷深度之間的相關(guān)性。雖然已知基于OCT的多種成像手段已被用于表征燒傷組織的特征,而OCTA也已被用于研究小規(guī)模傷口模型的特征,但它們從未被用于成像大規(guī)模、需要治療的燒傷傷口。雖然本研究還具有樣本量不足、需要半自動人工主觀識別等局限性,但仍提供了一個評估的新視角,未來技術(shù)的發(fā)展可能使其應(yīng)用于更大的臨床研究中。

 

參考文獻:Deegan, Anthony J , S. P. Mandell , and R. K. Wang . "Optical Coherence Tomography Correlates Multiple Measures of Tissue Damage Following Acute Burn Injury." Quantitative Imaging in Medicine and Surgery 9.5(2019):731-741.

來源:北京心聯(lián)光電科技有限公司
聯(lián)系電話:4006828786
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