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利用OMAG技術對人面部皮膚痤瘡病變發展和瘢痕形成進行高分辨率成像
痤瘡是一種常見的皮膚病且常會產生疤痕。痤瘡炎癥引起的膠原蛋白和其他組織損傷會導致皮膚紋理和微血管發生yongjiu性變化。來自美國和土耳其的研究人員證明使用基于光學相干斷層掃描的微血管造影技術（OMAG），檢測了痤瘡病變開始和瘢痕形成發展期間，面部皮膚的三維結構和微血管特征，實現了毛細血管水平的血管及病變周圍的重塑血管可視化。同時發現血管密度變化可作為評估痤瘡病變程度的依據，為痤瘡診斷、治療及臨床研究提供了新的見解。該研究成果以“High resolution imaging of acne lesion developmentand scarring in human facial skin using OCT-based microangiography"為題發表于Lasers Surg Med.。
研究背景
痤瘡是一種常見的慢性皮膚炎癥疾病，11-30歲階段大多數人都會發生，非常影響生活質量。痤瘡主要出現在面部、胸部、上臂和背部等皮脂腺豐富的區域，產生原因可總結為：雄激素活躍致使皮脂分泌增加、毛囊過度角質化以及毛囊內痤瘡丙酸桿菌增殖，還有炎癥反應，然而確切發病機制尚不明確。同時對于痤瘡嚴重程度的評估，也還沒有一個普遍接受的分級系統。
現有用于評估皮膚疾病的非侵入性技術有很多，毛細血管鏡已被用于直接觀察甲襞下毛細血管，但其光穿透性非常有限，尤其是對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。光學偏振敏感成像能夠用于評估重癥膿毒癥患者的舌下微循環，但無法詳細研究皮膚微血管變化。激光多普勒成像利用多普勒效應，能夠對血管成像，曾用于評估燒傷、皮膚炎癥、傷口愈合和皮膚潰瘍，但針對毛細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，可仍然無法分辨通常在30 μm以下的毛細血管。
光學相干斷層掃描（OCT）能夠克服現有技術的弱點，能夠以高分辨率（1 μm）和深度（1-3 mm）對體內微結構進行實時成像，在皮膚病學領域獲得了越來越多的關注。它能精確細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、真皮重塑等過程。到目前為止，OCT已經成功用于研究非黑色素瘤基底細胞癌、光化性角化病、炎性疾病、量化皮膚結構變化和監測治療效果，以及人類皮膚傷口愈合。此外，隨著光學微血管造影（OMAG）技術的開發和發展，實現了對體內微循環系統的成像，ultrahigh-sensitive OMAG技術甚至可達毛細血管水平。目前OMAG技術已被廣泛用于研究各種生物組織的微血管系統，如銀屑病患者的血管異常、嚙齒動物的皮膚傷口愈合、小鼠的腦微血管、人手指的毛細血管形態成像，以及微血管對膠帶剝離引起的炎癥反應的應答。
本研究使用OCT系統（SL1310V1-10048, Thorlabs Inc.）和OMAG技術對一名27歲男性受試者的痤瘡進行成像并分析，以跟蹤人體內痤瘡病變發展和瘢痕形成過程中的微血管和結構變化。旨在探索OMAG檢測痤瘡病變過程中微血管變化的可行性，并試圖根據微血管的情況來評估痤瘡治療情況以及嚴重程度。
圖1 用于痤瘡成像的swept-source COT（SS-OCT）系統。（A）連接在鉸接臂上的探針。（B）SS-OCT系統的用戶界面。（C）手推車上的便攜式SS-OCT系統。
結果與討論
01-痤瘡病變部位的結構和微血管成像
與周圍正常組織相比，痤瘡區域的血管粗糙且排布較雜亂（圖2B）。同時OCT結構圖像能夠更好地識別并定位痤瘡病變邊界。OCT能夠區分出由膠原引起的皮膚光學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域。表皮層的紊亂使光射向主要由炎性細胞和水組成的水腫區，如圖2G-H中紅色虛線所示。由于與周圍組織相比，水腫區的光散射更少，因此看上去更淺。
因此痤瘡會影響炎癥階段的微循環網絡，可能是由于表皮層內形成水腫，而水腫又會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，藍色虛線內為成像區域。（B）0-1 mm深度的微血管圖像。（C）OCT結構圖像。（D）B和C的疊加圖。（E）3D渲染的OCT結構圖像（橙色）與脈管系統（綠色）的疊加圖。（F，G）微血管和結構的橫截面圖，對應B和C的黃色虛線位置。（H）F和G的疊加圖。比例尺0.4 mm。
02-監測痤瘡病變的發展和瘢痕形成
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。為檢測這些變化，在圖2痤瘡發展兩周后，對同一痤瘡病變再次進行了OCT成像（圖3）。可見增生性瘢痕和微血管密集，可能是真皮失衡被破壞導致。此外還可見表皮-真皮連接重建以及新血管發育。
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結構圖像。（D）B和C的疊加圖。（E）3D渲染的OCT結構圖像（橙色）與脈管系統（綠色）疊加圖。（F,G）微血管和結構的截面圖，對應B和C虛線位置。（H）F和G的疊加圖。比例尺1 mm。
為了能夠將瘢痕形成過程與健康狀態進行比較，對痤瘡quanyu的皮膚進行了同樣成像（圖4）。發現微循環網絡不像健康組織中那么致密，結構圖像中也觀察到纖維化。
圖4 痤瘡quanyu后的健康皮膚。（A）成像區域的照片。（B）0-1 mm深度的微血管圖像。（C）OCT結構圖像。（D）B和C的疊加圖。（E）3D渲染的OCT結構（橙色）與脈管系統（綠色）疊加圖。（F,G）分別為微血管和和結構的截面圖，對應圖B和C虛線位置。（H）F和G的疊加圖。比例尺1 mm。
為了解從痤瘡病變開始到瘢痕形成的轉變，研究人員監測并比較了51天內痤瘡病變的結構和微血管變化（圖5），包括痤瘡病變的照片圖像（左上）、正面OCT結構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記。結果發現在炎癥引起的損傷后，痤瘡病變區域的血管密度增加，在后期階段減少，這與傷口愈合過程一致。
圖5 微血管和結構隨時間變化的圖像。圖表為血管密度隨時間的變化情況。比例尺1 mm。
研究小結
痤瘡是一種令人痛苦的皮膚病，本研究通過OCT和OMAG技術監測了痤瘡病變發展和瘢痕形成過程中微循環網絡和結構的變化，發現痤瘡病變能夠影響炎癥階段的微循環網絡，表皮層內形成水腫，水腫會阻塞或損害真皮中的微血管，而真皮平衡遭到破壞會引起微血管密集和增生性瘢痕。在痤瘡愈合過程結束時，微循環網絡變得不像在健康組織中那樣致密，且可以觀察到纖維化。此外通過對同一痤瘡病變的連續監控，研究人員認為血管密度可用作痤瘡嚴重程度分級和治療效果評估的生物標志物。
OMAG可用于監測痤瘡病變發展和瘢痕形成過程，因此我們可以期待其在各種皮膚病治療和診斷臨床試驗中可能起到的幫助和促進作用，隨著研究和技術的發展，OMAG技術必將幫助我們闡明痤瘡的復雜發病機制，改善臨床管理、改進治療方案。
參考文獻：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.