评估光动力血管损伤的光学监测技术(3)

Rajadhyaksha等人通过RCM活体观察皮肤组织真皮层的血管显微结构，指出毛细血管管径为～8 μm[24]。Aghassi等人利用RCM成功研究PDL治疗后樱桃状血管瘤病灶区域的组织病理、生理在4周内的动态变化过程，研究结果表明，PDL治疗前微血管管径分布为10～50 μm，治疗后RCM显微图片显示靶向区变得暗淡模糊，无法分辨靶向区的血管结构，随后出现炎症症状，直至4周后血管才恢复正常[38]。随后，Astner等人用RCM对PWS和蜘蛛痣等良性血管病变区域血管的直径、弯曲和扩张程度、密度进行了定量测量，对血液流速进行了定性分析，测量结果与组织病理分析基本一致[39]。最近Ren等人基于RCM显微观察经脉冲染料激光(PDL)治疗PWS术后血管响应[40]。研究结果指出PDL治疗PWS时，用脉宽1.5 ms更易引起靶向血管损伤。然而，RCM成像技术具有高时空分辨优势的同时，也存在自身技术的局限性，其成像深度浅(仅200～300 μm)，且测量过程中易受靶向血管的移动等因素影响。

2.1.4　漫反射光谱

漫反射光谱(Diffuse reflectance spectroscopy, DRS)是一种利用不同波长的光在组织中的传输规律测量组织光学特性参数的技术。在临床和实验研究中被广泛应用于血管管径，血液体积百分比及血氧饱和度的测量。由于DRS在短波段受血管管径影响很大，因此，通过在组织吸收系数的血红蛋白吸收项中引入一个与血管管径相关的校正因子，再对组织的漫反射光谱测量结果进行拟合分析，即可反演组织中血管的平均直径。

Veen等人首次利用DRS方法获得了人体不同部位皮肤血管的平均管径[26]。而后，Rajaram等人利用多层微流体装置模拟皮肤微血管，拟合结果验证了DRS测量血管直径的可行性，并指出正常组织与基底细胞癌组织中血管管径存在着差异[27]。Fredriksson等人则用Monte Carlo模拟的方式验证了DRS方法所测血管平均管径的精确度[41]。以上研究表明，DRS有望成为临床PDT治疗后靶向局部血管评估潜在临床技术，然其在活体测量结果的精确度还有待于更多实验验证。同时，DRS光谱数据所拟合获得的是检测有效范围内的平均血管管径，尚无法实时监测单一靶向血管PDT响应。

2.2　监测血流和血液灌注率的光学技术

血液的动态变化可用血流(Blood flow)和灌注率(Perfusion rate)两个参量描述局部的血管功能状态。血流表征的是单一血管的流量变化，而灌注率指的是区域血液的流入和流出量。通过对以上参量的监测可反映PDT对血流动力学变化的影响。用于监测血流和血液灌注率的光学技术如表2所示。

光学技术优点局限性激光多普勒血流仪[42-44]无损,快速测量,检测灵敏度高,已实现临床应用。探测靶面小,且接触式测量对局部血流产生影响;血流测量数值是相对量。激光多普勒成像[45-47]相比于激光多普勒血流仪,采用非接触,扫描探测,探测靶向面积更大,已实现临床应用。激光多普勒信号采集时间长(需数分钟),成像深度有限,空间分辨率有待进一步提高。激光散斑成像[48,49]无损,快速成像,通过不同的光学系统设计可实现大尺度成像。大视场成像时成像分辨率不高,成像深度有限。多普勒光学相干层析成像[45,50,51]成像速度快(8帧/s),成像分辨率高,非接触式,无标记,无损检测技术,已实现临床应用。对样品位置的稳定性要求较高,有限的频带宽度使测量值产生偏差。漫反射相关光谱法[52-54]无损,便携性好,检测深度深(达15mm);数据采集时间快(0.5～6s)空间分辨率低(1.0mm),无法获得血流变化的绝对值,测量时易受光纤抖动或和检测对象移动影响。反射共聚焦显微成像[25,55]实时动态测量血流变化,成像分辨率高(横向0.5～1.0μm,纵向3～5μm)。观测靶向目标视场小。

2.2.1　激光多普勒血流仪

Stern等人于1972年将激光多普勒血流仪(Laser doppler flowmetry, LDF)应用于监测皮肤血流变化。目前，LDF已被广泛应用于烧伤、皮肤病和血管病变的临床评估[42, 43]。LDF使用低功率的激光照射组织血管，组织穿透深度约为1.5～2 mm。探测光被静态组织和血液中移动的红细胞散射后，分成了原频率信号和多普勒频移信号两部份，后者的大小和频率分布与探测区域的血细胞数量和运动速度直接相关。随后从光探测器接收到的混频光强震荡中提取多普勒频移信息，通过信号处理算法反演出血流变化量。由于使用低功率激光作为探测光源，因此LDF测量克服了光源的组织热效应对测量结果的影响，且具有实时，无损，反应快，可连续测量等优点[44]。

Vervoorts等人利用LDF监测PDT对移植了肿瘤细胞的软黄膜和绒毛尿囊膜模型中血流速度的影响，结果发现PDT治疗能显著降低血液的流速[56]。Maar等人将LDF与其它无损监测手段相结合，对单次PDT治疗后，AMD患者眼部的血流动力学进行评估，得出血流参数变化量小于20%的结论[57]。为了研究PDT治疗后对眼部脉络膜新生血管的影响，Gaudry等人用LDF技术对14名AMD患者PDT治疗前后的脉络膜新生血管血流量进行了评估，同时也测量了未经PDT治疗的眼部血流。结果表明PDT治疗后眼部脉络膜新生血管中血流速度加快，而血流量减小，而未经PDT治疗的眼部血流参数没有明显的变化，验证了LDF技术的可靠性[58]。然而，LDF测量的是血流量的相对值，只能表征血流的变化量，因此无法对个体或个体的不同部位之间的血流量绝对值进行比较。同时，由于采用的是单光纤探头，LDF的探测面积很小。因为皮肤微循环的异质性，仅监测小面积的血流变化无法反映周围组织的血液灌注率。若要测量大面积的组织血液灌注量变化，只能将探头通过机械扫描的方式完成信号采集，这样既增加了数据采集时间，也增大了因患者移动而导致信号失真的几率[59]。此外，接触式测量会压迫组织而对待测部位周围的血流变化产生影响。

文章来源：《无损检测》 网址: http://www.wsjczzs.cn/qikandaodu/2021/0708/589.html