口腔粘膜病變種類(lèi)繁多，可構(gòu)成復(fù)雜多樣的損害，同時(shí)有些口腔表征也可作為全身性疾病診斷的依據(jù)或線索。華盛頓大學(xué)研究人員Wei Wei等開(kāi)發(fā)了基于光學(xué)相干斷層掃描（OCT）的血管造影術(shù)（OCTA），以10mm× 10mm視野對(duì)人體口腔微循環(huán)組織床內(nèi)的血流進(jìn)行了成像。在單次3D采集中獲得唇粘膜組織的3D結(jié)構(gòu)和血管圖像。使用OCT斷層影像和血管造影檢查了口腔潰瘍的病理性粘膜部位，并監(jiān)測(cè)了為期2周的病變愈合過(guò)程。定量評(píng)估了固有層內(nèi)毛細(xì)血管袢密度，展示了其在健康和患病狀況下的顯著變化差異。此外還對(duì)其他易患潰瘍部位的組織解剖結(jié)構(gòu)及血管形態(tài)學(xué)進(jìn)行了成像，如舌、牙槽粘膜和唇系帶，證明了OCT/OCTA在臨床診斷和監(jiān)測(cè)口腔組織異常治療中的應(yīng)用前景。文章以“Microvascular imaging and monitoring of human oralcavity lesions in vivo by swept-source OCT-based angiography”為題發(fā)表于Lasers Med Sci。

  背景

 口腔粘膜疾病是世界上最常見(jiàn)的疾病之一，不僅損害消化功能，還會(huì)威脅全身健康。以口腔癌為例，2016年美國(guó)約有48,250例新確診病例，全球超過(guò)640,000例。不幸的是大多口腔癌患者在相對(duì)較晚的階段才發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致平均5年死亡率高達(dá)約43%。因此早期癌變的檢測(cè)在預(yù)防和治療口腔癌中起著重要作用。其他口腔疾病雖不直接威脅生命，但重復(fù)的檢查及治療仍會(huì)給患者和醫(yī)療保健系統(tǒng)造成沉重負(fù)擔(dān)。此外糖尿病或維生素缺乏等全身性疾病，以及長(zhǎng)期吸煙或飲酒等局部影響也可引發(fā)口腔粘膜生理變化。因此，低成本高效的診斷工具對(duì)篩查和診斷口腔異常、分析病變和監(jiān)測(cè)病變恢復(fù)來(lái)說(shuō)是非常有必要的。

 一般來(lái)說(shuō)口腔疾病臨床診斷由視覺(jué)檢查、觸覺(jué)評(píng)估和侵入性活檢組成。但受到視覺(jué)分辨率和主觀標(biāo)準(zhǔn)的限制，醫(yī)生通常很難獲得疾病的詳細(xì)狀態(tài)。內(nèi)窺顯微鏡可能幫助提高對(duì)粘膜表面檢測(cè)的分辨率，但無(wú)法觸及更深層的結(jié)構(gòu)/血管，而這些結(jié)構(gòu)/血管的異常通常攜帶有價(jià)值的病變信息。光聲顯微術(shù)（PAM）在體內(nèi)成像組織微血管特征中具有一定前景，然而口腔粘膜PAM成像的可行性尚未得到證實(shí)。

 光學(xué)相干斷層掃描（OCT）具有高分辨率、高掃描速度以及適合的成像深度，很適合非侵入性口腔成像。已經(jīng)有很多研究使用OCT分析各種生理性口腔結(jié)構(gòu)，證明了OCT體內(nèi)口腔粘膜疾病成像研究的可行性。雖然OCT在可視化組織形態(tài)方面很有前景性，但無(wú)法提供關(guān)于血液灌注的信息。眾所周知微循環(huán)支持許多重要功能，從臨床角度來(lái)看，毛細(xì)血管床是血液和組織之間發(fā)生營(yíng)養(yǎng)代謝交換的血管區(qū)域。在口腔診斷中，毛細(xì)血管袢長(zhǎng)期以來(lái)一直被用作疾病的臨床指標(biāo)，如高度發(fā)育不良、原位癌、系統(tǒng)性硬化和浸潤(rùn)性癌等。特別是對(duì)于口腔癌和治療引起的粘膜炎，組織血管對(duì)于早期變化的檢測(cè)是至關(guān)重要的，可用于評(píng)估癌邊緣，以及當(dāng)前臨床條件下是否存在臨床癥狀不明顯的異常。因此正確顯示和分析微血管特征對(duì)于改善疾病分期和治療管理至關(guān)重要。

 光學(xué)相干斷層掃描血管造影術(shù)（OCTA）能夠使用內(nèi)源性運(yùn)動(dòng)對(duì)比產(chǎn)生3D深度分辨血管信息。自從OCTA被引入到口腔組織成像領(lǐng)域以來(lái)，使用其可視化脈管系統(tǒng)的報(bào)道很少。作為OCTA變體之一，散斑方差OCT（svOCT）血管造影術(shù)已被證明能夠描繪唇組織內(nèi)的脈管系統(tǒng)，然而提供的信息有限，只能量化微血管的參與情況。掃頻OCT（SS-OCT）可通過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的前/側(cè)觀察探頭實(shí)現(xiàn)對(duì)人嘴唇、舌頭和頰粘膜的微血管成像，但2mm× 2mm的視場(chǎng)（FOV）較小，通常不能獲得關(guān)于病變組織的有用微血管信息。在臨床實(shí)踐中，有必要評(píng)估覆蓋100 mm²以上FOV的微血管網(wǎng)絡(luò)，才能在相對(duì)較大的組織面積上識(shí)別潛在的微血管異常，便于進(jìn)一步檢查和病理分析。

 本文開(kāi)發(fā)了基于SS-OCT的血管造影系統(tǒng)（圖1），以在人口腔中提供10 × 10 mm²以上的3D微循環(huán)信息。通過(guò)對(duì)口腔粘膜潰瘍病變（一種常見(jiàn)的口腔粘膜疾�。┻M(jìn)行成像，發(fā)現(xiàn)潰瘍病變滲透到上皮（EP）和固有層（LP）。此外還檢查了易患潰瘍的各種口腔組織部位的組織形態(tài)學(xué)和血管特征，證明了該系統(tǒng)的應(yīng)用潛力。

 

 

圖1 （a）SS-OCT系統(tǒng)設(shè)置示意圖，其中樣品臂終端是一個(gè)手工制作的（b）手持探針，用于人體口腔的寬視場(chǎng)OCTA成像。

  結(jié)果

 01-健康人體口腔粘膜組織的體內(nèi)OCT/OMAG成像

 圖2a為健康男性志愿者（27歲）的下唇照片，黃色方框內(nèi)為掃描區(qū)域�？梢�(jiàn)在上皮（EP）中沒(méi)有觀察到角質(zhì)化，與正常組織學(xué)非常一致。在圖2c中，一層薄的基底膜（BM）清楚區(qū)分開(kāi)了上皮層和下面的固有（LP）層。已知固有層是由膠原和彈性蛋白纖維網(wǎng)絡(luò)組成的纖維結(jié)締組織層，進(jìn)一步分為兩個(gè)子層：不同于成纖維細(xì)胞松散/緊密連接的乳頭狀和網(wǎng)狀層（對(duì)應(yīng)圖2c中的低/高OCT信號(hào)強(qiáng)度）。圖2d顯示了位于固有層內(nèi)的淺叢，以及進(jìn)入結(jié)締組織乳頭的毛細(xì)血管。3D OMAG圖像數(shù)據(jù)集中的正面OCT血管造影照片描繪出了唇粘膜內(nèi)的毛細(xì)血管網(wǎng)（圖2e），其中毛細(xì)血管袢集中，起源于但近似垂直于固有層中的下層血管叢。如圖2f所示，在更深的網(wǎng)狀層（RL）中可以更清楚地識(shí)別出固有層血管叢，可見(jiàn)大血管分支（VL）和小分支（VB）。



 

 

圖2 健康唇粘膜的活體OCT/OMAG圖像。（a）下唇唇粘膜組織照片，黃框?yàn)槌上駞^(qū)域。（b）粘膜結(jié)構(gòu)的OCT MIP圖像。（c，d）b，e，f中水平虛線處的OCT截面圖像及對(duì)應(yīng)的OMAG截面圖像。（e，f）乳頭層致密淺表毛細(xì)血管袢和網(wǎng)狀層血管叢的OMAG MIP圖像。（g）融合結(jié)構(gòu)（灰色）和脈管系統(tǒng)（黃色）圖像數(shù)據(jù)集的體積式渲染圖。

  02-體內(nèi)OCT/OMAG成像潰瘍病變對(duì)人體口腔粘膜組織的影響

 對(duì)一名36歲男性志愿者的異�？谇徽衬そM織進(jìn)行了成像，該患者患有復(fù)發(fā)性口腔小潰瘍（口瘡性潰瘍）。圖3a為發(fā)生后第7天唇粘膜上的口腔潰瘍，圖3b正面圖像中也可識(shí)別出。潰瘍表現(xiàn)為小的、卵圓形的、高反射的組織破裂，邊緣界限清楚（紅斑暈）。橫截面OCT結(jié)構(gòu)圖像和相應(yīng)OMAG血流圖像從穿過(guò)潰瘍中心的位置提取。在潰瘍中觀察到一個(gè)蛻皮樣穿孔，圖3c中可見(jiàn)角狀高反射點(diǎn)（紅色箭頭）。出現(xiàn)的散射體被認(rèn)為是死細(xì)胞，是炎癥階段吞噬過(guò)程的結(jié)果�？梢越忉尀榭谇粷�瘍誘發(fā)淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，引發(fā)EP層的崩解和壞死。OMAG圖像中（圖3d）也存在這種散射，意味著OMAG足夠敏感，能夠檢測(cè)漂浮在潰瘍空間中的散射體的緩慢運(yùn)動(dòng)。在乳頭層的毛細(xì)血管網(wǎng)（圖3e）和網(wǎng)狀層的下層血管網(wǎng)（圖3f）中，明顯可見(jiàn)穿孔潰瘍中毛細(xì)血管袢大量損失，但潰瘍下方的淺表血管叢中損失較少。

 

 

圖3 出現(xiàn)口腔潰瘍后第7天唇粘膜的體內(nèi)OCT/OMAG圖像。（a）帶有潰瘍（U）的下唇粘膜組織。（b）潰瘍影響區(qū)域的正面OCT MIP圖像。（c）分別在b、e和f中水平虛線處的OCT橫截面和（d）對(duì)應(yīng)的OMAG橫截面圖像，顯示潰瘍穿孔內(nèi)緩慢運(yùn)動(dòng)的浮動(dòng)散射體（紅色箭頭）。（e，f）乳頭層和網(wǎng)狀層內(nèi)的微脈管系統(tǒng)的正面OMAG MIP圖像。（g）融合結(jié)構(gòu)（灰色）和脈管系統(tǒng)（黃色）圖像數(shù)據(jù)集的體積式渲染圖。

 在潰瘍發(fā)生后第11天，OCT/OMAG圖像顯示增殖階段的潰瘍病變?cè)跓o(wú)任何醫(yī)學(xué)干預(yù)的情況下即出現(xiàn)明顯自愈合，包括病變部位的收縮和上皮層的再上皮化，圖4a-g也可見(jiàn)潰瘍病變中新血管的形成。圖3和圖4中潰瘍區(qū)域均用黃色方塊標(biāo)出。



 

 

圖4口腔潰瘍發(fā)生后第11天唇粘膜的活體OCT/OMAG圖像。（a）帶有潰瘍（U）的下唇粘膜組織。（b）相應(yīng)的正面OCT MIP圖像顯示恢復(fù)中的粘膜表面。（c，d）分別在b、e和f中水平虛線處的OCT橫截面和相應(yīng)OMAG橫截面圖像。（e，f）分別是乳頭層和網(wǎng)狀層內(nèi)的微脈管系統(tǒng)的正面OMAG MIP圖像。（g）融合結(jié)構(gòu)（灰色）和脈管系統(tǒng)（黃色）圖像數(shù)據(jù)集的體積式渲染圖。

 

03-體內(nèi)OCT/OMAG成像口腔潰瘍進(jìn)展
 為觀察口腔潰瘍進(jìn)展，監(jiān)測(cè)了從潰瘍形成到其自然恢復(fù)的過(guò)程（圖5）。本研究的成像FOV為5mm×5mm，可提供更細(xì)致的潰瘍區(qū)域圖像。圖5a.1和a.2可見(jiàn)上皮層表層侵蝕。在第3天（圖5b.2），潰瘍區(qū)域觀察到的血管（綠色箭頭）很少，這可能是因?yàn)闈�瘍和蓋玻片之間有一個(gè)氣泡，類(lèi)似單透鏡將探測(cè)光束聚焦到更深處。在圖5b.1-2和d.1-2中有強(qiáng)OMAG信號(hào)穿過(guò)病變（黃色虛線圓圈之間的區(qū)域），這可能是因?yàn)檠装Y發(fā)作后含有免疫細(xì)胞的間質(zhì)液飛進(jìn)潰瘍。然而在第5天，炎癥引起的OMAG信號(hào)完全減弱，而潰瘍下面的大部分血管消失（圖5B3，D3）。第7天的活動(dòng)潰瘍圖像如圖3，但與圖3d不同的是圖5d.4中不可見(jiàn)死細(xì)胞或死細(xì)胞簇。這可能是因?yàn)?mm× 5mm成像模式的B幀速率（200幀/秒）比10mm× 10mm成像模式（160幀/秒）更快，使得對(duì)檢測(cè)非常緩慢移動(dòng)的細(xì)胞相對(duì)不太敏感。之后，如OCT/OMAG結(jié)果（圖5a-d.5至a-d.8）所示，潰瘍穿孔封閉，經(jīng)過(guò)1周的傷口愈合（從第9天至第15天），固有層中的損傷基本恢復(fù)。但上皮層仍然需要一個(gè)多星期才能完全恢復(fù)。

 

 

圖5 用于評(píng)估2周期間潰瘍病變恢復(fù)的體內(nèi)OCT/OMAG圖像。（a.1~a.8）唇組織結(jié)構(gòu)的正面視圖；（b.1~b.8）相應(yīng)的脈管系統(tǒng)正面視圖，其中白色虛線表示穿過(guò)潰瘍病變的（c.1~c.8）橫截面結(jié)構(gòu)圖像和（d.1~d.8）血流圖像。

  04-基于量化毛細(xì)血管袢密度評(píng)價(jià)潰瘍發(fā)展
 已知粘膜毛細(xì)血管袢容易受到口腔疾病的影響，其數(shù)量與疾病進(jìn)展相關(guān)。為確定是否可以在OCTA圖像上識(shí)別和量化毛細(xì)血管袢數(shù)量的變化，研究人員計(jì)算了垂直于口腔組織表面的單個(gè)毛細(xì)血管袢，毛細(xì)血管袢在正面OMAG圖像中表現(xiàn)為規(guī)則分布的點(diǎn)或逗號(hào)。從OMAG體積數(shù)據(jù)集中分割結(jié)締組織乳頭（約50μm厚）。圖6a.1-8顯示了分割出的每天的乳頭層OCTA血管造影圖片，描繪了分辨率良好的單個(gè)毛細(xì)血管袢。在圖6a.8中，增殖階段的血管化（紅色箭頭）表明存在活躍的傷口愈合。手動(dòng)計(jì)數(shù)距潰瘍中心給定距離（2.25-3.5mm）處環(huán)形區(qū)域的毛細(xì)血管袢，并計(jì)算其密度。在同一天測(cè)量同一受試者對(duì)側(cè)無(wú)潰瘍區(qū)的毛細(xì)血管環(huán)作為對(duì)照。圖6b顯示了受試者健康區(qū)域（紅線）和潰瘍區(qū)域（藍(lán)線）中毛細(xì)血管袢密度的變化。可以發(fā)現(xiàn)從潰瘍開(kāi)始（第1天），毛細(xì)血管袢密度顯著增加到高于健康水平，然后在第15天下降到相同水平，與幾乎無(wú)變化的健康組織趨勢(shì)截然不同。
 

 

圖6 （a.1~a.8）淺表乳頭層的OMAG平均強(qiáng)度投影，通過(guò)測(cè)量毛細(xì)血管袢密度定量評(píng)估潰瘍發(fā)展。白色弧線間為用于量化的感興趣區(qū)域（ROI）。（b）受口瘡潰瘍影響的區(qū)域（藍(lán)線）和對(duì)側(cè)健康區(qū)域（紅線）中毛細(xì)血管袢密度隨恢復(fù)時(shí)間的變化（Loops/mm²）。健康唇粘膜組織的毛細(xì)血管密度約20.3 Loops/mm²。相比之下，潰瘍組織的毛細(xì)血管密度約26.3 Loops/mm²。

  05-不同人體口腔組織的活體OCT/OMAG成像

 人類(lèi)口腔中有各種易患潰瘍的部位，包括唇粘膜、舌、牙齦、牙槽粘膜和唇系帶。為進(jìn)一步證明本研究所述儀器的成像靈活性，對(duì)另一名健康志愿者（28歲男性）的舌頭、下唇系帶和上唇系帶進(jìn)行了成像（圖7）。

 圖7b.1可見(jiàn)舌頭粗糙的上表面描繪出的突起，被稱(chēng)為舌乳頭。根據(jù)圖7c.1，e.1中血管形態(tài)可識(shí)別出兩種類(lèi)型的舌乳頭：寬的蘑菇狀菌狀乳頭（Fungi）和薄的長(zhǎng)圓錐狀絲狀乳頭（Fili）。味蕾在菌狀乳頭表面積累以感知味道，菌狀乳頭中有豐富的毛細(xì)血管袢，看起來(lái)像盛開(kāi)的花朵，而絲狀乳頭不參與味覺(jué)，毛細(xì)血管較少。

 口腔檢查時(shí)，系帶異�？赡苁歉鞣N口腔綜合征的指標(biāo)。不正常的系帶也可能影響假牙安裝或保持，給患者造成心理障礙。傳統(tǒng)檢測(cè)異常系帶一般是通過(guò)視覺(jué)，施加張力觀察乳頭尖端的運(yùn)動(dòng)或缺血引起的褪色，很大程度上取決于醫(yī)學(xué)經(jīng)驗(yàn)和檢查者的主觀標(biāo)準(zhǔn)。而OCT/OMAG系統(tǒng)很容易克服這些缺點(diǎn)。對(duì)粗糙的下唇系帶成像（圖7c.2）發(fā)現(xiàn)，在下系帶和牙槽粘膜中有大量毛細(xì)血管，左下角有少量附著齦的毛細(xì)血管（紅色箭頭），這在臨床研究中可能具有較大價(jià)值。圖7（c.3）顯示了上唇上葉脈樣毛細(xì)血管的分布，明顯受到系帶的影響。因此基于OCT的血管造影可以做到識(shí)別系帶異常、分析正畸手術(shù)和避免復(fù)發(fā)，是有巨大臨床應(yīng)用價(jià)值的工具。



 

 

圖7 人體口腔內(nèi)各種組織床的活體OCT/OMAG成像。（a.1~a.3）分別為上舌尖、下唇系帶和上唇系帶的照片，其中黃色方框?yàn)閽呙鐵OV。（b.1~b.3）3D組織結(jié)構(gòu)和（c.1~c.3）相應(yīng)的血管OMAG MIP圖像，其中白色虛線處分別獲取（d.1~d.3）橫截面結(jié)構(gòu)圖像和（e.1~e.3）相應(yīng)的血流圖像。

  結(jié)論
 本研究對(duì)口腔潰瘍病變，以及口腔疾病的各種候選組織部位中的微脈管系統(tǒng)進(jìn)行了光學(xué)相干斷層掃描血管造影（OCTA）成像、監(jiān)測(cè)和量化，展示了OCTA在檢查唇組織潰瘍病變方面的潛在應(yīng)用。還通過(guò)OCTA和毛細(xì)血管分析提供了存活狀態(tài)下血管生成的定量信息，可作為評(píng)估傷口愈合過(guò)程的一個(gè)可靠指標(biāo)。

 雖然仍有一些問(wèn)題有待解決，如手持式探頭中的光學(xué)器件還可以?xún)?yōu)化，擴(kuò)大其在寬視場(chǎng)激光掃描中的應(yīng)用、加大成像深度以方便對(duì)像舌系帶或舌上的外翻乳頭這中物理上復(fù)雜且位置較深的結(jié)構(gòu)成像，還有毛細(xì)血管袢計(jì)數(shù)的自動(dòng)化及分級(jí)。但本研究的成果足以證明OCT血管造影技術(shù)在體內(nèi)對(duì)口腔組織進(jìn)行微血管成像的能力，對(duì)現(xiàn)有OCT血管造影術(shù)的進(jìn)一步技術(shù)優(yōu)化有望使其在臨床中得到更廣泛應(yīng)用。

 

參考文獻(xiàn)：Wei, W. ,  W. J. Choi , and  R. K. Wang . "Microvascular imaging and monitoring of human oral cavity lesions in vivo by swept-source OCT-based angiography. " Lasers in Medical Science (2017).