烧伤后的皮肤变化——利用OCT评估急性烧伤后组织损伤情况

对于烧伤皮肤，单纯的视觉评估会产生很多主观判断，虽然已经有可量化的参数用于表征烧伤后的血管和结构变化，但还没能够常规应用到评估方案中。华盛顿大学的学者使用基于光学相干断层扫描（OCT）的血管造影术（OCTA），探究了烧伤之后血管深度（如功能血管的深度）、水肿深度（如组织液积聚的深度）、组织损伤深度（如胶原变性的深度），以及它们之间的相关性。认为OCT可以提供以上信息，为皮肤烧伤定性提供可行的评估标准。研究成果以“Optical coherence tomography correlates multiple measures of tissuedamage following acute burn injury”为题发表于QuantImaging Med Surg。

研究背景
 

临床上对烧伤皮肤状态的评估，主要由经验丰富的外科医生通过视觉检查进行。通常会通过判读充血状况或形态学性质，对烧伤深度进行分类以规划后续的治疗计划。烧伤深度一般分为一度、二度、三度，其中二度分为浅二度和深二度，每一个等级都有其特点。一度烧伤通常表现出血管扩张和红斑或轻度红肿，表皮和真皮层完好无损。浅二度烧伤损害到真皮浅层，出现毛细血管损伤，形成水疱和明显水肿。深二度烧伤损害真皮深层，特点是显示出严重的血管损伤，导致闭塞、血栓形成和水肿，以及严重的表皮和皮肤损伤。三度烧伤损害全层皮肤，累及皮下组织或更深，显示出严重的血管闭塞迹象，表皮和真皮层完全破坏。

在临床中，即使是是专业的外科医生，目视检查的准确性仅为70-80%，位于组织表面以下或损伤周围的皮肤反应很难被察觉。为提诊断能力，研究人员已经开发出了很多成像方式，表1概述比较了一些关键成像模式的特征。

表1 用于评估烧伤创伤的成像模式的关键特征之间的比较。信息深度、分辨率、优点和缺点。


 

虽然有这么多方法，但目前视觉检查仍然是烧伤皮肤特征和分类的主要评估方式。为此研究人员试图使用基于光学相干断层扫描（OCT）的血管造影（OCTA）和衰减映射来识别血管深度、水肿深度和组织损伤深度之间的相关性。血管深度能够表示皮肤急性损伤后血管闭塞的程度。水肿是指组织细胞间隙内间质液和大分子的异常积聚，是二级烧伤的特征，是由于微血管通透性增加和烧伤组织内的压力变化导致。因此通过检测水肿的存在并测量其深度，帮助测量血管损伤。已知胶原蛋白受热会从棒状α-螺旋转化为随机螺旋构象，OCT能够反映出这种构象变化，因此通过测量胶原变性的深度，即可判断组织损伤情况。
  研究采用华盛顿大学专门开发的临床原型OCT系统（图1A）。扫描体积9 mm × 9 mm，穿透深度1.5 mm。OMAG算法处理OCTA信息，通过对比红细胞在功能血管中的运动来识别血管，对比充满了细胞和碎片的间质液在烧伤组织间质中的运动来识别水肿。此外利用光学衰减系数映射以获得组织损伤信息。招募4名烧伤患者，在受伤后3-6天内，选择2–5个扫描点进行扫描。图1D，E为两个示例的B-frame断面图像，标示了血管深度（红色虚线）和水肿边界（黄色虚线）。图1F，G为对应图1D，E衰减映射后的B-frame断面图像，标示了组织损伤边界（蓝色虚线）。
 

图1 原型OCT系统和手持探头，以及两种不同烧伤的B-frame断面图像。（A-C）OCT系统。（D，E）OMAG处理过的急性皮肤烧伤B-frame断面图像，红色虚线为组织表面和血管深度，黄色虚线为水肿。（F,G）衰减映射后的B-frame断面图像，蓝色虚线为组织损伤边界。比例尺1 mm。

结果与讨论

 

四名患者烧伤区域内的血管有明显不同，尤其是血管密度和直径（图2A-D）。1号患者（图2A）和3号患者（图2C）对比最为明显。对应的B-frame断面图像中依然可见这种差异（图2E-H）。例如在图2E中，受伤后仍然可见小的浅表血管，然而图2G中相似尺寸的血管并不明显。B-frame断面图像可以明显观察到四名患者的血管深度和他们之间的差异，以及不同深度的水肿情况（黄色虚线）（图2E-H）。再次比较1号患者（图2E）和3号患者（图2G），水肿深度差异很大，似乎与血管深度一致，即血管越深，水肿越深。在结构上也可见患者之间的差异（图2I-L）。衰减映射后的B-frame断面图像特征明显，组织表面下存在明亮结构特征，如蓝色虚线所示（图2M-P）。



 

图2 四名烧伤患者OCT扫描的正面和B-frame断面图像。（A-D）烧伤区域的正面血管图像，血管深度从黄色（浅表）到蓝色（深层）。（E-H）对应上方图中白色虚线标记位置的B-frame断面图像。红色虚线划出组织表面和血管深度，黄色虚线为水肿边界。（I-L）组织表面获得的平均强度投影的正面衰减图像。（M-P）对应上方图片中白色虚线位置，衰减映射后的B-frame断面图像。蓝色虚线为组织损伤边界。比例尺1 mm。
 

每个患者的血管深度图进一步强调了患者之间的差异（图3A-D），血管较深的患者成像图中黄绿色更多。同样水肿深度图（图3E-H）和组织损伤深度图（图3I-L）也显示，每个患者之间存在显著差异，具有更深水肿和更深组织损伤的患者，成像图中黄绿色更多。
 

图3 血管深度、水肿深度和组织损伤深度图。（A-D）四名烧伤患者的血管深度图。右侧颜色条代表从0-1500 μm。（E-H）水肿深度图。右侧颜色条代表从0–500 μm。（I-L）组织损伤深度图。右侧颜色条代表0-500 μm。比例尺1 mm。
 

研究人员对血管深度、水肿深度和组织损伤深度之间进行了定量比较（图4、5）。图4A-D为血管深度与每个患者的水肿深度的对比，图4E为所有四名患者的比较。图4F为两种参数的相关图，相关分析显示r=0.8531，具有很强的相关性（95% CI: 0.5675–0.9548，P=0.0001）。
 

图4 四名烧伤患者血管和水肿深度的量化关系图。（A）1号患者的五次扫描的测量结果。（B）2号患者的两次扫描的测量值。（C）3号患者的三次扫描的测量结果。（D）4号患者三次扫描的测量结果。（E）所有四名患者的测量结果。（F）所有四名患者的两项测量值绘制出的相关性。黑色直线代表趋势。虚线代表95%的预测带。误差线代表平均值的标准误差。

图5A-D为血管深度与组织损伤深度的对比，图5E为所有四名患者的对比图。图5F为两参数的相关图。相关分析显示r=0.6296，具有很强的相关性（95% CI: 0.1203–0.8765，P=0.0106）。
图5 四名烧伤患者的血管和组织损伤深度的量化关系图。（A）1号患者五次扫描的测量结果。（B）2号患者两次扫描的测量值。（C）3号患者三次扫描的测量结果。（D）4号患者三次扫描的测量结果。（F）所有四名患者的测量结果。（G）所有四名患者的两项测量值绘制出的相关性。黑色直线代表趋势。虚线代表95%的预测带。误差线代表平均值的标准误差。

小结
 

烧伤后皮肤的脉管系统的反应一直是科研医护人员关注的问题，因为已知局部组织肿胀与皮肤损伤程度相关，通过测量急性烧伤后组织肿胀变化，可以更好的对烧伤程度进行划分。本研究通过血管深度间接测量了组织肿胀情况，并将其与水肿深度和组织损伤深度关联起来。研究发现的强相关性（r=0.8521，P=0.0001）可以作为评估血管损伤程度以及肿胀停止的可靠指标。通过测量胶原变性的深度，即组织损伤，并将其与血管深度相关联（r=0.6296，P=0.0106），为损伤情况提供了更全面的评估。这三种方法结合在一起，能够帮助评估者对皮下组织进行多方位的研究，这是单纯视觉评估无法实现的。
 

本研究使用OCT首次展示了血管深度、水肿深度和皮肤急性烧伤后组织损伤深度之间的相关性。虽然已知基于OCT的多种成像手段已被用于表征烧伤组织的特征，而OCTA也已被用于研究小规模伤口模型的特征，但它们从未被用于成像大规模、需要治疗的烧伤伤口。虽然本研究还具有样本量不足、需要半自动人工主观识别等局限性，但仍提供了一个评估的新视角，未来技术的发展可能使其应用于更大的临床研究中。

参考文献：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.