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       微循環(huán)疾病近年來被廣泛關(guān)注，盡管我們知道微循環(huán)在調(diào)節(jié)生理機(jī)能方面和疾病發(fā)生發(fā)展方面有著十分重要的作用，但是目前我們對(duì)其仍然知之甚少，而隨著醫(yī)學(xué)影像學(xué)的突破近年來一些無損微循環(huán)成像技術(shù)走上了科研與臨床的舞臺(tái)。今天就讓我們借著一篇研究皮膚微循環(huán)成像技術(shù)的綜述來盤點(diǎn)一下目前科研及臨床領(lǐng)域中的微循環(huán)無損成像技術(shù)吧！我們知道皮膚上微血管構(gòu)成主要在真皮層和皮下組織中（如下圖）。真皮層通常1-4mm厚里面包含血管，淋巴管，毛囊，腺體等組織結(jié)構(gòu)。而皮下組織厚度為5-20mm主要由脂肪組織構(gòu)成。而其真皮層的毛細(xì)血管主要為淺表乳頭血管叢、網(wǎng)狀神經(jīng)血管叢，皮下組織中為皮下血管從如下圖。

圖一：皮膚血管系統(tǒng)。（a） 健康皮膚圖，突出三個(gè)主要層：表皮、真皮和皮下組織。（b）健康皮膚血管系統(tǒng)圖，分為三層：淺表乳頭血管叢、網(wǎng)狀神經(jīng)血管叢和皮下血管叢。（c） 突出顯示乳頭狀和網(wǎng)狀神經(jīng)叢血管的圖，為（b）中的黑色方塊。當(dāng)我們需要檢測(cè)皮膚中的微循環(huán)時(shí)工作人員大多通過其檢測(cè)的目的，環(huán)境，所需的詳細(xì)程度、感興趣區(qū)域的位置、穿透要求進(jìn)行預(yù)期分析，選擇不同的成像技術(shù)。圖二中簡要介紹一些常用的皮膚成像方法，從分辨率以及穿透深度兩個(gè)角度顯示了幾種成像方式的差別。圖二中表明共距焦顯微鏡具有高分辨率，但穿透能力有限，光學(xué)相干層析成像（OCT）相比較是更平衡的具有一定的穿透深度和良好的分辨率，超聲檢查等具有強(qiáng)大的穿透能力，但分辨率有限。

圖二：常用的皮膚血管成像模式，圖標(biāo)中XY軸分別表示成像分辨率和穿透深度。左一圓點(diǎn)所示為共聚焦顯微鏡，穿透深度>100µm，分辨率為1µm；左二為光學(xué)相干層析成像（OCT），穿透深度>1 mm，分辨率為10µm；左三為超聲成像，超聲穿透深度可達(dá)10 cm，分辨率超過10µm。
pifujing

圖三：pifujing和毛細(xì)血管鏡檢查。（a） 酒渣鼻患者的pifujing成像，顯示呈多邊形網(wǎng)絡(luò)排列的線性血管。（b） pifujing檢查一例晚期脂質(zhì)壞死性病變的患者，顯示細(xì)長的、分叉的、集中的蛇形血管。（c） （d）兩種不同倍數(shù)的甲襞微血管的pifujing圖像。（e） 和（f）分別與（c）和（d）相關(guān)的高倍率（300倍）毛細(xì)血管鏡圖像。（c） 和（e）取自原發(fā)性雷諾氏現(xiàn)象的患者，顯示正常的發(fā)夾狀毛細(xì)血管環(huán)；而（d）和（f）取自系統(tǒng)性硬化癥患者，顯示環(huán)變寬、無血管和出血。

       pifujing是除了肉眼評(píng)估外，評(píng)估皮膚微血管zuijingji的方法，pifujingzuizao用于提高黑色素瘤的檢測(cè)，它是利用一種手持式放大鏡，來評(píng)估通過光譜反射率，通常在10倍放大鏡下觀察表皮的色素結(jié)構(gòu)。該方式可以對(duì)黑色素細(xì)胞性皮膚腫瘤與非黑色素細(xì)胞性皮膚腫瘤以及良性與惡性無色素皮膚腫瘤進(jìn)行分類。例如，Zaluadek等人，用pifujing檢查有色素和無色素的鮑恩氏病或鱗狀細(xì)胞在重復(fù)的血管和結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)發(fā)現(xiàn)，pifujing檢查可提高此類疾病的診斷準(zhǔn)確性。

激光多普勒血流測(cè)量與灌注成像

圖四：激光多普勒灌注成像（LDPI）。（a） 顯示LDPI裝置典型布置的示意圖。（b） 食指浸泡在冰水中前、后、后3分鐘和10分鐘后的血流密度指數(shù)。

       激光多普勒血流測(cè)量（LDF）與聲波類似，該技術(shù)基于發(fā)射激光通過光纖傳輸，激光束被所研究組織散射后有部分光被吸收。擊中血細(xì)胞的激光波長發(fā)生了改變（即多普勒頻移），而擊中靜止組織的激光波長沒有改變。這些波長改變的強(qiáng)度和頻率分布與監(jiān)測(cè)體積內(nèi)的血細(xì)胞數(shù)量和移動(dòng)速度直接相關(guān)。通過接收光纖，這些信息被記錄并且轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行分析。LDF的一個(gè)關(guān)鍵特性是，它可以在任何時(shí)間從單個(gè)點(diǎn)或容器進(jìn)行流量測(cè)量，這意味著它可以提供連續(xù)、實(shí)時(shí)的流量信息。然而，這也是LDF的一個(gè)顯著缺點(diǎn)使用單個(gè)點(diǎn)或容器進(jìn)行流量分析可能導(dǎo)致測(cè)量值的高可變性，因?yàn)槲⒀鼙旧硎遣痪鶆虻模⑶伊髁靠梢栽诳臻g和時(shí)間上變化。另外，由于LDF測(cè)量的是單點(diǎn)流量，所以它不能提供可見的血管形態(tài)或密度測(cè)量的信息。目前多用于科研中腦血流評(píng)估、下肢缺血、皮膚/斑貼試驗(yàn)等，臨床中多用于外周血管疾病評(píng)估、PAD/CLI診斷、不愈合傷口、血管重建評(píng)估、截肢平面判定、高壓氧、皮瓣監(jiān)測(cè)、雷諾病、燒傷評(píng)估等。

激光散斑對(duì)比成像

圖五：激光散斑對(duì)比成像（LSCI）。（a） 顯示LSCI設(shè)置典型布置的示意圖。（b） 中風(fēng)患者左手背的傳統(tǒng)LSCI。（c） （b）中同一患者的雙波長LSCI，感興趣區(qū)域用黑色箭頭突出顯示。（d） 灌注指數(shù)信號(hào)來自于（c）中突出顯示的三個(gè)感興趣區(qū)域，手指、靜脈和皮膚組織。色階表示0（低）–260（高）的灌注指數(shù)。比例尺代表15毫米。

       當(dāng)相干光從粗糙表面反射或從含有散射物質(zhì)的介質(zhì)內(nèi)部后向散射或透射時(shí)，會(huì)形成不規(guī)則的強(qiáng)度分布，出現(xiàn)隨機(jī)分布的斑點(diǎn)。粗糙表面和介質(zhì)中散射子可以看作是由不規(guī)則分布的大量面元構(gòu)成，相干光照射時(shí)，不同的面元對(duì)入射相干光的反射或散射會(huì)引起不同的光程差，反射或散射的光波動(dòng)在空間相遇時(shí)會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。當(dāng)數(shù)目很多的面元不規(guī)則分布時(shí)，可以觀察到隨機(jī)分布的顆粒狀結(jié)構(gòu)的圖案，這就是光通過散射介質(zhì)和自由空間傳播時(shí)形成的散斑（顆粒狀結(jié)構(gòu)斑點(diǎn)稱為散斑）。LSCI已經(jīng)被用于許多臨床前-和臨床研究；例如，作為冠狀動(dòng)脈疾病患者的微血管功能研究工具和預(yù)測(cè)小兒燙傷愈合時(shí)間的機(jī)制研究。考慮到LSCI的簡單性及其相對(duì)于其他成像技術(shù)的假定優(yōu)勢(shì)，它已經(jīng)與LDF116和LDPI117在皮膚成像能力方面進(jìn)行了比較。例如，Tew等人比較了LSCI用LDF評(píng)價(jià)閉塞后反應(yīng)性充血（PORH）微血管功能并得出結(jié)論，雖然LSCI總體上比LDF更具可復(fù)制性，但很可能是由于較低的位點(diǎn)間變異性，LSCI的敏感性增加使得低血流量區(qū)域的成像出現(xiàn)不可重復(fù)等問題。

動(dòng)態(tài)光學(xué)相干層析成像（DOCT）

圖六：動(dòng)態(tài)光學(xué)相干斷層掃描（dOCT）健康皮膚血管系統(tǒng)，其中正面OCT結(jié)構(gòu)圖像（灰色）覆蓋血管信息（紅色）。（a） 左臉頰的正面圖像。（b） 左手食指指尖的正面圖像。（c） 右腿的正面圖像。（d） 左臂的正面圖像。（e） 后背的正面圖像。（f） 左手食指左側(cè)甲襞的正面圖像。（g） 右腿的橫截面圖像。許多不同的血管形態(tài)被表示出來，例如活體指紋，（b），網(wǎng)狀圖案，（c），逗號(hào)和圓點(diǎn)，（d）和（e）。所有正面圖像表示6 x 6 mm的視野和6 x 2 mm的橫截面圖像。

       DOCT技術(shù)是將OCT技術(shù)進(jìn)行拓展加入多普勒測(cè)量血流及血流方向的一種成像方式，原理上類似超聲多普勒，但是能夠包含更多信息，DOCT將多普勒原理與OCT結(jié)合起來，可達(dá)到10µm的空間分辨率，血流識(shí)別靈敏度可識(shí)別低至10µm/s的血液流速。DOCT用于微血管成像的限制之一是多普勒效應(yīng)取決于探頭與血流方向之間的角度，這意味著使用此方法收集的數(shù)據(jù)會(huì)受到相當(dāng)大的人員操作影響。
光學(xué)相干斷層血管成像（OCTA）

圖七：小鼠創(chuàng)傷模型和人體模型的光學(xué)相干斷層血管造影（OCTA）。（a） –（d）小鼠傷口模型愈

合OCTA圖像在7周的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)。顯示了在愈合過程中微血管的變化。（e） –（h）分別對(duì)應(yīng)于（a）–（d）的橫截面圖像。所示為結(jié)構(gòu)變化。（i） –（l）人體傷口模型愈合OCTA圖像。再次顯示了愈合過程中的微血管變化。（m） –（p）分別對(duì)應(yīng)于（i）–（l）的橫截面圖像。顯示微血管改變。（q） –（t）分別對(duì)應(yīng)于（i）–（l）的橫截面圖像。所示為結(jié)構(gòu)變化。比例尺代表1毫米。

       OCTA技術(shù)是近年來zuishou人推崇的一種微血管成像技術(shù)，作為OCT的功能延伸，越來越多地用于體內(nèi)臨床前和臨床應(yīng)用。OCTA起初是用來檢測(cè)眼底視網(wǎng)膜血管成像，但是隨著技術(shù)和算法的提升越來越多的將其用來檢測(cè)皮膚和其他組織微血管成像，與以上技術(shù)相比其擁有較高的分辨率能達(dá)到微米級(jí)并隨著技術(shù)的突破分辨率不斷提升，并且由于其原理為檢測(cè)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)接受光信號(hào)，所以無需使用任何標(biāo)記可以記錄真實(shí)的血管內(nèi)血流圖像。目前已有學(xué)者將其應(yīng)用于檢測(cè)皮膚創(chuàng)傷及燒傷后的微循環(huán)改變，而且也有一些科研人員在將其引入臨床手術(shù)用于引導(dǎo)成像輔助操作進(jìn)行。

圖八：燙傷后24小時(shí)的光學(xué)相干斷層攝影術(shù)（OCTA）。圖中是一張右手腕背部燙傷的照片。三個(gè)紅色方框代表三個(gè)感興趣的區(qū)域：（a）–（c）。（a） –（c）燙傷傷口的正面圖。圖示為兩個(gè)邊界掃描（a）和（c）以及傷口中心掃描（b）。邊界掃描清晰可見血管密度的變化與傷口的形狀相一致。與傷口周圍皮膚相比，傷口內(nèi)的毛細(xì)血管密度顯著增高。（d） –（f）皮膚結(jié)構(gòu)的橫截面圖像，分別與（a）–（c）中的白色穿孔線相關(guān)。（g） –（i）皮膚血管系統(tǒng)的橫截面圖像；同樣，分別與（a）–（c）中的白色穿孔線相關(guān)。血管密度在這里，再次出現(xiàn)在傷口內(nèi)最密集。色條代表用顏色編碼的血管深度。比例尺代表1毫米。

光聲成像技術(shù)

圖九：光聲成像示意圖和兩個(gè)示例圖像。    （a） 所示為生物組織如何吸收脈沖光，然后引起熱膨脹和超聲波傳感器可以檢測(cè)到的聲波發(fā)射。（b） 一種zuida強(qiáng)度投影的光聲圖像，位于同一圖像旁邊，通過顏色編碼表示血管深度。圖右下角的編號(hào)表示容器深度，單位為mm。

       光聲成像是一種混合成像方式，當(dāng)脈沖激光照射到（熱聲成像則特指用無線電頻率的脈沖激光進(jìn)行照射）生物組織中時(shí)，組織的光吸收域?qū)a(chǎn)生超聲信號(hào)，我們稱這種由光激發(fā)產(chǎn)生的超聲信號(hào)為光聲信號(hào)。生物組織產(chǎn)生的光聲信號(hào)攜帶了組織的光吸收特征信息，通過探測(cè)光聲信號(hào)能重建出組織中的光吸收分布圖像。光聲成像結(jié)合了純光學(xué)組織成像中高選擇特性和純超聲組織成像中深穿透特性的優(yōu)點(diǎn)，可得到高分辨率和高對(duì)比度的組織圖像，從原理上避開了光散射的影響，突破了高分辨率光學(xué)成像深度“軟極限”（~1 mm），可實(shí)現(xiàn)50 mm的深層活體內(nèi)組織成像。但其技術(shù)仍處于不成熟階段，具有采集數(shù)據(jù)慢，體積大等缺點(diǎn)，尚未被廣泛使用。

空間頻域成像（SFDI）

圖十：個(gè)人右手的SFDI成像。（a） SFDI采集的原始數(shù)據(jù)具有圖案結(jié)構(gòu)照明可見。（b） 由（A）導(dǎo)出的簡化散射圖。（c） 由（A）導(dǎo)出的剖面校正吸收?qǐng)D。

       空間頻域成像（SFDI）是另一種新型的成像方式，可用來評(píng)價(jià)皮膚血流灌注。SFDI具有寬視野、wuchuang成像的特性，利用皮膚的光學(xué)特性和生化成分來產(chǎn)生結(jié)構(gòu)特征和生色團(tuán)（如血紅蛋白）濃度的組織圖。最初由Cuccia等人提出并應(yīng)用。在廣泛應(yīng)用于皮膚研究之前，它通常測(cè)量空間調(diào)制光的漫反射系數(shù)，此技術(shù)的原理是通過量化組織（即在此情況下的皮膚）減少的散射系數(shù)和光學(xué)吸收（µs和µα），同時(shí)成像皮膚的表面結(jié)構(gòu)特征，并通過評(píng)估氧合血紅蛋白含量來間接監(jiān)測(cè)皮膚的血管健康狀況。但由于其特性要求被測(cè)試者處于靜止不動(dòng)狀態(tài)要求較高，和成像速度不足，導(dǎo)致其目前也仍處于不成熟的狀態(tài)。

       好了今天關(guān)于微循環(huán)成像技術(shù)的盤點(diǎn)就到這里了，我們總結(jié)一下，目前微循環(huán)成像技術(shù)有很多種但都由于其技術(shù)限制，或應(yīng)用條件的苛刻導(dǎo)致沒有一種十全十美的技術(shù)，但是近年來如OCTA，光聲成像等技術(shù)的不斷進(jìn)步使我們的微循環(huán)成像水平在不斷的提升，使我們眼前一亮。雖然現(xiàn)在有些技術(shù)仍有缺陷但是相信不久的將來多技術(shù)的融合和提升將為微循環(huán)成像帶上一個(gè)新的臺(tái)階。

參考文獻(xiàn):

Deegan AJ, Wang RK. Microvascular imaging of the skin. Phys Med Biol. 2019;64(7):07TR01. Published 2019 Mar 21. doi:10.1088/1361-6560/ab03f1