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燒傷后的皮膚變化——利用OCT評估急性燒傷后組織損傷情況
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)應用到評估方案中。華盛頓大學的學者使用基于光學相干斷層掃描（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準。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，特點是顯示出嚴重的血管損傷，導致閉塞、血栓形成和水腫，以及嚴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，顯示出嚴重的血管閉塞跡象，表皮和真皮層*破壞。
在臨床中，即使是是專業(yè)的外科醫(yī)生，目視檢查的準確性僅為70-80%，位于組織表面以下或損傷周圍的皮膚反應很難被察覺。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，通過對比紅細胞在功能血管中的運動來識別血管，對比充滿了細胞和碎片的間質(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為對應圖1D，E衰減映射后的B-frame斷面圖像，標示了組織損傷邊界（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）對應上方圖中白色虛線標記位置的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%的預測帶。誤差線代表平均值的標準誤差。
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%的預測帶。誤差線代表平均值的標準誤差。
小結(jié)
燒傷后皮膚的脈管系統(tǒng)的反應一直是科研醫(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。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OCTshouci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.