光学相干断层扫描监测急性中风进展

华盛顿大学光学和生物医学工程领域的国际著名专家王瑞康教授在国际顶级期刊IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING（IF：7.816）发表文章《Monitoring Acute Stroke Progression: Multi-Parametric OCT Imaging of Cortical Perfusion, Flow, and Tissue Scattering in a Mouse Model of Permanent Focal Ischemia》文中采用光学相干断层扫描成像的方法监测急性中风的脑部病理改变，这对脑部中风等神经血管疾病提供了一种新的研究方向和监测手段。接下来让我们看看这篇文献的内容吧。

脑缺血性中风导致脑组织的损伤，其特征在于神经元和血管之间的复杂关联。在其发展的早期阶段进行成像可以预测组织梗塞和半身不遂疾病的发生与发展，从而确定最佳干预治疗方案，以其对挽救脑功能损害。本文研究了光学相干断层扫描（OCT）对活体实验模型的缺血性卒中急性损伤成像。根据OCT成像提供的内源性光散射信号，作者开发了一个集成的成像平台，可以测量皮质组织内血液灌注，血流，红细胞速度和光衰减的变化，在小鼠模型中局灶性脑缺血期间。在急性期（从闭塞后5分钟到最初几个小时），使用多参数OCT成像显示模型体内多种血流动力学和组织散射反应，包括脑血流量不足，毛细血管非灌注，穿透血管移位，并通过三氯四唑氯化锌的死后染色确定验证。

首先本文中作者利用光学相干断层扫描的光学特性来计算了MCAO模型中的血流衰减系数并对脑血流 CBF彩色图对其进行区域内的量化及成像所需的数据进行处理。接下来对MCAO模型开始后进行持续时间的观察并记录其光学相干断层扫描成像的血流灌注量，速度，衰减系数等指标的变化。

图1.活体OCT颅窗成像的健康小鼠大脑。A）横断面（X-Z）OCT图像，描述大脑皮层的解剖细节，灰质（GM）和白质（WM）。B) 对应的横断面(X-Z)OCTA图像，表示大脑皮层的血液灌注。C）对应的横断面衰减系数图像的深度依赖性信号衰减补偿前图像。E）峰值振幅的拟合函数。D）补偿后图像。F) 衰减深度剖面图（白线在C和D中）的比较显示出补偿后的衰减系数图。G）白光图。H）血管图。I）血流衰减图。

图2.相对脑血流量（rCBF）的测量。A）中风模型脑部2.5小时后MCAO的照片图像。箭头表示大脑的血液闭塞的部位。在1.5小时后MCAO模型获得的血管造影（插图）与大脑缺血区域将在空间中扩大的同心图案表示为黄色点状半圆的空间共定位。B）在1.5小时后MCAO模型的空间分布的血管造影与rCBF颜色的重叠图。C）rCBFs的轮廓，与血液闭塞部位的距离统计图。IC，infarct core；P，penumbra；BO，benign oligemia；N，normal。

dMCAO后脑血流灌注和速度的急性变化 

作者使用OMAG和DOMAG图像进行不同梗死时间点的脑部病理改变的观察与记录，结果显示在所有小鼠（n=5）中，dMCAO后立即出现明显的毛细血管灌注下降，并在数分钟内伴随着MCA分支的收缩性血管张力发生明显的毛细血管灌注下降，在毛细血管灌注的组织和毛细血管非灌注组织之间最终形成一个边界，该区域内没有明显的毛细血管灌注。虽然dMCAO后在MCA范围内出现了一个渐进式的毛细血管灌注下降，但在ACA范围内的毛细血管在一开始表现出短暂的缺血，随后恢复到基线水平。此外，这两个区域的DOMAG结果显示血流速度（图3C和3D）与其下游毛细血管灌注相比变化同步。

图3.A)和B)分别为中风模型OMAG和DOMAG图像的时间序列，OMAG图像显示脑血液灌注的变化，从基线到131分钟后dMCAO。右边的比例尺代表了反射率的对数灰度。伪彩色DOMAG图像显示脑血管中RBC血流速度的双向轴向成分。在（B）中的红色代表血液向入射探针光束（负方向），绿色代表相反的（正方向）的颜色;它们的色调表示速度，从-6.1毫米/秒到+6.1毫米/秒的延伸。刻度条为1毫米。灌注和血流速度的动态变化，分别在ACA（C）和MCA（D）近端的小区域（1毫米×1毫米）明显观察到。

dMCAO后脑血流的急性变化 

从OMAG振幅估计的相对脑血流变化CBF（rCBF，CBF与基线的相对变化）结果显示了CBF下降的现象（图4A）并记录了其改变过程，但特别的是dMCAO后在ACA区域内CBF下降到70％的基线用了25分钟并在这一水平持续了20分钟，然后约2小时后逐渐升高到90％的基线水平（见图4B中的P3线图）。

图4.A）大脑的照片，rCBF图的时间过程与相应的OMAG图像（灰度）叠加。较为温暖的颜色代表较高的百分比（％）的基线CBF水平。B）平均痕迹的rCBF反应在三个不同的位置;P1，P2，和P3在头颅窗口中的所有5只小鼠缺血期间，显示急性脑卒中相关的相对CBF的变化对基线的相对变化。阴影区域表示平均线周围的两个标准偏差。每个位置距离闭塞的源头（P1，P2和P3）是2.5毫米，3.5毫米，和4.5毫米。

 dMCAO后衰减系数的急性变化

光衰减映射显示了大脑皮层组织散射的变化。并进行TTC染色以检验和解释活体动物模型OCT结果。在图5A中，在毛细血管非灌注区的衰减系数值显著增加，随后实验证实为组织梗塞。衰减系数的增加，引起的缺血区域的散射增加，结果表明这可能是由于局灶性脑缺血中的破坏性事件发展过快导致，这对神经元和胶质细胞是关键的，最终导致细胞死亡从而改变了光的衰减系数。

图5.A)在急性缺血性中风期间的小鼠脑的衰减系数测量。B）覆盖的OMAG图像（红色）和衰减系数图（绿色）。C)TTC染色的冠状脑切片的顶部视图。梗塞区域出现为白色，正常组织出现为红色。D）一个小区域的血管（箭头）相对于基线的变化。血管位移是作为穿透血管和其皮下血管之间的角度变化来测量的。E）每只小鼠的血流图像测量结果（平均值±标准值）。F）血液灌注（红色）和衰减（绿色）的时间过程中的横断面皮层组织从表面到350微米的深度的位置的时间过程。

最后总结，此研究为我们展示了一种新型的OCT成像平台，用于急性缺血性中风后脑损伤的血管和细胞反应的时空动态成像。在活体动物模型中能有效地监测多种生理病理改变，这将促进临床前深入研究缺血性脑损伤的机制，并促进一些治疗策略的发展，以改善缺血性中风的预后及治疗。

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