OCTA监测急性创伤及愈合过程中的结构和脉管系统变化

在临床、医学和皮肤病学研究中，对皮肤血管和结构特征检查是必不可少的程序，然而目前还没有比较合适的非侵入式成像工具能够清晰准确地评估皮肤的血管和结构特征。华盛顿大学的Wendy Wang等人使用光学相干断层扫描血管造影术(OCTA)，对急性创伤及愈合过程中的组织结构和脉管系统进行了深度达1.2 mm的成像和分析，测量了不同深度的血管密度和直径等关键血管参数。观察发现皮肤脉管系统的改变与主动愈合有关，浅血管的第一反应是直径增加，而深血管的第一反应是密度增加。此外，与较深的血管相比，浅血管似乎会更早恢复正常。该研究成果为表征皮肤的血管结构特征提供了可靠依据，并以“Optical Coherence Tomography Angiography and Cutaneous Wound Healing”为题发布于SPIE. Photonics West BIOS, 2018会议期刊。

 

研究背景

 

皮肤受到创伤后，创伤严重程度的判断对后续治疗计划的定制至关重要。如果愈合受到阻碍或延迟，结疤或感染的风险会大大增加。已知在伤口愈合的各个阶段，皮肤的微血管系统都发挥着重要作用，它调节血液流动、氧气和营养运输以形成肉芽组织。因此监测伤口愈合不同阶段的血管变化能够帮助改善对伤口愈合情况的准确评估，并可以根据情况及时调整治疗计划。目前，评估伤口愈合情况主要是通过主观的表面测量，如伤口大小、颜色、气味、渗液和结痂等，侵入性的活检更为客观，但可能会引发疼痛甚至造成二次创伤。已经开发用于皮肤的成像技术很多，包括磁共振成像(MRI)、超声成像、荧光成像、偏振敏感光学相干断层扫描(PSOCT)、以及激光多普勒血流测量(LDF)和灌注成像等，但某种程度上都有缺点。
 

光学相干断层扫描（OCT）是一种正在不断发展的技术，主要用于眼科成像研究，由于其优越的成像效果正逐渐向皮肤科跨越。目前OCT已被用于监测小鼠的伤口愈合、工程组织模型的伤口愈合和皮肤替代物的疤痕形成。利用对光学相干断层扫描分析静态和运动组织的信号变化差异，能够实现特定的组织成分如血管的可视化，引申出的基于光学相干断层扫描的血管造影术(OCTA)技术能够使血管可视化。随后光学微血管造影(OMAG)的发展使成像分辨率扩展到毛细血管水平，在临床眼科成像中得到广泛应用。
 

本研究使用了一个专门为皮肤病学应用设计的临床原型OMAG系统，对手背急性损伤受试者的伤口进行了高分辨率成像。为更好了解愈合过程中不同深度的血管特征差异，使用分割软件将OCTA体积扫描图像分割出0-165 μm、165-330 μm和330-1200 μm深度三部分，分别代表表皮层、乳头状zhenpi层和网状zhenpi层（图1A）。同时研究人员测量了血管密度和尺寸参数，结合皮肤结构特征探究了伤口愈合过程中微循环和结构的联系。



 

图1 用于量化血管反应划分的皮肤层边界。（A）用以划分皮肤层边界的B-frame断面图像。图示为表皮层(0-165 μm)、乳头状zhenpi层(165-330 μm)和网状zhenpi层(330-1200 μm)。（B）用于量化血管反应的边界的示意图。图中所示为位置1和2，分别距伤口1 mm和2 mm。比例尺1 mm。

 

结果与讨论

 

01-血管的空间和结构特征
 健康皮肤中的脉管系统分布均匀（图2A），且血管大小与血管深度相关（图2D）。结构图中可明确看到表皮-zhenpi连接(EDJ)和明亮的乳头状zhenpi（图2G）。伤口部位可见紧邻伤口周围的血管密度增加，且比离伤口远一些的血管更亮（图2B）。截面图可见伤口下方和周围血管的增加（图2E），与正面图一致（图2B）。图2H为伤口中的纤维蛋白凝块，伤口下方的组织结构比正常组织结构亮，伤口两侧的表皮增厚。图2C的伤口较B中伤口小，其脉管系统更接近健康皮肤，但不同于健康皮肤的均一随机性，紧邻伤口的血管方向似乎更有目的性和方向性，血管似乎是有意向伤口转移。图2F为伤口正下方较浅的血管，而图2I中结痂位置的伤口似乎更宽，伤口正下方明亮区域似乎也更宽。
 

图2 急性皮肤损伤及恢复中的血管反应。（A）健康皮肤血管的正面MIP图像。（B）急性损伤后2天皮肤血管的正面MIP图像。（C）急性损伤后9天皮肤血管的正面MIP图像。（D-F）分别为A-C的血管B-frame断面图像（白色虚线位置）。（G-I）分别为A-C结构的B-frame断面图像（白色虚线位置）。比例尺1 mm。

 02-特定深度的血管特征
 图3为不同皮肤层对损伤和恢复的血管反应。图3A、D和G分为健康皮肤全成像深度(1.2 mm)、乳头状zhenpi层(165-330 μm)和网状zhenpi层(330-1200 μm)的血管，可见血管分布都是均一的，且网状zhenpi的血管比乳头状zhenpi的浅血管大，与图2观察结果一致。在急性损伤后2天，网状zhenpi的血管反应似乎比乳头状zhenpi更明显一些（图3B，E，H）。急性损伤后9天，乳头状zhenpi中的浅表血管恢复情况已经近似健康皮肤状态（图3C，F，I），同时伤口内的血管似乎已经收缩(比较F和E)，导致伤口看起来更大。此外与乳头zhenpi的血管相比，网状zhenpi中的深层血管亮度更高一些，表明损伤后乳头zhenpi的血管首先发生正常化。

 

图3 皮肤血管随时间变化的正面MIP图像。（A）健康皮肤。（B）急性损伤后2天。（C）急性损伤后9天。A-C均为OCTA的完整成像深度1.2 mm。（D-F）A-C乳头状zhenpi层的血管。（G-I）A-C网状zhenpi层的血管。比例尺1 mm。
 

03-特定深度的血管测量

 研究人员比较了不同皮肤层中血管密度和直径参数随时间推移的变化情况。对照为健康皮肤与急性损伤后第2天(阶段1)和第9天(阶段2)测量的血管参数一起表示。整体上来看，损伤后血管密度的增加，随后在9天（阶段2）后开始正常化（图4A）。分层分析发现，虽然乳头状zhenpi和网状zhenpi层的血管在损伤后密度增加，但乳头状zhenpi的血管比网状zhenpi的血管恢复正常的速度更快，与前文定性观察结果一致（图4B，C）。血管直径整体变化情况与密度类似(图4D)，但愈合过程中乳头zhenpi和网状zhenpi层之间差异不大(图4E，F)。

 

图4 血管对急性损伤及愈合的反应。（A-C）分别为全成像深度、乳头状zhenpi层和网状zhenpi层中血管密度随时间变化情况。（D-F）血管直径变化情况。

  04-不同半径范围内的血管参数变化
 距伤口不同半径范围上，血管的深度变化情况与前文结论一致，即乳头状zhenpi层血管皮先于网状zhenpi层血管发生正常化。在损伤后第2天，2号位点的血管密度比1号位点高，但第9天发生逆转。对比图5D-F发现，损伤后主要是乳头状zhenpi层中的血管直径发生变化。血管直径与其所在皮肤层的关系并没有因距伤口远近不同而产生差别。血管反应主要与浅表血管的直径有关，与深血管的密度有关。血管流量方面，乳头zhenpi层和网状zhenpi层在损伤后似乎都有流量增加，但网状zhenpi增加似乎更显著（图5G-I），也印证了前文中的定性观察结果。此外无论血管深度如何，在损伤第9天，远端血管流量正常化最明显（图5H，I）。

 

图5 急性损伤及愈合过程中伤口辐射范围内皮肤不同层中的血管反应。（A-C）血管密度测量值。（D-F）血管直径测量值。（G-I）血管流量测量值。


 

全文小结

 

本研究使用OCTA技术，对伤口愈合过程中的皮肤微血管进行无创成像和评估，为皮肤损伤评估和监控提供了研究思路。OCTA作为一种非侵入性的成像方法，可以准确地描述血管对损伤的反应，随着技术不断改进，OCTA可以用于评估受伤或手术后的皮肤修复和治疗。

参考文献：Wang, Wendy , et al. "Optical coherence tomography angiography and cutaneous wound healing." Spie Photonics West Bios 2018.