评估光动力血管损伤的光学监测技术(2)

2.1　监测血管形态和结构的光学技术

浅层毛细血管扩张是PWS和胃窦血管扩张症的特点，有效的评估病灶部位的血管结构、扩张程度和分布情况，是优化V-PDT治疗剂量的前提[15, 16]。此外，评估V-PDT治疗后病变血管的收缩和栓塞情况，为制定后续V-PDT个性化治疗方案提供有效参考，已用于监测血管形态和结构的光学技术如表1所示。

光学技术优点局限性光学相干层析成像[17-20]具有实时,无损和高分辨成像特点,同时结合断层扫描成像可以获得血管三维分布信息;采集时间快,获得一幅1024×200×1536的3D图像仅需3.44s;已进行临床应用。组织体的穿透深度只有(1～3mm),主要应用于眼底黄斑血管及浅表血管评估。 光声成像[21-23]成像对比度高,可实现多尺度高分辨率(横向分辨率达5μm),无损成像,成像深度深;选用适当的波长可实现血管中血氧功能成像。成像面积还有待增大,超声换能器的灵敏度,以及转换频率,频带有待提高,局限于实验研究。反射共聚焦显微成像[24,25]高空间分辨率(横向0.5～1.0μm,纵向3～5μm)具有“光切”功能。观察视场较小(～150μm),探测深度有限。漫反射光谱[26,27]通过MonteCarlo模拟漫反射光谱方法获得靶向测量区的血管平均管径,血氧饱和度等,检测技术简单,容易实现。监测范围小,获得的是拟合的平均管径,无法获得单一血管管径信息。

2.1.1　光学相干层析成像

美国麻省理工学院Huang等人提出了光学相干层析成像技术(Optical coherence tomography, OCT)，该技术是一种非接触、高分辨的层析成像技术[28]。OCT的核心是迈克尔逊干涉仪，通过改变参考臂的位置，获取不同深度的组织血管结构和分布信号，随后分析光信号可数字还原出组织结构的三维图像。OCT具有实时，无损和高分辨等优点，但其对不透明组织的穿透深度仅为1～3 mm，使OCT的应用仅限于透明组织(如眼睛)和浅表的血管评估[18]。最近，Gao等人构建了一谱域OCT成像系统，获得了裸鼠皮窗模型下微血管的三维分布图像[19]。该系统可实时获得血管分布的断层扫描结构图像以及血流信息，为基于小鼠皮窗微血管模型的相关研究提供了有力的光学监测手段。

鉴于OCT 在眼睛以及浅表皮肤血管的成像优势， Rogers等人用OCT检测了PDT治疗AMD患者后眼底血管的变化，结果显示OCT能有效的应用于临床并有助于了解患者眼底的新生血管结构变化[29]。赵士勇等人用中心波长为1 310 nm的超辐射发光二极管，合理优化信号臂和参考臂光强比例以及偏振控制，实现了PWS的在体成像[30]。此外，他们还对41例患者的PWS血管和正常血管进行了比较，获得了PWS患者表皮厚度，血管直径和深度等组织参数。这为临床PDT治疗PWS，进行光敏剂剂量和光剂量优化提供了重要的参考数据[31]。

2.1.2　光声成像

当生物组织受到周期性强度调制的光照射时，靶向组织的温度升降变化会促使组织的体积缩涨而产生超声波，即为光声效应；超声波的振幅由物体局部光吸收系数决定，吸收光能量的多少决定了超声波的强度。光声成像(Photoacoustic imaging)是利用光声转换效应的新兴无损成像技术。其通过超声换能器接收组织体表附近的光声信号，而后根据生物组织对光的吸收分布反演组织结构。光声成像不但具有光学成像技术的高对比度、高分辨率，并且具有超声成像技术高穿透深度等优点。因此，光声成像技术具有广阔的应用前景[32, 33]。

在血管组织结构参数测量方面，Viator等人成功利用光声成像技术测定了PWS病变血管距离表皮的距离[34]。Kolkman等用光声成像技术测定PWS病变血管深度的同时，还测量了PWS病变血管层的厚度，为治疗剂量优化提供参考[35]。Zhang等人采用背向探测方式，观测了皮肤血管和小鼠肿瘤血管，成像深度达5 mm[36]。此外，Wang等人拓展了光声成像技术的功能不仅获得了血管的分布图像，同时获得了靶向血管的血氧分布信息，并以此参量明确地区分了动静脉管分布，有助于针对不同血管性疾病实现精确靶向PDT治疗[37]。尽管目前光声成像多用于实验室研究阶段，但作为一个快速发展的研究领域，光声成像技术有望实现血管疾病相关的临床影像诊断应用。

2.1.3　反射共焦显微镜

反射共焦显微镜(Reflectance confocal microscopy, RCM)基本原理是利用低功率的近红外激光横向扫描待测样品，根据共聚焦的原理，只对物镜聚焦点位置的物体进行成像，并通过针孔消除聚焦点外物体反射光的干扰，使RCM具有高空间分辨率(横向0.5～1.0 μm，轴向3～5 μm)，因此能对组织进行细胞水平的观察[25]。同时，高时间分辨率(33毫秒每帧)使RCM具有观察组织动态变化(如血流变化)的能力。

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