OCTA監(jiān)測(cè)急性創(chuàng)傷及愈合過(guò)程中的結(jié)構(gòu)和脈管系統(tǒng)變化

在臨床、醫(yī)學(xué)和皮膚病學(xué)研究中，對(duì)皮膚血管和結(jié)構(gòu)特征檢查是必不可少的程序，然而目前還沒(méi)有比較合適的非侵入式成像工具能夠清晰準(zhǔn)確地評(píng)估皮膚的血管和結(jié)構(gòu)特征。華盛頓大學(xué)的Wendy Wang等人使用光學(xué)相干斷層掃描血管造影術(shù)(OCTA)，對(duì)急性創(chuàng)傷及愈合過(guò)程中的組織結(jié)構(gòu)和脈管系統(tǒng)進(jìn)行了深度達(dá)1.2 mm的成像和分析，測(cè)量了不同深度的血管密度和直徑等關(guān)鍵血管參數(shù)。觀察發(fā)現(xiàn)皮膚脈管系統(tǒng)的改變與主動(dòng)愈合有關(guān)，淺血管的第一反應(yīng)是直徑增加，而深血管的第一反應(yīng)是密度增加。此外，與較深的血管相比，淺血管似乎會(huì)更早恢復(fù)正常。該研究成果為表征皮膚的血管結(jié)構(gòu)特征提供了可靠依據(jù)，并以“Optical Coherence Tomography Angiography and Cutaneous Wound Healing”為題發(fā)布于SPIE. Photonics West BIOS, 2018會(huì)議期刊。
 

研究背景
 

皮膚受到創(chuàng)傷后，創(chuàng)傷嚴(yán)重程度的判斷對(duì)后續(xù)治療計(jì)劃的定制至關(guān)重要。如果愈合受到阻礙或延遲，結(jié)疤或感染的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)大大增加。已知在傷口愈合的各個(gè)階段，皮膚的微血管系統(tǒng)都發(fā)揮著重要作用，它調(diào)節(jié)血液流動(dòng)、氧氣和營(yíng)養(yǎng)運(yùn)輸以形成肉芽組織。因此監(jiān)測(cè)傷口愈合不同階段的血管變化能夠幫助改善對(duì)傷口愈合情況的準(zhǔn)確評(píng)估，并可以根據(jù)情況及時(shí)調(diào)整治療計(jì)劃。目前，評(píng)估傷口愈合情況主要是通過(guò)主觀的表面測(cè)量，如傷口大小、顏色、氣味、滲液和結(jié)痂等，侵入性的活檢更為客觀，但可能會(huì)引發(fā)疼痛甚至造成二次創(chuàng)傷。已經(jīng)開(kāi)發(fā)用于皮膚的成像技術(shù)很多，包括磁共振成像(MRI)、超聲成像、熒光成像、偏振敏感光學(xué)相干斷層掃描(PSOCT)、以及激光多普勒血流測(cè)量(LDF)和灌注成像等，但某種程度上都有缺點(diǎn)。
 

光學(xué)相干斷層掃描（OCT）是一種正在不斷發(fā)展的技術(shù)，主要用于眼科成像研究，由于其優(yōu)越的成像效果正逐漸向皮膚科跨越。目前OCT已被用于監(jiān)測(cè)小鼠的傷口愈合、工程組織模型的傷口愈合和皮膚替代物的疤痕形成。利用對(duì)光學(xué)相干斷層掃描分析靜態(tài)和運(yùn)動(dòng)組織的信號(hào)變化差異，能夠?qū)崿F(xiàn)特定的組織成分如血管的可視化，引申出的基于光學(xué)相干斷層掃描的血管造影術(shù)(OCTA)技術(shù)能夠使血管可視化。隨后光學(xué)微血管造影(OMAG)的發(fā)展使成像分辨率擴(kuò)展到毛細(xì)血管水平，在臨床眼科成像中得到廣泛應(yīng)用。
 

本研究使用了一個(gè)專門(mén)為皮膚病學(xué)應(yīng)用設(shè)計(jì)的臨床原型OMAG系統(tǒng)，對(duì)手背急性損傷受試者的傷口進(jìn)行了高分辨率成像。為更好了解愈合過(guò)程中不同深度的血管特征差異，使用分割軟件將OCTA體積掃描圖像分割出0-165 μm、165-330 μm和330-1200 μm深度三部分，分別代表表皮層、乳頭狀真皮層和網(wǎng)狀真皮層（圖1A）。同時(shí)研究人員測(cè)量了血管密度和尺寸參數(shù)，結(jié)合皮膚結(jié)構(gòu)特征探究了傷口愈合過(guò)程中微循環(huán)和結(jié)構(gòu)的聯(lián)系。
 

圖1 用于量化血管反應(yīng)劃分的皮膚層邊界。（A）用以劃分皮膚層邊界的B-frame斷面圖像。圖示為表皮層(0-165 μm)、乳頭狀真皮層(165-330 μm)和網(wǎng)狀真皮層(330-1200 μm)。（B）用于量化血管反應(yīng)的邊界的示意圖。圖中所示為位置1和2，分別距傷口1 mm和2 mm。比例尺1 mm。
 

結(jié)果與討論
 

01-血管的空間和結(jié)構(gòu)特征
 健康皮膚中的脈管系統(tǒng)分布均勻（圖2A），且血管大小與血管深度相關(guān)（圖2D）。結(jié)構(gòu)圖中可明確看到表皮-真皮連接(EDJ)和明亮的乳頭狀真皮（圖2G）。傷口部位可見(jiàn)緊鄰傷口周圍的血管密度增加，且比離傷口遠(yuǎn)一些的血管更亮（圖2B）。截面圖可見(jiàn)傷口下方和周圍血管的增加（圖2E），與正面圖一致（圖2B）。圖2H為傷口中的纖維蛋白凝塊，傷口下方的組織結(jié)構(gòu)比正常組織結(jié)構(gòu)亮，傷口兩側(cè)的表皮增厚。圖2C的傷口較B中傷口小，其脈管系統(tǒng)更接近健康皮膚，但不同于健康皮膚的均一隨機(jī)性，緊鄰傷口的血管方向似乎更有目的性和方向性，血管似乎是有意向傷口轉(zhuǎn)移。圖2F為傷口正下方較淺的血管，而圖2I中結(jié)痂位置的傷口似乎更寬，傷口正下方明亮區(qū)域似乎也更寬。

 

圖2 急性皮膚損傷及恢復(fù)中的血管反應(yīng)。（A）健康皮膚血管的正面MIP圖像。（B）急性損傷后2天皮膚血管的正面MIP圖像。（C）急性損傷后9天皮膚血管的正面MIP圖像。（D-F）分別為A-C的血管B-frame斷面圖像（白色虛線位置）。（G-I）分別為A-C結(jié)構(gòu)的B-frame斷面圖像（白色虛線位置）。比例尺1 mm。

 02-特定深度的血管特征
 圖3為不同皮膚層對(duì)損傷和恢復(fù)的血管反應(yīng)。圖3A、D和G分為健康皮膚全成像深度(1.2 mm)、乳頭狀真皮層(165-330 μm)和網(wǎng)狀真皮層(330-1200 μm)的血管，可見(jiàn)血管分布都是均一的，且網(wǎng)狀真皮的血管比乳頭狀真皮的淺血管大，與圖2觀察結(jié)果一致。在急性損傷后2天，網(wǎng)狀真皮的血管反應(yīng)似乎比乳頭狀真皮更明顯一些（圖3B，E，H）。急性損傷后9天，乳頭狀真皮中的淺表血管恢復(fù)情況已經(jīng)近似健康皮膚狀態(tài)（圖3C，F(xiàn)，I），同時(shí)傷口內(nèi)的血管似乎已經(jīng)收縮(比較F和E)，導(dǎo)致傷口看起來(lái)更大。此外與乳頭真皮的血管相比，網(wǎng)狀真皮中的深層血管亮度更高一些，表明損傷后乳頭真皮的血管首先發(fā)生正常化。
 

 

圖3 皮膚血管隨時(shí)間變化的正面MIP圖像。（A）健康皮膚。（B）急性損傷后2天。（C）急性損傷后9天。A-C均為OCTA的完整成像深度1.2 mm。（D-F）A-C乳頭狀真皮層的血管。（G-I）A-C網(wǎng)狀真皮層的血管。比例尺1 mm。

 

03-特定深度的血管測(cè)量

 研究人員比較了不同皮膚層中血管密度和直徑參數(shù)隨時(shí)間推移的變化情況。對(duì)照為健康皮膚與急性損傷后第2天(階段1)和第9天(階段2)測(cè)量的血管參數(shù)一起表示。整體上來(lái)看，損傷后血管密度的增加，隨后在9天（階段2）后開(kāi)始正常化（圖4A）。分層分析發(fā)現(xiàn)，雖然乳頭狀真皮和網(wǎng)狀真皮層的血管在損傷后密度增加，但乳頭狀真皮的血管比網(wǎng)狀真皮的血管恢復(fù)正常的速度更快，與前文定性觀察結(jié)果一致（圖4B，C）。血管直徑整體變化情況與密度類似(圖4D)，但愈合過(guò)程中乳頭真皮和網(wǎng)狀真皮層之間差異不大(圖4E，F(xiàn))。

 

 

圖4 血管對(duì)急性損傷及愈合的反應(yīng)。（A-C）分別為全成像深度、乳頭狀真皮層和網(wǎng)狀真皮層中血管密度隨時(shí)間變化情況。（D-F）血管直徑變化情況。

  04-不同半徑范圍內(nèi)的血管參數(shù)變化
 距傷口不同半徑范圍上，血管的深度變化情況與前文結(jié)論一致，即乳頭狀真皮層血管皮先于網(wǎng)狀真皮層血管發(fā)生正�；�。在損傷后第2天，2號(hào)位點(diǎn)的血管密度比1號(hào)位點(diǎn)高，但第9天發(fā)生逆轉(zhuǎn)。對(duì)比圖5D-F發(fā)現(xiàn)，損傷后主要是乳頭狀真皮層中的血管直徑發(fā)生變化。血管直徑與其所在皮膚層的關(guān)系并沒(méi)有因距傷口遠(yuǎn)近不同而產(chǎn)生差別。血管反應(yīng)主要與淺表血管的直徑有關(guān)，與深血管的密度有關(guān)。血管流量方面，乳頭真皮層和網(wǎng)狀真皮層在損傷后似乎都有流量增加，但網(wǎng)狀真皮增加似乎更顯著（圖5G-I），也印證了前文中的定性觀察結(jié)果。此外無(wú)論血管深度如何，在損傷第9天，遠(yuǎn)端血管流量正�；�最明顯（圖5H，I）。

 

圖5 急性損傷及愈合過(guò)程中傷口輻射范圍內(nèi)皮膚不同層中的血管反應(yīng)。（A-C）血管密度測(cè)量值。（D-F）血管直徑測(cè)量值。（G-I）血管流量測(cè)量值。
 

全文小結(jié)
 

本研究使用OCTA技術(shù)，對(duì)傷口愈合過(guò)程中的皮膚微血管進(jìn)行無(wú)創(chuàng)成像和評(píng)估，為皮膚損傷評(píng)估和監(jiān)控提供了研究思路。OCTA作為一種非侵入性的成像方法，可以準(zhǔn)確地描述血管對(duì)損傷的反應(yīng)，隨著技術(shù)不斷改進(jìn)，OCTA可以用于評(píng)估受傷或手術(shù)后的皮膚修復(fù)和治療。

 

參考文獻(xiàn)：Wang, Wendy , et al. "Optical coherence tomography angiography and cutaneous wound healing." Spie Photonics West Bios 2018.