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OCTA監(jiān)測急性創(chuàng)傷及愈合過程中的結(jié)構(gòu)和脈管系統(tǒng)變化
在臨床、醫(yī)學和皮膚病學研究中，對皮膚血管和結(jié)構(gòu)特征檢查是bibukeshao的程序，然而目前還沒有比較合適的非侵入式成像工具能夠清晰準確地評估皮膚的血管和結(jié)構(gòu)特征。華盛頓大學的Wendy Wang等人使用光學相干斷層掃描血管造影術(shù)(OCTA)，對急性創(chuàng)傷及愈合過程中的組織結(jié)構(gòu)和脈管系統(tǒng)進行了深度達1.2 mm的成像和分析，測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)的改變與主動愈合有關(guān)，淺血管的第一反應是直徑增加，而深血管的第一反應是密度增加。此外，與較深的血管相比，淺血管似乎會更早恢復正常。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會議期刊。
研究背景
皮膚受到創(chuàng)傷后，創(chuàng)傷嚴重程度的判斷對后續(xù)治療計劃的定制至關(guān)重要。如果愈合受到阻礙或延遲，結(jié)疤或感染的風險會大大增加。已知在傷口愈合的各個階段，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、氧氣和營養(yǎng)運輸以形成肉芽組織。因此監(jiān)測傷口愈合不同階段的血管變化能夠幫助改善對傷口愈合情況的準確評估，并可以根據(jù)情況及時調(diào)整治療計劃。目前，評估傷口愈合情況主要是通過主觀的表面測量，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，但可能會引發(fā)疼痛甚至造成二次創(chuàng)傷。已經(jīng)開發(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、偏振敏感光學相干斷層掃描(PSOCT)、以及激光多普勒血流測量(LDF)和灌注成像等，但某種程度上都有缺點。
光學相干斷層掃描（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*的成像效果正逐漸向皮膚科跨越。目前OCT已被用于監(jiān)測小鼠的傷口愈合、工程組織模型的傷口愈合和皮膚替代物的疤痕形成。利用對光學相干斷層掃描分析靜態(tài)和運動組織的信號變化差異，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。隨后光學微血管造影(OMAG)的發(fā)展使成像分辨率擴展到毛細血管水平，在臨床眼科成像中得到廣泛應用。
本研究使用了一個專門為皮膚病學應用設計的臨床原型OMAG系統(tǒng)，對手背急性損傷受試者的傷口進行了高分辨率成像。為更好了解愈合過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）。同時研究人員測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）。傷口部位可見緊鄰傷口周圍的血管密度增加，且比離傷口遠一些的血管更亮（圖2B）。截面圖可見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中的血管反應。（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為不同皮膚層對損傷和恢復的血管反應。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情況已經(jīng)近似健康皮膚狀態(tài)（圖3C，F(xiàn)，I），同時傷口內(nèi)的血管似乎已經(jīng)收縮(比較F和E)，導致傷口看起來更大。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?；?。
圖3 皮膚血管隨時間變化的正面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)隨時間推移的變化情況。對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)測量的血管參數(shù)一起表示。整體上來看，損傷后血管密度的增加，隨后在9天（階段2）后開始正常化（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 血管對急性損傷及愈合的反應。（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號位點的血管密度比1號位點高，但第9天發(fā)生逆轉(zhuǎn)。對比圖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)系并沒有因距傷口遠近不同而產(chǎn)生差別。血管反應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。此外無論血管深度如何，在損傷第9天，遠端血管流量正?；痾uimingxian（圖5H，I）。
圖5 急性損傷及愈合過程中傷口輻射范圍內(nèi)皮膚不同層中的血管反應。（A-C）血管密度測量值。（D-F）血管直徑測量值。（G-I）血管流量測量值。
全文小結(jié)
本研究使用OCTA技術(shù)，對傷口愈合過程中的皮膚微血管進行無創(chuàng)成像和評估，為皮膚損傷評估和監(jiān)控提供了研究思路。OCTA作為一種非侵入性的成像方法，可以準確地描述血管對損傷的反應，隨著技術(shù)不斷改進，OCTA可以用于評估受傷或手術(shù)后的皮膚修復和治療。
參考文獻：Wang, Wendy , et al. "Optical coherence tomography angiography and cutaneous wound healing." Spie Photonics West Bios 2018.