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利用OMAG技術(shù)對(duì)人面部皮膚痤瘡病變發(fā)展和瘢痕形成進(jìn)行高分辨率成像
痤瘡是一種常見(jiàn)的皮膚病且常會(huì)產(chǎn)生疤痕。痤瘡炎癥引起的膠原蛋白和其他組織損傷會(huì)導(dǎo)致皮膚紋理和微血管發(fā)生yongjiu性變化。來(lái)自美國(guó)和土耳其的研究人員證明使用基于光學(xué)相干斷層掃描的微血管造影技術(shù)（OMAG），檢測(cè)了痤瘡病變開(kāi)始和瘢痕形成發(fā)展期間，面部皮膚的三維結(jié)構(gòu)和微血管特征，實(shí)現(xiàn)了毛細(xì)血管水平的血管及病變周?chē)闹厮苎芸梢暬?。同時(shí)發(fā)現(xiàn)血管密度變化可作為評(píng)估痤瘡病變程度的依據(jù)，為痤瘡診斷、治療及臨床研究提供了新的見(jiàn)解。該研究成果以“High resolution imaging of acne lesion developmentand scarring in human facial skin using OCT-based microangiography"為題發(fā)表于Lasers Surg Med.。
研究背景
痤瘡是一種常見(jiàn)的慢性皮膚炎癥疾病，11-30歲階段大多數(shù)人都會(huì)發(fā)生，非常影響生活質(zhì)量。痤瘡主要出現(xiàn)在面部、胸部、上臂和背部等皮脂腺豐富的區(qū)域，產(chǎn)生原因可總結(jié)為：雄激素活躍致使皮脂分泌增加、毛囊過(guò)度角質(zhì)化以及毛囊內(nèi)痤瘡丙酸桿菌增殖，還有炎癥反應(yīng)，然而確切發(fā)病機(jī)制尚不明確。同時(shí)對(duì)于痤瘡嚴(yán)重程度的評(píng)估，也還沒(méi)有一個(gè)普遍接受的分級(jí)系統(tǒng)。
現(xiàn)有用于評(píng)估皮膚疾病的非侵入性技術(shù)有很多，毛細(xì)血管鏡已被用于直接觀察甲襞下毛細(xì)血管，但其光穿透性非常有限，尤其是對(duì)于皮膚較暗的受試者。共焦顯微鏡分辨率高，但也受光穿透程度影響。光學(xué)偏振敏感成像能夠用于評(píng)估重癥膿毒癥患者的舌下微循環(huán)，但無(wú)法詳細(xì)研究皮膚微血管變化。激光多普勒成像利用多普勒效應(yīng)，能夠?qū)ρ艹上瘢糜谠u(píng)估燒傷、皮膚炎癥、傷口愈合和皮膚潰瘍，但針對(duì)毛細(xì)血管的成像分辨率有限。高分辨率超聲成像工具雖然可以50–100 μm的分辨率穿透更深的組織，可仍然無(wú)法分辨通常在30 μm以下的毛細(xì)血管。
光學(xué)相干斷層掃描（OCT）能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的弱點(diǎn)，能夠以高分辨率（1 μm）和深度（1-3 mm）對(duì)體內(nèi)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)成像，在皮膚病學(xué)領(lǐng)域獲得了越來(lái)越多的關(guān)注。它能精確細(xì)描繪出傷口再上皮化、真皮表皮連接重塑、新形成的表皮增厚、真皮重塑等過(guò)程。到目前為止，OCT已經(jīng)成功用于研究非黑色素瘤基底細(xì)胞癌、光化性角化病、炎性疾病、量化皮膚結(jié)構(gòu)變化和監(jiān)測(cè)治療效果，以及人類(lèi)皮膚傷口愈合。此外，隨著光學(xué)微血管造影（OMAG）技術(shù)的開(kāi)發(fā)和發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了對(duì)體內(nèi)微循環(huán)系統(tǒng)的成像，ultrahigh-sensitive OMAG技術(shù)甚至可達(dá)毛細(xì)血管水平。目前OMAG技術(shù)已被廣泛用于研究各種生物組織的微血管系統(tǒng)，如銀屑病患者的血管異常、嚙齒動(dòng)物的皮膚傷口愈合、小鼠的腦微血管、人手指的毛細(xì)血管形態(tài)成像，以及微血管對(duì)膠帶剝離引起的炎癥反應(yīng)的應(yīng)答。
本研究使用OCT系統(tǒng)（SL1310V1-10048, Thorlabs Inc.）和OMAG技術(shù)對(duì)一名27歲男性受試者的痤瘡進(jìn)行成像并分析，以跟蹤人體內(nèi)痤瘡病變發(fā)展和瘢痕形成過(guò)程中的微血管和結(jié)構(gòu)變化。旨在探索OMAG檢測(cè)痤瘡病變過(guò)程中微血管變化的可行性，并試圖根據(jù)微血管的情況來(lái)評(píng)估痤瘡治療情況以及嚴(yán)重程度。
圖1 用于痤瘡成像的swept-source COT（SS-OCT）系統(tǒng)。（A）連接在鉸接臂上的探針。（B）SS-OCT系統(tǒng)的用戶(hù)界面。（C）手推車(chē)上的便攜式SS-OCT系統(tǒng)。
結(jié)果與討論
01-痤瘡病變部位的結(jié)構(gòu)和微血管成像
與周?chē)＝M織相比，痤瘡區(qū)域的血管粗糙且排布較雜亂（圖2B）。同時(shí)OCT結(jié)構(gòu)圖像能夠更好地識(shí)別并定位痤瘡病變邊界。OCT能夠區(qū)分出由膠原引起的皮膚光學(xué)特征改變或由炎癥引起的其他組織損傷。圖2C中，中間較淺的顏色代表受炎癥影響的區(qū)域。表皮層的紊亂使光射向主要由炎性細(xì)胞和水組成的水腫區(qū)，如圖2G-H中紅色虛線(xiàn)所示。由于與周?chē)M織相比，水腫區(qū)的光散射更少，因此看上去更淺。
因此痤瘡會(huì)影響炎癥階段的微循環(huán)網(wǎng)絡(luò)，可能是由于表皮層內(nèi)形成水腫，而水腫又會(huì)阻塞或損壞真皮中的微血管。
圖2 痤瘡病變炎癥階段的圖像。（A）用于成像的痤瘡病變，藍(lán)色虛線(xiàn)內(nèi)為成像區(qū)域。（B）0-1 mm深度的微血管圖像。（C）OCT結(jié)構(gòu)圖像。（D）B和C的疊加圖。（E）3D渲染的OCT結(jié)構(gòu)圖像（橙色）與脈管系統(tǒng)（綠色）的疊加圖。（F，G）微血管和結(jié)構(gòu)的橫截面圖，對(duì)應(yīng)B和C的黃色虛線(xiàn)位置。（H）F和G的疊加圖。比例尺0.4 mm。
02-監(jiān)測(cè)痤瘡病變的發(fā)展和瘢痕形成
痤瘡瘢痕形成涉及微血管變化和最初痤瘡病變中的纖維化。為檢測(cè)這些變化，在圖2痤瘡發(fā)展兩周后，對(duì)同一痤瘡病變?cè)俅芜M(jìn)行了OCT成像（圖3）。可見(jiàn)增生性瘢痕和微血管密集，可能是真皮失衡被破壞導(dǎo)致。此外還可見(jiàn)表皮-真皮連接重建以及新血管發(fā)育。
圖3 痤瘡瘢痕形成階段的成像圖。（A）用于成像的痤瘡。（B）0-1 mm深度的微血管圖像。（C）OCT結(jié)構(gòu)圖像。（D）B和C的疊加圖。（E）3D渲染的OCT結(jié)構(gòu)圖像（橙色）與脈管系統(tǒng)（綠色）疊加圖。（F,G）微血管和結(jié)構(gòu)的截面圖，對(duì)應(yīng)B和C虛線(xiàn)位置。（H）F和G的疊加圖。比例尺1 mm。
為了能夠?qū)Ⅰ：坌纬蛇^(guò)程與健康狀態(tài)進(jìn)行比較，對(duì)痤瘡quanyu的皮膚進(jìn)行了同樣成像（圖4）。發(fā)現(xiàn)微循環(huán)網(wǎng)絡(luò)不像健康組織中那么致密，結(jié)構(gòu)圖像中也觀察到纖維化。
圖4 痤瘡quanyu后的健康皮膚。（A）成像區(qū)域的照片。（B）0-1 mm深度的微血管圖像。（C）OCT結(jié)構(gòu)圖像。（D）B和C的疊加圖。（E）3D渲染的OCT結(jié)構(gòu)（橙色）與脈管系統(tǒng)（綠色）疊加圖。（F,G）分別為微血管和和結(jié)構(gòu)的截面圖，對(duì)應(yīng)圖B和C虛線(xiàn)位置。（H）F和G的疊加圖。比例尺1 mm。
為了解從痤瘡病變開(kāi)始到瘢痕形成的轉(zhuǎn)變，研究人員監(jiān)測(cè)并比較了51天內(nèi)痤瘡病變的結(jié)構(gòu)和微血管變化（圖5），包括痤瘡病變的照片圖像（左上）、正面OCT結(jié)構(gòu)AIP（右上）、深度編碼的正面微血管MIP（左下）和微血管MIP（右下）。
此外，研究人員采用血管分割算法計(jì)算了每天的血管密度并繪制在圖5中，作為痤瘡瘢痕形成的定量生物標(biāo)記。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在炎癥引起的損傷后，痤瘡病變區(qū)域的血管密度增加，在后期階段減少，這與傷口愈合過(guò)程一致。
圖5 微血管和結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的圖像。圖表為血管密度隨時(shí)間的變化情況。比例尺1 mm。
研究小結(jié)
痤瘡是一種令人痛苦的皮膚病，本研究通過(guò)OCT和OMAG技術(shù)監(jiān)測(cè)了痤瘡病變發(fā)展和瘢痕形成過(guò)程中微循環(huán)網(wǎng)絡(luò)和結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)現(xiàn)痤瘡病變能夠影響炎癥階段的微循環(huán)網(wǎng)絡(luò)，表皮層內(nèi)形成水腫，水腫會(huì)阻塞或損害真皮中的微血管，而真皮平衡遭到破壞會(huì)引起微血管密集和增生性瘢痕。在痤瘡愈合過(guò)程結(jié)束時(shí)，微循環(huán)網(wǎng)絡(luò)變得不像在健康組織中那樣致密，且可以觀察到纖維化。此外通過(guò)對(duì)同一痤瘡病變的連續(xù)監(jiān)控，研究人員認(rèn)為血管密度可用作痤瘡嚴(yán)重程度分級(jí)和治療效果評(píng)估的生物標(biāo)志物。
OMAG可用于監(jiān)測(cè)痤瘡病變發(fā)展和瘢痕形成過(guò)程，因此我們可以期待其在各種皮膚病治療和診斷臨床試驗(yàn)中可能起到的幫助和促進(jìn)作用，隨著研究和技術(shù)的發(fā)展，OMAG技術(shù)必將幫助我們闡明痤瘡的復(fù)雜發(fā)病機(jī)制，改善臨床管理、改進(jìn)治療方案。
參考文獻(xiàn)：Baran, Utku , et al. "High resolution imaging of acne lesion development and scarring in human facial skin using OCT-based microangiography. " Lasers in Surgery & Medicine 47.3(2015):231-238.