血管異常可能在皮膚病中起著至關重要的作用，如銀屑病、葡萄酒色斑和皮膚癌。為了解這些膚狀況下血管網絡的情況，來自美國和中國的研究人員Jia Qin等使用基于OCT的UHS-OMAG成像系統，對銀屑病患者的正常皮膚和病變皮膚進行了成像，并定性定量比較了正常與病變皮膚的微循環差異和結構差異。證明UHS-OMAG可用于皮膚微循環和量化微血管血管密度的可視化研究。該研究以“In vivo volumetric imaging of microcirculationwithin human skin under psoriatic conditions using optical microangiography”為題發表于Lasers Surg Med.。

 

研究背景
 

銀屑病是一種慢性炎癥性皮膚病，在西方國家影響著約2%的人口。有研究發現損傷皮膚的真皮微血管擴張突出，表明銀屑病是血管生成依賴的。Ryan（1969）闡明了銀屑病表皮微循環從weisuo到肥大的變化，明確描述了銀屑病斑塊中毛細血管隨時間的延長過程。Creamer（2002）使用光學顯微鏡證明了淺表乳頭狀真皮中的微血管長度較短，以及銀屑病病變皮膚中淺表毛細血管存在擴張和伸長。因此皮膚的微血管系統在臨床診斷和治療中具有重要的參考意義。

 目前對皮膚內脈管系統進行體內成像的方法也有很多，如毛細血管鏡和視頻毛細血管鏡，但成像深度較淺（< 100μm）。激光多普勒灌注成像（LDI）和動態激光散斑成像（LSI）技術在皮膚病學中被廣泛用于評估血管異常，二者都是基于血管中運動粒子（如紅細胞）反向散射的光所產生的多普勒效應，能夠提供實時二維皮膚血流圖。然而上述方法都存在深度不夠的問題，無法用來準確評估病變皮膚微循環。光聲顯微鏡能夠以高穿透深度（> 1 mm）提取微血管信息。基于血紅蛋白在500-600 nm范圍內的內源性吸收效應，該方法可以無創地提供體積血管信息。但它對人體皮膚內的微循環成像的空間分辨率較低（> ~50 m），不足以可視化毛細血管。

 光學相干斷層掃描（OCT）能夠以高分辨率和高靈敏度對生物組織進行無創3D成像。基于該技術開發出的相位分辨多普勒光學相干斷層掃描（PRDOCT）能夠獲得功能血管中的血流速度信息。PRDOCT已被用于嚙齒動物模型中的腦血流和心臟成像等研究。盡管PRDOCT具有高分辨率和對血流的高靈敏度，但其成像效果受樣品光學均勻性和移動情況影響較嚴重。光學顯微血管造影術（OMAG）也是基于OCT擴展出的成像技術，利用血管內流動血細胞的內源性光散射來產生成像對比度，能夠對約2 mm深度的微循環組織內動態血液流進行無創3D成像。最新的超高靈敏度OMAG （UHS-OMAG）對血流的靈敏度可達4μm/s，已成功地用于對小鼠大腦皮層和人類皮膚以及人類視網膜內的微循環進行成像。

 本文的主要目的是證明UHS-OMAG能夠對正常和病變皮膚的皮下血管進行活體無創評估。選取了一名男性銀屑病患者的一個銀屑病斑塊（圖1），使用UHS-OMAG系統（圖2）進行成像及定量統計分析。結果證實了UHS-OMAG能夠區分銀屑病病變和正常皮膚中的微血管網，二者的微血管網絡存在顯著差異。

 

圖1 成像區域。黃色方框（1）為正常皮膚；紅色方框（2）為銀屑病病變皮膚；

 

圖2 本研究中的UHS-OMAG系統示意圖。SLD為超發光二極管；PC為偏振控制器；CCD為電荷耦合裝置；

 

結果與討論
 

01-橫截面圖像和三維體積圖像
 

得到正常和病變部位的截面結構和血管圖像（圖4），其中較明顯的特征是病變皮膚中的乳頭血管（圖4d紅色箭頭）比正常皮膚中的乳頭血管（圖4b黃色箭頭）更豐富且更長。病變區域中擴張的淺表微血管緊鄰著上覆的無血管表皮。

 

圖4 正常和病變部位的截面圖像。（a）正常皮膚結構；（b）正常皮膚對應血管；（c）銀屑病病變皮膚；（d）病變皮膚對應血管；其中黃色和紅色箭頭為一些代表性的血管。
 

將橫截面血流圖像與連續的結構圖像結合在一起實現組織形態和微脈管系統的三維可視化（圖5）。圖5 （a）和（b）分別為正常皮膚和病變皮膚的重疊三維視圖，銀屑病皮膚中的乳頭環看起來比較細長，而且病變皮膚中的血管比正常皮膚中的血管密集得多。


 

圖5 使用HUS-OMAG獲得的正常皮膚（a）和銀屑病病變皮膚（b）的，融合了微循環的體積圖像舉例，尺寸2×2×2.2 mm³。

 

02-不同深度的正面微循環圖像
 

圖6為正常皮膚（上排）和銀屑病病變皮膚（下排）不同深度位置微循環的正面成像圖，病變皮膚內的微循環與正常皮膚*不同。正常皮膚約210 μm深度處觀察不到明顯的血管網（圖6a），表明該深度層一定屬于表皮層，因為從解剖學上正常表皮層中沒有血管。對應同深度病變皮膚，可以看到血管亮點（圖6f），為表皮和真皮之間連接處的乳頭狀環。這意味著病變皮膚的表皮層比正常皮膚的表皮層薄。
 

圖6b為正常皮膚約340 μm深度的毛細血管環，有一些代表性的乳頭狀環（1標記）。這些乳頭環水平穿過乳頭層，通過在乳頭叢中形成毛細血管環來連接真皮小動脈和小靜脈。在病變皮膚中，由于血管延長和微血管新生，乳頭血管亮點（f中2標記，g中3標記）出現在相對較深的區域。在約530 μm深度，由于血管生成，病變皮膚中的血管網絡（圖6h）比正常皮膚中的血管網絡（圖6c）更密集。比較更深處的血管網絡（圖6d和i，e和j），也可以直接觀察到這種血管生成現象。
 

圖6 正常皮膚（上排）和銀屑病病變皮膚（下排）不同深度的正面圖像（x-y平面）。從左到右深度依次為：~210 µm （a和f），~340 µm （b和g），~530 µm （c和h），~720 µm （d和i），~870 µm （e和j）。

 03-量化和統計分析
 研究人員將血管密度（blood vessel density, BVD）量化，用于比較正常皮膚和病變皮膚內血管模式差異。本研究中BVD=血管面積（BVA）/組織斷片總面積（SA），根據像素數確定數值。得到BVD值正態分布圖（圖7）。
 

圖7 血管密度（BVD）直方圖。藍色為正常皮膚，紅色為銀屑病病變皮膚。

 為統計評估正常皮膚和病變皮膚內血管密度的差異，使用了零假設（H0）和備擇假設（HA）。H0為銀屑病病變皮膚的BVD平均值與正常皮膚的BVD平均值沒有區別。HA為銀屑病病變皮膚的BVD平均值明顯大于正常皮膚的BVD平均值。使用t檢驗進行統計分析。結果顯示正常人和銀屑患者皮膚中的血管密度之間差異顯著，P值＜0.001（圖8）。正常皮膚的血管密度（0.3687 ± 0.0422）明顯小于銀屑病皮損的血管密度（0.5286 ± 0.0603）。

 

圖8 正常和銀屑病病變皮膚的BVD誤差柱形圖。（n=50 per group, *P <0.001 at α=0.01）

 

全文小結
 

本文的成像結果表明，UHS-OMAG成像系統能夠用于成像正常和銀屑病病變皮膚下的微循環系統，且銀屑病病變皮膚中的血管密度與正常皮膚中的血管密度相比具有統計學上的顯著差異。因此UHS-OMAG成像系統的具有足夠的靈敏度和成像速度來識別人體皮膚內的微循環，除銀屑病外，在皮膚癌和葡萄酒色斑等皮膚疾病的診斷和治療評估中也能夠起到非常大的幫助作用。隨著該技術的發展和應用，我們可以期望UHS-OMAG在人類皮膚臨床診斷和治療評估中發揮出巨大的價值。 參考文獻：Qin, Jia , et al. "In vivo volumetric imaging of microcirculation within human skin under psoriatic conditions using optical microangiography." Lasers in Surgery & Medicine 43.2(2015):122-129.