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燒傷后的皮膚變化——利用OCT評估急性燒傷后組織損傷情況
對于燒傷皮膚，單純的視覺評估會產生很多主觀判斷，雖然已經有可量化的參數用于表征燒傷后的血管和結構變化，但還沒能夠常規應用到評估方案中。華盛頓大學的學者使用基于光學相干斷層掃描（OCT）的血管造影術（OCTA），探究了燒傷之后血管深度（如功能血管的深度）、水腫深度（如組織液積聚的深度）、組織損傷深度（如膠原變性的深度），以及它們之間的相關性。認為OCT可以提供以上信息，為皮膚燒傷定性提供可行的評估標準。研究成果以“Optical coherence tomography correlates multiple measures of tissuedamage following acute burn injury"為題發表于QuantImaging Med Surg。
研究背景
臨床上對燒傷皮膚狀態的評估，主要由經驗豐富的外科醫生通過視覺檢查進行。通常會通過判讀充血狀況或形態學性質，對燒傷深度進行分類以規劃后續的治療計劃。燒傷深度一般分為一度、二度、三度，其中二度分為淺二度和深二度，每一個等級都有其特點。一度燒傷通常表現出血管擴張和紅斑或輕度紅腫，表皮和真皮層完好無損。淺二度燒傷損害到真皮淺層，出現毛細血管損傷，形成水皰和明顯水腫。深二度燒傷損害真皮深層，特點是顯示出嚴重的血管損傷，導致閉塞、血栓形成和水腫，以及嚴重的表皮和皮膚損傷。三度燒傷損害全層皮膚，累及皮下組織或更深，顯示出嚴重的血管閉塞跡象，表皮和真皮層*破壞。
在臨床中，即使是是專業的外科醫生，目視檢查的準確性僅為70-80%，位于組織表面以下或損傷周圍的皮膚反應很難被察覺。為提診斷能力，研究人員已經開發出了很多成像方式，表1概述比較了一些關鍵成像模式的特征。
表1 用于評估燒傷創傷的成像模式的關鍵特征之間的比較。信息深度、分辨率、優點和缺點。
雖然有這么多方法，但目前視覺檢查仍然是燒傷皮膚特征和分類的主要評估方式。為此研究人員試圖使用基于光學相干斷層掃描（OCT）的血管造影（OCTA）和衰減映射來識別血管深度、水腫深度和組織損傷深度之間的相關性。血管深度能夠表示皮膚急性損傷后血管閉塞的程度。水腫是指組織細胞間隙內間質液和大分子的異常積聚，是二級燒傷的特征，是由于微血管通透性增加和燒傷組織內的壓力變化導致。因此通過檢測水腫的存在并測量其深度，幫助測量血管損傷。已知膠原蛋白受熱會從棒狀α-螺旋轉化為隨機螺旋構象，OCT能夠反映出這種構象變化，因此通過測量膠原變性的深度，即可判斷組織損傷情況。
研究采用華盛頓大學專門開發的臨床原型OCT系統（圖1A）。掃描體積9 mm × 9 mm，穿透深度1.5 mm。OMAG算法處理OCTA信息，通過對比紅細胞在功能血管中的運動來識別血管，對比充滿了細胞和碎片的間質液在燒傷組織間質中的運動來識別水腫。此外利用光學衰減系數映射以獲得組織損傷信息。招募4名燒傷患者，在受傷后3-6天內，選擇2–5個掃描點進行掃描。圖1D，E為兩個示例的B-frame斷面圖像，標示了血管深度（紅色虛線）和水腫邊界（黃色虛線）。圖1F，G為對應圖1D，E衰減映射后的B-frame斷面圖像，標示了組織損傷邊界（藍色虛線）。
圖1 原型OCT系統和手持探頭，以及兩種不同燒傷的B-frame斷面圖像。（A-C）OCT系統。（D，E）OMAG處理過的急性皮膚燒傷B-frame斷面圖像，紅色虛線為組織表面和血管深度，黃色虛線為水腫。（F,G）衰減映射后的B-frame斷面圖像，藍色虛線為組織損傷邊界。比例尺1 mm。
結果與討論
四名患者燒傷區域內的血管有明顯不同，尤其是血管密度和直徑（圖2A-D）。1號患者（圖2A）和3號患者（圖2C）對比最為明顯。對應的B-frame斷面圖像中依然可見這種差異（圖2E-H）。例如在圖2E中，受傷后仍然可見小的淺表血管，然而圖2G中相似尺寸的血管并不明顯。B-frame斷面圖像可以明顯觀察到四名患者的血管深度和他們之間的差異，以及不同深度的水腫情況（黃色虛線）（圖2E-H）。再次比較1號患者（圖2E）和3號患者（圖2G），水腫深度差異很大，似乎與血管深度一致，即血管越深，水腫越深。在結構上也可見患者之間的差異（圖2I-L）。衰減映射后的B-frame斷面圖像特征明顯，組織表面下存在明亮結構特征，如藍色虛線所示（圖2M-P）。
圖2 四名燒傷患者OCT掃描的正面和B-frame斷面圖像。（A-D）燒傷區域的正面血管圖像，血管深度從黃色（淺表）到藍色（深層）。（E-H）對應上方圖中白色虛線標記位置的B-frame斷面圖像。紅色虛線劃出組織表面和血管深度，黃色虛線為水腫邊界。（I-L）組織表面獲得的平均強度投影的正面衰減圖像。（M-P）對應上方圖片中白色虛線位置，衰減映射后的B-frame斷面圖像。藍色虛線為組織損傷邊界。比例尺1 mm。
每個患者的血管深度圖進一步強調了患者之間的差異（圖3A-D），血管較深的患者成像圖中黃綠色更多。同樣水腫深度圖（圖3E-H）和組織損傷深度圖（圖3I-L）也顯示，每個患者之間存在顯著差異，具有更深水腫和更深組織損傷的患者，成像圖中黃綠色更多。
圖3 血管深度、水腫深度和組織損傷深度圖。（A-D）四名燒傷患者的血管深度圖。右側顏色條代表從0-1500 μm。（E-H）水腫深度圖。右側顏色條代表從0–500 μm。（I-L）組織損傷深度圖。右側顏色條代表0-500 μm。比例尺1 mm。
研究人員對血管深度、水腫深度和組織損傷深度之間進行了定量比較（圖4、5）。圖4A-D為血管深度與每個患者的水腫深度的對比，圖4E為所有四名患者的比較。圖4F為兩種參數的相關圖，相關分析顯示r=0.8531，具有很強的相關性（95% CI: 0.5675–0.9548，P=0.0001）。
圖4 四名燒傷患者血管和水腫深度的量化關系圖。（A）1號患者的五次掃描的測量結果。（B）2號患者的兩次掃描的測量值。（C）3號患者的三次掃描的測量結果。（D）4號患者三次掃描的測量結果。（E）所有四名患者的測量結果。（F）所有四名患者的兩項測量值繪制出的相關性。黑色直線代表趨勢。虛線代表95%的預測帶。誤差線代表平均值的標準誤差。
圖5A-D為血管深度與組織損傷深度的對比，圖5E為所有四名患者的對比圖。圖5F為兩參數的相關圖。相關分析顯示r=0.6296，具有很強的相關性（95% CI: 0.1203–0.8765，P=0.0106）。
圖5 四名燒傷患者的血管和組織損傷深度的量化關系圖。（A）1號患者五次掃描的測量結果。（B）2號患者兩次掃描的測量值。（C）3號患者三次掃描的測量結果。（D）4號患者三次掃描的測量結果。（F）所有四名患者的測量結果。（G）所有四名患者的兩項測量值繪制出的相關性。黑色直線代表趨勢。虛線代表95%的預測帶。誤差線代表平均值的標準誤差。
小結
燒傷后皮膚的脈管系統的反應一直是科研醫護人員關注的問題，因為已知局部組織腫脹與皮膚損傷程度相關，通過測量急性燒傷后組織腫脹變化，可以更好的對燒傷程度進行劃分。本研究通過血管深度間接測量了組織腫脹情況，并將其與水腫深度和組織損傷深度關聯起來。研究發現的強相關性（r=0.8521，P=0.0001）可以作為評估血管損傷程度以及腫脹停止的可靠指標。通過測量膠原變性的深度，即組織損傷，并將其與血管深度相關聯（r=0.6296，P=0.0106），為損傷情況提供了更全面的評估。這三種方法結合在一起，能夠幫助評估者對皮下組織進行多方位的研究，這是單純視覺評估無法實現的。
本研究使用OCTshouci展示了血管深度、水腫深度和皮膚急性燒傷后組織損傷深度之間的相關性。雖然已知基于OCT的多種成像手段已被用于表征燒傷組織的特征，而OCTA也已被用于研究小規模傷口模型的特征，但它們從未被用于成像大規模、需要治療的燒傷傷口。雖然本研究還具有樣本量不足、需要半自動人工主觀識別等局限性，但仍提供了一個評估的新視角，未來技術的發展可能使其應用于更大的臨床研究中。
參考文獻：Deegan, Anthony J , S. P. Mandell , and R. K. Wang . "Optical Coherence Tomography Correlates Multiple Measures of Tissue Damage Following Acute Burn Injury." Quantitative Imaging in Medicine and Surgery 9.5(2019):731-741.