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光學(xué)相干斷層掃描監(jiān)測急性中風(fēng)進(jìn)展
華盛頓大學(xué)光學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的著名專家王瑞康教授在頂級期刊IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING（IF：7.816）發(fā)表文章《Monitoring Acute Stroke Progression: Multi-Parametric OCT Imaging of Cortical Perfusion, Flow, and Tissue Scattering in a Mouse Model of Permanent Focal Ischemia》文中采用光學(xué)相干斷層掃描成像的方法監(jiān)測急性中風(fēng)的腦部病理改變，這對腦部中風(fēng)等神經(jīng)血管疾病提供了一種新的研究方向和監(jiān)測手段。接下來讓我們看看這篇文獻(xiàn)的內(nèi)容吧。
腦缺血性中風(fēng)導(dǎo)致腦組織的損傷，其特征在于神經(jīng)元和血管之間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)。在其發(fā)展的早期階段進(jìn)行成像可以預(yù)測組織梗塞和半身不遂疾病的發(fā)生與發(fā)展，從而確定最佳干預(yù)治療方案，以其對挽救腦功能損害。本文研究了光學(xué)相干斷層掃描（OCT）對活體實驗?zāi)Ｐ偷娜毖宰渲屑毙該p傷成像。根據(jù)OCT成像提供的內(nèi)源性光散射信號，作者開發(fā)了一個集成的成像平臺，可以測量皮質(zhì)組織內(nèi)血液灌注，血流，紅細(xì)胞速度和光衰減的變化，在小鼠模型中局灶性腦缺血期間。在急性期（從閉塞后5分鐘到最初幾個小時），使用多參數(shù)OCT成像顯示模型體內(nèi)多種血流動力學(xué)和組織散射反應(yīng)，包括腦血流量不足，毛細(xì)血管非灌注，穿透血管移位，并通過三氯四唑氯化鋅的死后染色確定驗證。
MCAO模型建立后不同時間光學(xué)斷層掃描血流成像
MCAO模型建立后不同時間CBF血流范圍圖與光學(xué)斷層掃描血流成像疊加
首先本文中作者利用光學(xué)相干斷層掃描的光學(xué)特性來計算了MCAO模型中的血流衰減系數(shù)并對腦血流 CBF彩色圖對其進(jìn)行區(qū)域內(nèi)的量化及成像所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。接下來對MCAO模型開始后進(jìn)行持續(xù)時間的觀察并記錄其光學(xué)相干斷層掃描成像的血流灌注量，速度，衰減系數(shù)等指標(biāo)的變化。
圖1.活體OCT顱窗成像的健康小鼠大腦。A）橫斷面（X-Z）OCT圖像，描述大腦皮層的解剖細(xì)節(jié)，灰質(zhì)（GM）和白質(zhì)（WM）。B) 對應(yīng)的橫斷面(X-Z)OCTA圖像，表示大腦皮層的血液灌注。C）對應(yīng)的橫斷面衰減系數(shù)圖像的深度依賴性信號衰減補(bǔ)償前圖像。E）峰值振幅的擬合函數(shù)。D）補(bǔ)償后圖像。F) 衰減深度剖面圖（白線在C和D中）的比較顯示出補(bǔ)償后的衰減系數(shù)圖。G）白光圖。H）血管圖。I）血流衰減圖。
圖2.相對腦血流量（rCBF）的測量。A）中風(fēng)模型腦部2.5小時后MCAO的照片圖像。箭頭表示大腦的血液閉塞的部位。在1.5小時后MCAO模型獲得的血管造影（插圖）與大腦缺血區(qū)域?qū)⒃诳臻g中擴(kuò)大的同心圖案表示為黃色點(diǎn)狀半圓的空間共定位。B）在1.5小時后MCAO模型的空間分布的血管造影與rCBF顏色的重疊圖。C）rCBFs的輪廓，與血液閉塞部位的距離統(tǒng)計圖。IC，infarct core；P，penumbra；BO，benign oligemia；N，normal。
dMCAO后腦血流灌注和速度的急性變化
作者使用OMAG和DOMAG圖像進(jìn)行不同梗死時間點(diǎn)的腦部病理改變的觀察與記錄，結(jié)果顯示在所有小鼠（n=5）中，dMCAO后立即出現(xiàn)明顯的毛細(xì)血管灌注下降，并在數(shù)分鐘內(nèi)伴隨著MCA分支的收縮性血管張力發(fā)生明顯的毛細(xì)血管灌注下降，在毛細(xì)血管灌注的組織和毛細(xì)血管非灌注組織之間最終形成一個邊界，該區(qū)域內(nèi)沒有明顯的毛細(xì)血管灌注。雖然dMCAO后在MCA范圍內(nèi)出現(xiàn)了一個漸進(jìn)式的毛細(xì)血管灌注下降，但在ACA范圍內(nèi)的毛細(xì)血管在一開始表現(xiàn)出短暫的缺血，隨后恢復(fù)到基線水平。此外，這兩個區(qū)域的DOMAG結(jié)果顯示血流速度（圖3C和3D）與其下游毛細(xì)血管灌注相比變化同步。
圖3.A)和B)分別為中風(fēng)模型OMAG和DOMAG圖像的時間序列，OMAG圖像顯示腦血液灌注的變化，從基線到131分鐘后dMCAO。右邊的比例尺代表了反射率的對數(shù)灰度。偽彩色DOMAG圖像顯示腦血管中RBC血流速度的雙向軸向成分。在（B）中的紅色代表血液向入射探針光束（負(fù)方向），綠色代表相反的（正方向）的顏色;它們的色調(diào)表示速度，從-6.1毫米/秒到+6.1毫米/秒的延伸。刻度條為1毫米。灌注和血流速度的動態(tài)變化，分別在ACA（C）和MCA（D）近端的小區(qū)域（1毫米×1毫米）明顯觀察到。
dMCAO后腦血流的急性變化
從OMAG振幅估計的相對腦血流變化CBF（rCBF，CBF與基線的相對變化）結(jié)果顯示了CBF下降的現(xiàn)象（圖4A）并記錄了其改變過程，但特別的是dMCAO后在ACA區(qū)域內(nèi)CBF下降到70％的基線用了25分鐘并在這一水平持續(xù)了20分鐘，然后約2小時后逐漸升高到90％的基線水平（見圖4B中的P3線圖）。
圖4.A）大腦的照片，rCBF圖的時間過程與相應(yīng)的OMAG圖像（灰度）疊加。較為溫暖的顏色代表較高的百分比（％）的基線CBF水平。B）平均痕跡的rCBF反應(yīng)在三個不同的位置;P1，P2，和P3在頭顱窗口中的所有5只小鼠缺血期間，顯示急性腦卒中相關(guān)的相對CBF的變化對基線的相對變化。陰影區(qū)域表示平均線周圍的兩個標(biāo)準(zhǔn)偏差。每個位置距離閉塞的源頭（P1，P2和P3）是2.5毫米，3.5毫米，和4.5毫米。
dMCAO后衰減系數(shù)的急性變化
光衰減映射顯示了大腦皮層組織散射的變化。并進(jìn)行TTC染色以檢驗和解釋活體動物模型OCT結(jié)果。在圖5A中，在毛細(xì)血管非灌注區(qū)的衰減系數(shù)值顯著增加，隨后實驗證實為組織梗塞。衰減系數(shù)的增加，引起的缺血區(qū)域的散射增加，結(jié)果表明這可能是由于局灶性腦缺血中的破壞性事件發(fā)展過快導(dǎo)致，這對神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞是關(guān)鍵的，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡從而改變了光的衰減系數(shù)。
圖5.A)在急性缺血性中風(fēng)期間的小鼠腦的衰減系數(shù)測量。B）覆蓋的OMAG圖像（紅色）和衰減系數(shù)圖（綠色）。C)TTC染色的冠狀腦切片的頂部視圖。梗塞區(qū)域出現(xiàn)為白色，正常組織出現(xiàn)為紅色。D）一個小區(qū)域的血管（箭頭）相對于基線的變化。血管位移是作為穿透血管和其皮下血管之間的角度變化來測量的。E）每只小鼠的血流圖像測量結(jié)果（平均值±標(biāo)準(zhǔn)值）。F）血液灌注（紅色）和衰減（綠色）的時間過程中的橫斷面皮層組織從表面到350微米的深度的位置的時間過程。
最后總結(jié)，此研究為我們展示了一種新型的OCT成像平臺，用于急性缺血性中風(fēng)后腦損傷的血管和細(xì)胞反應(yīng)的時空動態(tài)成像。在活體動物模型中能有效地監(jiān)測多種生理病理改變，這將促進(jìn)臨床前深入研究缺血性腦損傷的機(jī)制，并促進(jìn)一些治療策略的發(fā)展，以改善缺血性中風(fēng)的預(yù)后及治療。