在皮膚創(chuàng)傷愈合過(guò)程中存在一系列復(fù)雜的級(jí)聯(lián)事件，對(duì)這些事件進(jìn)行體內(nèi)成像是一項(xiàng)困難但重要的任務(wù)。目前的技術(shù)侵入性較強(qiáng)，或者對(duì)血管和結(jié)構(gòu)的分辨率無(wú)法達(dá)到精確評(píng)估、監(jiān)測(cè)和治療所需的細(xì)節(jié)水平。為解決以上問(wèn)題，研究人員Anthony J. Deegan等使用一個(gè)臨床原型OCTA系統(tǒng)，成像、識(shí)別并跟蹤了燒傷傷口愈合過(guò)程中，關(guān)鍵的血管和結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性變化。測(cè)量了特定的血管參數(shù)，如直徑和密度，從時(shí)間和空間角度確定了多個(gè)不同但重疊的傷口愈合階段，并證明了皮膚創(chuàng)傷愈合多因素過(guò)程中的詳細(xì)血管化和解剖屬性。證明了OCT在臨床創(chuàng)傷研究中的適用性。文章以“Optical coherence tomography angiography monitors human cutaneous woundhealing over time”為題發(fā)表于Quant Imaging Med Surg。

 背景
 

在皮膚創(chuàng)傷，如燒傷、慢性皮膚潰瘍和手術(shù)創(chuàng)傷等的治療中，準(zhǔn)確評(píng)估創(chuàng)傷情況對(duì)于制定有效的治療計(jì)劃至關(guān)重要。無(wú)論是誤診、治療受阻或效果不佳，都可能會(huì)增加結(jié)疤或感染風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致發(fā)病甚至死亡。傷口愈合過(guò)程是一系列高度協(xié)調(diào)的級(jí)聯(lián)事件，涉及多種細(xì)胞類型、生物活性分子和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，形成四個(gè)不同但重疊的階段：止血、炎癥、增殖和重塑。已知皮膚的微血管系統(tǒng)在傷口愈合的各個(gè)階段都起著關(guān)鍵作用，它們調(diào)節(jié)血液流動(dòng)和組織灌注，促進(jìn)氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸送，并支持肉芽組織的形成。因此，識(shí)別和準(zhǔn)確評(píng)估每個(gè)階段的特征性血管變化，并將它們與結(jié)構(gòu)變化相關(guān)聯(lián)，可以為傷口愈合評(píng)估提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
 

評(píng)估傷口愈合一般通過(guò)視覺(jué)觀察和表面測(cè)量來(lái)進(jìn)行，如監(jiān)測(cè)傷口的大小、顏色、氣味、引流和焦痂。然而這種測(cè)量?jī)H限于皮膚表面，對(duì)于醫(yī)療專業(yè)人員的經(jīng)驗(yàn)、傷口狀況和治療史依賴非常嚴(yán)重。Vancouver瘢痕量表和Manchester瘢痕量表等可以量化傷口評(píng)估結(jié)果，但也有明顯的主觀性缺陷。目前活組織檢查的客觀評(píng)估效果最好，但會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步的組織破壞，增加感染風(fēng)險(xiǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，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（PS-OCT）以及激光多普勒血流測(cè)量（LDF）和灌注成像等，也已經(jīng)探索用于評(píng)估傷口愈合，特別是燒傷傷口。然而也都存在一定的缺點(diǎn)，如LDF，雖然它是最常用的非侵入性成像技術(shù)，但它對(duì)不同傷口情況的敏感性不足，且缺乏三維（3D）成像能力，限制了它在臨床上的應(yīng)用。
 

近年來(lái)，光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)（OCT）廣泛用于眼科領(lǐng)域，而技術(shù)的進(jìn)步，如改進(jìn)激光源提高分辨率、使用相位信息提高靈敏度、加快掃描速度、擴(kuò)大視野等，使得OCT在皮膚科應(yīng)用成為可能。例如關(guān)于皮膚修復(fù)或再生，OCT結(jié)合其他技術(shù)，如多光子顯微術(shù)和組織病理學(xué)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)小鼠和工程皮膚等效組織模型中的傷口愈合，以及皮膚替代物輔助的傷口愈合期間的疤痕形成。此外OCT也能夠通過(guò)測(cè)量燒傷深度來(lái)確定燒傷嚴(yán)重程度，臨床也有研究證明了OCT在這方面的適用性。在燒傷處理中，第二度燒傷的治療通常較復(fù)雜，必須等待評(píng)估傷口是否能夠自主愈合，然后才能決定是否進(jìn)行植皮等手術(shù)干預(yù)，這意味著感染的機(jī)會(huì)增加。OCT能夠幫助對(duì)燒傷嚴(yán)重程度進(jìn)行早期評(píng)估，無(wú)需等待愈合跡象，從而加速治療和恢復(fù)。
 

此外，對(duì)OCT可利用移動(dòng)的紅細(xì)胞的散射特性來(lái)識(shí)別組織內(nèi)的功能性血管，構(gòu)建了基于OCT的血管造影術(shù)，即OCTA技術(shù)。其中光學(xué)微血管造影術(shù)（OMAG）具有較高的靈敏度，且已成功用于小動(dòng)物模型和人體組織如皮膚和眼睛的功能性血管可視化。OMAG對(duì)組織床內(nèi)動(dòng)態(tài)血液灌注成像的發(fā)展被譽(yù)為傳統(tǒng)OCT最重要的擴(kuò)展之一，并已成功轉(zhuǎn)化用于臨床眼科成像。本文提出了一個(gè)臨床原型OMAG系統(tǒng)，它是專門為皮膚病應(yīng)用設(shè)計(jì)的，用于高分辨率監(jiān)測(cè)健康皮膚傷口愈合過(guò)程中的微循環(huán)和結(jié)構(gòu)特征。
 

 

圖1 臨床原型OCT系統(tǒng)以及成像和數(shù)據(jù)收集步驟。（A）臨床原型swept-source OCTA系統(tǒng)。（B）傷口的OCTA 3D體積式掃描結(jié)果。（C）從體積式掃描結(jié)果獲得的血管數(shù)據(jù)。（D）截面B-frame圖像，基于表皮和真皮層的特征，將OCTA體積式圖像分成三部分，分別代表乳頭狀真皮層（265–530 μm）、下乳頭狀/上網(wǎng)狀真皮層（530–795 μm）和網(wǎng)狀真皮層（795–1200 μm）。

 

結(jié)果
 

01-不同時(shí)間的血管特征
 

圖3為同一個(gè)傷口44天的成像結(jié)果總結(jié)。左側(cè)欄為正常對(duì)照皮膚�？梢�(jiàn)正常皮膚中，脈管分布均勻（圖3A），截面B-frame中也可見(jiàn)相對(duì)均勻的脈管分布和結(jié)構(gòu)，此外血管直徑如預(yù)期隨深度增加（圖3K）。

 

 

圖3 MINP正面投影的全體積掃描顯示正常和愈合中皮膚的血管和結(jié)構(gòu)特征。（A-E）正常和愈合狀態(tài)的正面血管圖像。（F-J）正常和愈合狀態(tài)下的正面結(jié)構(gòu)圖像。紅色虛線為相應(yīng)的截面B-frame拍攝位置。（K-O）正常和愈合狀態(tài)下脈管系統(tǒng)（頂部）和結(jié)構(gòu)（底部）的截面B-frame。
 

與正常皮膚相比，傷口周圍和緊鄰傷口下方的血管出現(xiàn)擴(kuò)張（圖3B）。在圖3C和D中可以看到新生態(tài)的血管向傷口中遷移，以及更發(fā)達(dá)的血管芽。圖3D中還可看到外周血管舒張減少，傷口內(nèi)出現(xiàn)更深的大血管。圖3E中已不再可見(jiàn)處于新生狀態(tài)的血管，并且血管擴(kuò)張僅在傷口區(qū)域出現(xiàn)血管擴(kuò)張。圖3L，M傷口正下方可見(jiàn)兩個(gè)明亮區(qū)域，可能是代表熱損傷的膠原，而圖3N，O中沒(méi)有這個(gè)特征。
 

 02-不同時(shí)間的結(jié)構(gòu)特征
 

正常皮膚顯示出平滑的皮膚結(jié)構(gòu)（圖3F），截面B-frame顯示表皮完整、厚度一致且結(jié)構(gòu)亮度均勻（3K），此外表皮正下方亮度增加，可能是乳頭狀真皮的高度組織化的細(xì)胞外基質(zhì)。
 

對(duì)比損傷后不同時(shí)間，可以清楚地看到纖維蛋白凝塊（圖3G），后變成焦痂（圖3H）。緊鄰傷口周圍的組織看起來(lái)更亮（圖3G）。在圖3H、I和J中可看到進(jìn)行性的傷口收縮。圖3J中傷口已不可見(jiàn)，只有漩渦狀的圖案，很可能是由于Ⅲ型膠原轉(zhuǎn)化為Ⅰ型膠原導(dǎo)致的膠原量增加。圖3M可見(jiàn)焦痂、增厚的表皮和表皮舌，圖3O顯示了增厚的表皮和緊接下方的更亮的真皮（與圖3I中明亮漩渦圖案一致）。

 03-深度特異性血管特征
 

圖4為損傷后44天的深度特異性血管特征。分別代表乳頭狀真皮層（265–530 μm）、下乳頭狀/上網(wǎng)狀真皮層（530–795 μm）和網(wǎng)狀真皮層（795–1200 μm）。血三個(gè)解剖層中的每一層的血管分布都是均勻的，血管直徑和密度似乎都隨著深度的增加而增加。
 

 

圖4 MIP正面投影血管圖像顯示隨時(shí)間變化的深度特異性血管特征。圖中所示為三塊分段板，代表深度（A-D）:265–530μm（乳頭狀真皮）；（F-J）:530–795μm（下乳頭/上網(wǎng)狀真皮）；和（K-O）:795-1200μm（網(wǎng)狀真皮）。從左到右，分別在正常皮膚、損傷后第2天、第5天、第16天和第44天的掃描中獲得圖像。

 

對(duì)比愈合中的圖像可發(fā)現(xiàn)，無(wú)論深度如何，傷口周圍都有均勻分布的舒張的血管，且傷口內(nèi)的血管舒張似乎由網(wǎng)狀真皮的較深血管支配（圖4B、G、L）。僅在最上層可見(jiàn)血管生成芽，即乳頭狀真皮和下乳頭狀/上網(wǎng)狀真皮層中（圖4C，H），這些未成熟的新生態(tài)血管也比其周圍血管更亮。如圖4D，I，N可見(jiàn)從網(wǎng)狀真皮萌發(fā)的血管新生熱潮。如圖4E，J，O表明僅位于重塑傷口區(qū)域的血管舒張。
 

 04-深度特異性結(jié)構(gòu)特征
 

圖5為損傷后44天的深度特異性結(jié)構(gòu)特征�？梢�(jiàn)正常皮膚中雖然每層之間的特征不同，但都完整且分布均勻。
 

 

圖5 MIP正面投影結(jié)構(gòu)圖像顯示隨時(shí)間變化的特定深度結(jié)構(gòu)特征。圖中所示為三塊分段板，代表深度（A-E）:265–530μm（乳頭狀真皮）；（F-J）530–795μm（下乳頭/上網(wǎng)狀真皮），和（K-O）795–1200μ m（網(wǎng)狀真皮）。從左到右，分別正常皮膚、損傷后第2天、第5天、第16天和第44天。

 在愈合過(guò)程中，雖然可以在最上層中清楚地看到傷口收縮（圖5B-E），但在第二層即下乳頭/上網(wǎng)狀真皮中，似乎愈合過(guò)程最明顯（圖5G-J）。在早些時(shí)間點(diǎn)，傷口內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)似乎仍然具有類似于未受損皮膚的特征（圖5G，F(xiàn)）。然而，如5H中傷口內(nèi)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)完全改變，傷口現(xiàn)在看起來(lái)幾乎沒(méi)有特征，除了緊鄰的組織明亮。如圖5I所示，組織結(jié)構(gòu)似乎正在正常化。損傷后44天的圖像中可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)與正常皮膚的特征非常相似（圖5E、J、O），膠原蛋白周轉(zhuǎn)產(chǎn)生的漩渦模式是傷口存在的唯一跡象。
  05-定量測(cè)量
 

圖6為各種血管參數(shù)的量化結(jié)果。分別在損傷后第2、5、9、16、23和44天掃描三層組織中的血管。圖6A為從整個(gè)受影響區(qū)域（即傷口和周圍皮膚）獲得的血管直徑測(cè)量值。就血管直徑而言，三個(gè)血管層中各不相同，范圍從乳頭狀真皮的約27 μm（± 1 μm）到網(wǎng)狀真皮的約67 μm（± 2 μm）（one-way ANOVA，P<0.0001）。受傷導(dǎo)致的血管直徑增加在較深處血管中最為顯著，隨著血管變得更淺其顯著性降低（下乳頭/上網(wǎng)狀真皮，P = 0.0011；網(wǎng)狀真皮，P = 0.0019；乳頭狀真皮，P=0.014）。到第16天，三層血管都正�；�了。這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)了前面的正面投影圖像（圖3）。網(wǎng)狀真皮是第16天后唯一顯著改變的血管層（P = 0.0004），再次證實(shí)了之前的觀察結(jié)果。
 

 

圖6 整個(gè)愈合過(guò)程中血管參數(shù)的量化。（A）全掃描區(qū)的血管直徑；（B）傷口區(qū)域血管直徑；（C）傷口區(qū)域血管密度；（D）周圍區(qū)域血管直徑；（E）周邊區(qū)域血管密度。*，P≤0.05；**，P≤0.01；***，P≤0.001；和****，P≤0.0001。
 

圖6B為僅傷口內(nèi)的血管直徑測(cè)量值。同樣，每個(gè)血管層彼此不同，范圍從乳頭狀真皮的約25 μm（± 1 μm）到網(wǎng)狀真皮的約53 μm（± 5 μm）（P<0.0001）。不同血管層之間的血管直徑無(wú)顯著差異（乳頭狀真皮，P = 0.0065；下乳頭/上網(wǎng)狀真皮，P = 0.0064；網(wǎng)狀真皮，P=0.0043）。
 

圖6C為僅傷口內(nèi)部的血管密度測(cè)量。就血管密度而言，較上層的乳頭狀真皮與下乳頭狀/上網(wǎng)狀真皮彼此之間沒(méi)有差異，但與較深層的網(wǎng)狀真皮間有差異（unpaired t-test，P=0.0001）。就愈合后血管密度變化程度，三層間彼此不同。創(chuàng)傷早期，淺表血管層中血管密度降低最顯著，隨后降低減少[乳頭狀真皮，P = 0.0003；下乳頭/上網(wǎng)狀真皮，P = 0.014；網(wǎng)狀真皮，P=0.06（ns）]。在研究期間，也觀察到了類似的趨勢(shì)。較上層血管密度的總體變化最為顯著，之后逐漸減弱（乳頭狀真皮，P < 0.0001；下乳頭/上網(wǎng)狀真皮，P < 0.0001；網(wǎng)狀真皮，P=0.0006）。綜上所述，這些數(shù)據(jù)與視覺(jué)觀察結(jié)果一致，證實(shí)了大多數(shù)皮膚損傷位于最上面的血管層中。
 

圖6D為僅從傷口周圍皮膚獲得的血管直徑測(cè)量值。每個(gè)血管層間彼此不同，血管直徑的增加與血管深度的增加相關(guān)（unpaired t-test，P<0.0001）。對(duì)于愈合后血管直徑的變化，三層血管直徑均增加，顯著性程度與血管深度相關(guān)，即血管越深，血管直徑增加越顯著（乳頭狀真皮，P = 0.0049；下乳頭/上網(wǎng)狀真皮，P = 0.0005；網(wǎng)狀真皮，P=0.0006）。OCT圖像觀察到所有三層都血管舒張（圖4），但是目測(cè)無(wú)法闡明深度特異性的顯著程度。根據(jù)第16天的結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)化后，網(wǎng)狀真皮再次成為唯一直徑增加的血管層（P=0.0019）。這種趨勢(shì)以前在目視檢查中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。
 

圖6E為僅從傷口周圍皮膚進(jìn)行的血管密度測(cè)量。與傷口內(nèi)類似，最上面兩個(gè)血管層即乳頭狀真皮和下乳頭狀/上網(wǎng)狀真皮，血管密度彼此沒(méi)有不同。然而，最深的網(wǎng)狀真皮更致密（unpaired t-test，P=0.0003）。雖然愈合會(huì)使所有三層的血管密度都而增加，但就增加的顯著性程度而言，三層之間沒(méi)有差異（乳頭狀真皮，P < 0.0001；下乳頭/上網(wǎng)狀真皮，P < 0.0001；網(wǎng)狀真皮，P<0.0001）。
 

綜合考慮，血管密度的變化，特別是最淺的血管中的血管密度變化，是傷口內(nèi)的主要應(yīng)答反應(yīng)；而血管直徑的變化，特別是在較深的血管中，是周圍組織的主要反應(yīng)。
 

06-傷口收縮
 

在評(píng)估傷口愈合時(shí)經(jīng)常使用的一個(gè)參數(shù)是傷口收縮。本研究也測(cè)量了傷口收縮率（圖8），但它并不是愈合的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)。在皮膚松弛的動(dòng)物中，如小鼠，測(cè)量傷口收縮可以作為愈合過(guò)程健康的指標(biāo)，因?yàn)樵谶@種情況下收縮是愈合的主要途徑。但在人類中，傷口收縮可能不僅僅依賴傷口收縮，而是再上皮化。
 

 

圖8 傷口收縮定量。（A）傷口的MIP正面投影結(jié)構(gòu)圖像。藍(lán)色為用于定量的傷口區(qū)域。（B）對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的陽(yáng)性信號(hào)。（C）傷口收縮率。P≤0.05; **, P≤0.01; ***, P≤0.001

 

結(jié)論
 

在這項(xiàng)研究中，使用OCT和OCTA/OMAG，非侵入性地檢測(cè)了與人類皮膚傷口愈合的多個(gè)階段相關(guān)的各種血管和結(jié)構(gòu)特征隨時(shí)間的發(fā)展變化情況。成功以毛細(xì)血管水平分辨率識(shí)別了許多關(guān)鍵的血管適應(yīng)行為，并將它們與結(jié)構(gòu)改變相關(guān)聯(lián)。雖然本研究存在一定的局限性，如研究主題、分析方法單一，且傷口尺寸和數(shù)據(jù)規(guī)模較小，但這并不影響數(shù)據(jù)有效性，而且通過(guò)監(jiān)測(cè)皮膚傷口愈合也展示了OCT技術(shù)和相關(guān)分析技術(shù)的最新進(jìn)展。進(jìn)一步的研究可以考慮選擇損傷范圍更大的參與群體，在各種場(chǎng)景中的不同條件下評(píng)估和發(fā)展OCT技術(shù)，從而擴(kuò)大OCT/OCTA的適用性。此外還應(yīng)采用其他分析技術(shù)來(lái)證實(shí)OCT/OCTA的發(fā)現(xiàn)。
 總之，OCT/OCTA提供了一個(gè)非侵入性成像特定血管適應(yīng)性行為的方法，這種適應(yīng)性行為發(fā)生在人類皮膚傷口愈合的許多階段。隨著不斷的發(fā)展和完善，它可能幫助確定傷口嚴(yán)重程度和可能的愈合結(jié)果，為患者提供更具體和精確的未來(lái)治療選擇。


  參考文獻(xiàn)：Deegan, Anthony J. , et al. "Optical coherence tomography angiography monitors human cutaneous wound healing over time." Quantitative Imaging in Medicine and Surgery 8.2(2018):135-150.