古妮娜(綜述),張 丹(審校)
(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科,重慶 400016)
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微循環(huán)監(jiān)測技術(shù)的研究進(jìn)展
古妮娜△(綜述),張丹※(審校)
(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科,重慶 400016)
微循環(huán)直接參與細(xì)胞和組織內(nèi)物質(zhì)、能量、信息的傳遞,是直接將血液灌入細(xì)胞并維持人體正常新陳代謝、內(nèi)環(huán)境及生命活動的最基本過程,需要心臟的收縮力和微血管循環(huán)的自身節(jié)律性運動來共同完成。微循環(huán)的監(jiān)測對于多種疾病的診斷評估有重要的作用。微循環(huán)的研究始于1661年對青蛙微循環(huán)的觀察,1966年開始了臨床微循環(huán)研究。近年來微循環(huán)監(jiān)測技術(shù)有了飛躍的發(fā)展,現(xiàn)就幾種常見的活體內(nèi)微循環(huán)監(jiān)測技術(shù)的主要研究進(jìn)展予以綜述。
1正交偏振光譜技術(shù)
1.1正交偏振光譜(orthogonal polarization spectral,OPS)技術(shù)的工作原理OPS技術(shù)是一種活體內(nèi)新型的、可視的微循環(huán)監(jiān)測技術(shù)。該技術(shù)利用線性偏振光照射體內(nèi)組織,然后通過正交偏振鏡成像[1]。OPS的光源為波長(550±70) nm的綠光,光線依次經(jīng)過偏振鏡和光線分流器后到達(dá)組織,部分被組織反射回的光線再次經(jīng)過光線分流器和另一偏振鏡,進(jìn)入電荷耦合器和攝影機(jī)成像[2]。數(shù)據(jù)經(jīng)半定量分析,對每個象限的血管直徑和血流速度進(jìn)行評估,最后通過圖像處理軟件得到清晰的血管圖像。
1.2OPS的優(yōu)缺點其優(yōu)點在于OPS技術(shù)的成像裝置簡單、成本低、便于制作成小型探測器件,多應(yīng)用于臨床患者舌下黏膜監(jiān)測。研究表明,如果腹腔壓力在10 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)以下時,舌下黏膜監(jiān)測微循環(huán)與腸道黏膜監(jiān)測結(jié)果是同步的[3],因此運用OPS技術(shù)通過觀察舌下黏膜微循環(huán)來了解內(nèi)臟的微循環(huán)情況,具有一定的臨床應(yīng)用價值。同時該技術(shù)也存在一些不足:數(shù)據(jù)分析僅為半定量;分析生成圖像的過程比較復(fù)雜耗時;當(dāng)機(jī)體腹腔壓力高于10 mmHg時,舌下黏膜的微循環(huán)是否能夠真正反映內(nèi)臟微循環(huán)狀態(tài)也還存在一定的爭議[4-5];患者和操作者的移動、口腔中的分泌物(唾液及血液等)、觀察者的不同、患者煩躁等因素也會影響監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。
1.3OPS技術(shù)的應(yīng)用早在1987年,OPS技術(shù)及手持式電子顯微鏡被引入臨床醫(yī)學(xué),通過對人體暴露組織器官的微循環(huán)進(jìn)行研究,開創(chuàng)了微循環(huán)監(jiān)測的新局面[6]。Nivoit等[7]運用該技術(shù)對糖尿病小鼠的微血管床進(jìn)行評估,了解患病小鼠微血管病變情況。Ince[8]運用OPS技術(shù)觀察顯示,舌下黏膜微循環(huán)的監(jiān)測對膿毒癥及膿毒性休克患者的早期診斷有很高的敏感性。Spronk等[9]和Sakr等[10]應(yīng)用OPS技術(shù)監(jiān)測膿毒性休克患者的舌下微循環(huán),對臨床上膿毒性休克的治療有一定的指導(dǎo)作用。Boerma等[4]通過OPS技術(shù)對膿毒性休克患者同時進(jìn)行舌下和腸道的微循環(huán)監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)膿毒性休克患者存在舌下和內(nèi)臟黏膜微循環(huán)紊亂??傊琌PS技術(shù)廣泛應(yīng)用于臨床微循環(huán)監(jiān)測,對臨床微循環(huán)障礙患者發(fā)病的病理生理機(jī)制的探究有一定的幫助作用。
2側(cè)流暗視野成像技術(shù)
2.1側(cè)流暗視野成像(sidestream dark field,SDF)技術(shù)的工作原理SDF技術(shù)是OPS的一種衍生技術(shù),裝置組成同OPS技術(shù)基本相同,其中有兩個主要的不同點:OPS技術(shù)的光源是應(yīng)用波長為(550±70) nm的綠光,而SDF技術(shù)應(yīng)用的是由發(fā)光二極管發(fā)出的波長530 nm、與視頻幀速率同步的光線;OPS技術(shù)是通過兩個偏振鏡成像,而SDF技術(shù)僅通過一個偏振鏡成像[11]。
2.2SDF技術(shù)的優(yōu)缺點實驗證明SDF和OPS兩種技術(shù)在成像對比度、敏感性以及成像質(zhì)量等方面具有可比性,SDF技術(shù)同樣具有OPS技術(shù)的便捷、無創(chuàng)、可視等優(yōu)點[6]。同時SDF技術(shù)還具有其獨特的優(yōu)勢:由頻閃觀測儀的發(fā)光二極管發(fā)出的光源有利于消除因組織表面污染而導(dǎo)致的對監(jiān)測結(jié)果的影響,并且該光線可以照入組織,監(jiān)測深部血流情況,對微循環(huán)中的紅細(xì)胞和白細(xì)胞分辨率也更高[11];SDF技術(shù)克服了OPS技術(shù)生成圖像模糊、流動血流觀察困難等缺點,并且對細(xì)小毛細(xì)血管成像的對比度也較OPS技術(shù)高[11]。但是,SDF的數(shù)據(jù)分析仍然比較耗時。
2.3SDF技術(shù)的應(yīng)用由于SDF技術(shù)具有微循環(huán)成像的高對比度和清晰的特點,故被廣泛地應(yīng)用于大量實驗研究和臨床中。Sitina等[12]運用高清晰度成像的SDF技術(shù)對機(jī)械通氣的家兔腦基膜微循環(huán)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測,并成功地監(jiān)測出腦基膜內(nèi)微小血管的分布密度。Milstein等[13]應(yīng)用SDF技術(shù)對口腔黏膜損傷的家兔模型的微血管重建進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測,指導(dǎo)微循環(huán)水平上黏膜創(chuàng)傷的治療。Milstein等[14]還通過SDF技術(shù)對自體骨髓移植術(shù)后化療患者的頰黏膜毛細(xì)血管分布密度和黏膜下微血管結(jié)構(gòu)的完整性進(jìn)行監(jiān)測,對探討高劑量化療藥物誘導(dǎo)的口腔黏膜炎的發(fā)病機(jī)制具有一定的指導(dǎo)作用。
3激光多普勒成像技術(shù)
3.1激光多普勒成像(laser doppler imaging,LDI)的工作原理LDI技術(shù)是一種基于多普勒效應(yīng)的監(jiān)測技術(shù)[15]。該技術(shù)是在激光多普勒血流儀基礎(chǔ)上,聯(lián)合應(yīng)用一種非接觸式、水平掃描激光裝置,對組織血流量進(jìn)行持續(xù)性監(jiān)測的激光多普勒血流量圖像儀。該技術(shù)利用氫氖激光管發(fā)出的激光束照射組織后發(fā)生散射,散射光的強度與運動血細(xì)胞數(shù)量呈正比,波長改變的程度與血流運動速度呈正比[16],不同波長的光線為檢測儀提供不同的血流速度和運動紅細(xì)胞濃度的信息,然后轉(zhuǎn)換為彩色編碼圖像,從而反映機(jī)體的微循環(huán)灌注情況。
3.2LDI的優(yōu)缺點與激光多普勒血流儀相比,LDI靈敏度較高,并且可避免因直接接觸皮膚和血流空間變化對測量結(jié)果造成的影響[17]。同樣,該技術(shù)也存在一定的局限性:LDI技術(shù)只能監(jiān)測直徑約1 mm的血管微循環(huán);對血管形態(tài)、血流方向及微循環(huán)異常分流的判斷精確度較差;測量結(jié)果易受血細(xì)胞比容變化的影響;測定平均血流速度時,皮膚血流信號易受探針位置、掃描表面曲率,患者移動和皮膚表面?zhèn)谇闆r(如焦痂、水泡、腐肉和局部用藥等)的影響[18]。
3.3LDI的應(yīng)用早在1975年,LDI就已經(jīng)用于臨床皮膚微循環(huán)狀況的檢測。近年來,隨著LDI技術(shù)的不斷發(fā)展,在實驗研究、臨床方面的應(yīng)用也更為廣泛。Leutenegger等[18]在臨床研究中通過LDI技術(shù)對燒傷患者的皮膚微循環(huán)和皮瓣重建手術(shù)后皮瓣恢復(fù)情況進(jìn)行監(jiān)測,指導(dǎo)臨床醫(yī)師進(jìn)一步優(yōu)化治療方案。La Hei等[19]運用LDI監(jiān)測燒傷兒童傷口的微循環(huán)參數(shù),對預(yù)測該類患者的傷口愈合情況具有一定的參考價值。Murray等[20]在文章中提到,LDI技術(shù)廣泛應(yīng)用于燒傷、皮炎、皮膚潰瘍及多種風(fēng)濕性疾病患者的微循環(huán)監(jiān)測,便于臨床醫(yī)師更好地了解各疾病發(fā)病機(jī)制及指導(dǎo)臨床治療。
4近紅外線光譜成像技術(shù)
4.1近紅外線光譜成像(near-infrared spectroscopy imging,NIRS)的基本原理NIRS技術(shù)是基于光子吸收的Lambert-Beer定律和光子散射理論,利用光纖傳導(dǎo)檢測系統(tǒng)對血氧飽和度進(jìn)行無創(chuàng)檢測的微循環(huán)監(jiān)測技術(shù)。具體過程為:由發(fā)光二級管(波長分別為700 nm和830 nm)發(fā)出光源,經(jīng)光纖傳導(dǎo)照射入皮膚;被皮膚反射回來的部分光由光纖傳導(dǎo)至探測器輸出信號,最后經(jīng)放大和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣,通過計算即可得到氧合血紅蛋白、血紅蛋白和血容量變化情況,提供機(jī)體微循環(huán)的信息。
4.2NIRS技術(shù)的優(yōu)缺點其優(yōu)點在于組織穿透性好、分析速度快、分辨率高,可以無損、實時、連續(xù)監(jiān)測組織內(nèi)氧含量。該技術(shù)沒有像核磁共振的強磁場或者射頻脈沖的參與,減輕了對人體的傷害。由于嬰幼兒無法長時間保持靜止?fàn)顟B(tài),而該技術(shù)受運動偽像的影響較小,因此在進(jìn)行嬰幼兒的微循環(huán)監(jiān)測方面具有一定的優(yōu)勢[21]。其不足之處有:該技術(shù)在監(jiān)測腦組織微循環(huán)時,只能探測皮質(zhì)表面的微循環(huán),不能對皮質(zhì)深部或者皮質(zhì)下的微循環(huán)進(jìn)行監(jiān)測。
4.3NIRS技術(shù)的應(yīng)用NIRS技術(shù)最早應(yīng)用于1977年監(jiān)測活體內(nèi)肌肉組織和其他組織的氧水平。Shapiro等[22]應(yīng)用NIRS技術(shù)對組織血氧飽和度進(jìn)行監(jiān)測,對評估膿毒性休克患者發(fā)生臟器功能障礙以及死亡的危險性有指導(dǎo)作用。另外,NIRS技術(shù)結(jié)合血管阻斷實驗可以評估膿毒性休克患者的內(nèi)皮細(xì)胞功能、微循環(huán)容量及自動調(diào)節(jié)能力[22]。
5脈搏血氧測定監(jiān)測技術(shù)
5.1脈搏血氧測定監(jiān)測技術(shù)的工作原理該技術(shù)通過測定機(jī)體的血氧飽和度和脈率來反映微循環(huán)的灌注情況。脈搏血氧測定包括分光光度測定和血液容積描記兩部分,其中更常用的是血液容積描記。血液容積描記的基本原理為:光束照射到皮膚深處的毛細(xì)血管,被流動血流散射回的部分光線通過透鏡至光敏傳感器,進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換為電信號,電信號的強弱取決于給定區(qū)域的總血流量,血紅蛋白含量越高,吸收光線總量越高,最后轉(zhuǎn)換后的不同電信號可反映機(jī)體微循環(huán)[17]。
5.2脈搏血氧測定監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)缺點與上述幾種技術(shù)相比,脈搏血氧測定是一種設(shè)備簡單、費用低的監(jiān)測微循環(huán)技術(shù)。其也存在一定的局限性:測量的精確度不高;脈搏血氧測定監(jiān)測技術(shù)無法及時反映機(jī)體實際已發(fā)生的急性低氧血癥變化;脈搏血氧測定的結(jié)果也受多種不同因素的影響(如強光環(huán)境、測量部位、受試者的抖動、患者體溫,血管收縮和心臟功能的異常等)。
5.3脈搏血氧測定監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用由于該技術(shù)實時、連續(xù)、定量反映血流微循環(huán)灌注情況,因此具有一定的臨床應(yīng)用價值。Lima等[23]通過脈搏血氧測定監(jiān)測外周灌注指數(shù),進(jìn)而反映成人重癥患者的外周循環(huán)情況;De Felice等[24]應(yīng)用該技術(shù)對擇期剖宮產(chǎn)術(shù)前的孕婦進(jìn)行微循環(huán)監(jiān)測,提示無創(chuàng)脈搏血氧測定可作為產(chǎn)前評估高危胎兒或新生兒發(fā)病率的一個重要指標(biāo);Granelli和?stman Smith[25]通過對右心梗阻性疾病新生兒進(jìn)行脈搏血氧測定,提示脈搏血氧測定可能成為早期診斷右心梗阻性疾病的新工具。
6其他微循環(huán)監(jiān)測技術(shù)
除上述技術(shù)外,還有很多其他應(yīng)用于臨床的微循環(huán)監(jiān)測技術(shù)。如動態(tài)增強對比磁共振成像技術(shù)[26]、醫(yī)療光譜技術(shù)[27]、激光掃描共聚焦顯微鏡技術(shù)、光學(xué)相干體層攝影術(shù)、經(jīng)皮血氣監(jiān)測及吲哚青綠微血管造影技術(shù)等都是應(yīng)用于臨床微循環(huán)監(jiān)測的技術(shù),為臨床疾病的診治提供一定的技術(shù)支持。
7小結(jié)
以上各種微循環(huán)監(jiān)測技術(shù)均為無創(chuàng)、便捷、可視的持續(xù)性微循環(huán)監(jiān)測技術(shù)。目前已經(jīng)廣泛用于存在心、腦、腎等重要臟器功能障礙的多種疾病患者的微循環(huán)監(jiān)測,對于臨床疾病的發(fā)病機(jī)制及病理生理發(fā)展過程的理解具有一定的指導(dǎo)價值,為臨床治療提供了新的方向。但是,各種技術(shù)都存在局限性,如監(jiān)測結(jié)果易受外界因素的影響;對監(jiān)測數(shù)據(jù)解釋困難;OPS和SDF技術(shù)的數(shù)據(jù)分析仍為半定量式和復(fù)雜耗時;以及微循環(huán)的多變性和不均一性等,這些都要求臨床醫(yī)師在應(yīng)用這些技術(shù)時密切結(jié)合臨床情況對觀察結(jié)果進(jìn)行分析。相信隨著技術(shù)的不斷改進(jìn),尤其是當(dāng)前對微循環(huán)和大循環(huán)關(guān)系的不斷深入研究,微循環(huán)監(jiān)測技術(shù)將在臨床醫(yī)學(xué)中發(fā)揮更大的作用。
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摘要:正常的血流灌注是保證人體生理功能的一個必要條件?;铙w微循環(huán)的監(jiān)測對于了解臟器功能、診治疾病、研究疾病機(jī)制和藥物治療效果有重要的作用。該文就幾種活體微循環(huán)監(jiān)測技術(shù),如正交偏振光譜技術(shù)、側(cè)流暗視野成像技術(shù)、激光多普勒成像技術(shù)、近紅外線光譜成像技術(shù)、脈搏血氧測定監(jiān)測技術(shù)等近年來的主要研究進(jìn)展予以綜述。
關(guān)鍵詞:正交偏振光譜技術(shù);側(cè)流暗視野成像技術(shù);激光多普勒成像技術(shù);近紅外線光譜成像技術(shù);脈搏血氧測定監(jiān)測技術(shù)
The Research Progress of Microcirculation Monitoring TechnologyGUNi-na,ZHANGDan.(DepartmentofEmergencyandIntensiveCareMedicine,theFirstAffiliatedHospitalofChongqingMedicalUniversity,Chongqing400016,China)
Abstract:Normal blood flow perfusion guarantees the necessary conditions of the human physiological function.The living microcirculation monitoring is a major means in understanding each visceral function,making diagnoses,studying disease mechanism and drug therapeutic effect.In this review we describe the recent progress in several living microcirculation observation technologies,such as Orthogonal Polarization Spectral(OPS) Imaging technology,Sidestream Dark Field(SDF) technology,Laser Doppler Imaging(LDI) technology,Near-infrared Spectroscopy Imaging(NIRS) technology,pulse blood oxygen monitoring technology,etc.
Key words:Orthogonal polarization spectral imaging technology; Sidestream dark field technology; Laser Doppler imaging technology; Near-infrared spectroscopy imaging technology; Pulse blood oxygen monitoring technology
收稿日期:2014-01-13修回日期:2014-05-19編輯:鄭雪
基金項目:國家自然科學(xué)基金面上項目(81071531);2009年重慶市自然科學(xué)基金面上項目(CSTC 2009BB5066);2009年重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院醫(yī)學(xué)科學(xué)基金(XYJJ2009-11)
中圖分類號:R319
doi:10.3969/j.issn.1006-2084.2015.05.039
文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1006-2084(2015)05-0873-03