手持式正交偏振光譜和側流暗視野成像技術在膿毒癥微循環監測中的應用進展

唐 雪，王瑞蘭

膿毒性休克是各種感染性因素引起的以器官功能損害為特征的復雜的臨床綜合征。有效循環血量明顯降低和組織器官低灌注是感染性休克的血流動力學特征，組織缺氧是其本質改變，最終導致多器官功能障礙綜合征。隨著免疫抑制患者增多、侵入性治療檢查的增加、微生物耐藥、老年人人口的增長和人們對膿毒癥認識與診斷水平的提高，膿毒癥的發病率以每年1.5% ～8.0%的速度增加［1］。盡管對其治療給予巨大的投資，嚴重膿毒癥的病死率仍在50%。最近也有研究表明，膿毒癥患者在28 d住院病死率的基礎上，出院后2年內病死率會持續增加，生活質量也有所下降［2］。早期提高微循環灌注可降低膿毒癥患者多器官功能障礙的發生率［3］。因此，膿毒癥的早期診斷對其治療和預后有重要意義。

監測微循環的手持式正交偏振光譜(orthogonal polarization spectral，OPS)成像技術問世，是微循環監測領域的革命，摒棄了笨重的顯微鏡，實現了無創、可視微循環監測。很快、更先進的側流暗視野(sidestream dark field，SDF)成像技術替代了 OPS技術，它輕便、無創、無毒、相對廉價，圖像較 OPS清晰［4］，迅速應用于許多領域研究。微循環障礙是膿毒癥的始動因素［5－6］。本文闡述了OPS及SDF的定義及原理以及近年來該技術在膿毒癥中的應用。

1 膿毒性休克的病理生理改變

膿毒性休克主要是由于各種感染性因素，使機體沒有足夠的氧供來滿足組織細胞代謝的需求，進而導致組織器官功能障礙。膿毒性休克是由于體內液體分布異常造成，造成心輸出量正常甚至升高及微循環障礙。分布性休克主要病理改變是薄弱的微循環單位關閉，自動脈至靜脈的氧輸送障礙，引起微循環缺氧，長時間缺氧使器官衰竭。

2 傳統體循環監測方法

反映全身循環狀態的指標包括:平均動脈壓 (MAP)、中心靜脈壓 (CVP)、中心靜脈血氧飽和度 (ScvO2)、心臟指數 (cardiac index)等，是常用的監測膿毒性休克的指標。但在膿毒性休克中，即使達到了早期的目標治療 (early goaldirected therapy，EGDT)，整體的血流動力學指標 (如尿量、MAP、CVP、ScvO2)都得到改善，仍然可能存在微循環功能障礙，進而影響局部組織細胞的氧供。同時，全身或局部的氧供不能反映微循環的氧供。正常情況下，根據紅細胞的向軸性遷移 (Fahraeus)效應:微循環的紅細胞比容 (Hct)低于全身;Hct在血管分支內的分布是非線性的;微循環的氧分壓低于全身，并呈多向性分布［7］。最近一項臨床研究顯示，去甲腎上腺素能改善膿毒癥休克患者全身血流動力學參數，提高MAP，但不能改善微循環血流［8］。因此全身循環狀態的參數并不能準確反映膿毒癥微循環改變。

3 OPS和SDF的定義及原理［4］

OPS技術工作原理為光源發出 (550±70)nm波長的綠光，經過兩個互相垂直的偏振鏡，極化光被濾過，去極化光線通過偏振鏡進入電荷耦合器件 (charged couple device，CCD)和攝影機成像 (見圖1)。血紅蛋白 (Hb)的等吸收點為550 nm，因此選為光源的波長。成像后紅細胞為黑色小體［9］。

SDF技術是 OPS技術的衍生技術，和OPS技術組成基本相同，其光源是頻閃觀測儀的發光二極管 (LED)，LEDs排列在探測器末端，發出 (540±50)nm(綠色)光，獨立極化的光源可以照入更深的微循環內部組織，微循環中的紅細胞和白細胞分辨率更高，能監測更深的毛細血管。它只有一個偏振鏡，通過與視頻幀速率同步的LED光照來改進成像 (見圖2)。

圖1 OPS成像原理Figure 1 OPSimaging optical scheme

圖2 SDF成像原理Figure 2 Sidestream dark－field(SDF)imaging a scheme

OPS和SDF成像結果的數據分析為半定量分析:血管直徑〔小血管 (S):10～15μm;中血管 (M):26～50μm;大血管 (L):51～100μm〕、血流 (0:無血流;1:間歇流動;2:緩慢流動;3:持續流動)。計數盡量多的血管。根據血管直徑和血流速度，可以給每個象限評分。平均分稱為微血管血流指數 (MFI)。最后使用軟件分析SDF數據。最后機器建立一個視頻序列的詳細的統計指紋，包括了血流參數。通過圖像處理軟件進行半自主化血管識別，形成在實物拍攝基礎上的更清晰的血管圖像，便于分析血管類型，測量血管直徑，同時建立一個d－t坐標 (d為一個毛細血管片段的距離，t為時間)，來獲得毛細血管內紅細胞血流動力學參數。

4 OPS和SDF技術在膿毒性休克微循環監測中的應用

微循環障礙是膿毒癥的始動因素，且微循環低灌注可持續至全身血流動力學參數及氧供恢復正常以后［10］。這種分離使全身監測獲得的參數不能準確反映微循環氧供情況，膿毒癥的早期診斷和治療效果的監測更為困難。

Slaaf等［11］將 OPS 技術及手持式顯微鏡引入臨床醫學領域，開創了微循環監測的新局面。但當時也只能監測暴露的器官組織表面的微循環情況。直到10年前，直接活體微循環監測主要通過龐大的脈細血管顯微鏡實現，當時的技術水平下，只能監測甲襞毛細血管，這極大限制了其在臨床上的應用。隨著技術發展，目前在關于手術、創口愈合及腫瘤方面 OPS和SDF技術取得了研究成果。

OPS對舌下黏膜微循環的監測在膿毒癥患者的早期診斷中很敏感［5］。進一步研究證實膿毒癥患者微循環血管密度下降，小血管灌注比例下降，在死亡患者中這種病理變化更為明顯［7］。目前對于舌下微循環能否反應全身臟器微循環改變仍存在爭議。Boerma等［12］研究顯示舌下黏膜不能可靠地反映腸道黏膜微循環變化，其后Dubin等［13］在羊內毒素血癥模型中得到了相同結果。但Verdant等［7］一項定量分析顯示，在膿毒癥中，腹腔壓力持續＜10 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)時，舌下黏膜和胃腸道微循環改變是一致的。近期一項臨床研究顯示，膿毒癥患者舌下黏膜小血管 (＜20 mm)MFI、異質性指數 (HI)和局部血流灌注均比正常人低，隨病情進展，這些指數進一步降低，幸存患者的微循環指標明顯優于死亡患者［14］。因此，通過監測舌下黏膜微循環變化評估胃腸道微循環改變需要排除外因影響，當腹腔壓力升高時，其評估作用不準確。

膿毒癥時的血流重新分布使消化道成為早期缺血器官，直接顯微鏡監測腸系膜微血管證實了在膿毒癥早期即可出現腸系膜微血管的構型、管徑及流速的改變［15］。Bracht等［16］在動物實驗中使用 OPS技術進行了腸系膜灌注的研究，研究者使用手術方法直接將OPS儀器置于腸道觀測，結果顯示血管密度不能顯示腸系膜上動脈血流是否下降，可能是血流重分布和異質性以及OPS圖像缺陷。同時OPS埋藏式檢測儀顯示腸黏膜血管密度差異很大［16］。

5 OPS和SDF的優勢和不足

5.1 OPS和SDF的優勢 OPS和SDF開辟了無創、無毒、相對廉價的微循環可視化監測，近年來隨著技術的發展，其裝置更輕便，除了能監測暴露的組織和器官外，還進一步向深層組織發展。

Milstein等［17］使用SDF技術在兔口腔中連續無創觀察了口腔創口愈合過程并定量了毛細血管更新情況，實現了無創連續定量監測。對術后組織修復的監測有重要意義。目前已開展了對膿毒癥患者及心、腦、肝、腎［18－19］等重要器官多種病理狀態下的監測，對疾病的早期診斷、治療都有一定的指導意義。

5.2 OPS和SDF的不足 目前OPS及SDF技術監測舌下黏膜微循環改變來反映全身其他器官微循環改變，其可靠性仍存在爭議。有研究顯示，在兒茶酚胺抵抗的膿毒癥患者中，使用垂體后葉素類似物可破壞舌下微循環［20］。由于微循環的異質性，使用血管活性藥物對各處微循環的改變是否一致仍需進一步研究。

對于OPS和SDF結果的解讀也是一個難點，目前采用半定量方式，其結果易受人為因素影響，且觀察者不同，得到的結果也不同。但一項監測健康志愿者舌下黏膜微循環情況的試驗證明，SDF技術的結果不受不同觀察者的影響，其結果可作為休克復蘇的標準［21］。純定量分析需要軟件包經長時間觀察獲得。Verdant等［7］在臨床背景下通過對微血管的密度和流速的測量獲得了定量分析結果，但是也有學者認為在實際臨床實踐中消耗大量時間是不現實的，需要進一步發展自動分析技術［22］。

氧化血紅蛋白 (HbO2)吸收可見光，波長為660 nm，Hb吸收紅外光，波長為940 nm，OPS和SDF選擇的550 nm波長的綠光尚不能分辨HbO2和Hb。

OPS和SDF技術實際操作中仍存在一些問題，如監測對象表面的氣泡對成像影響極大，氣管插管患者難以進行舌下黏膜監測。

6 展望

OPS和SDF技術是一種輕便、無創、無毒的可視化微循環監測技術。目前已開展了對膿毒癥患者及心、腦、肝、腎等重要器官多種病理狀態下的監測，對疾病的早期診斷、治療都有一定的指導意義。但目前仍有許多問題需要解決。如Hb異常時，對結果是否有影響。如高鐵血紅蛋白(MetHb)和碳氧血紅蛋白 (COHb)在550 nm是否可被吸收，血液中有染料(如亞甲藍)或造影劑 (如泛影葡胺)時是否影響觀察效果等。此外，對微循環結果的解讀，目前主要是半定量方式，且獲得更準確的結果需要花費大量時間，因此開發快速自動分析軟件是必須的。由于技術原因，該技術需要被監測器官表面潔凈無氣泡，這個缺陷一定程度上對其應用產生了阻礙。2010年是從體循環走向微循環的一年，微循環監測將越來越受到重視，各種微循環監測技術的發展對膿毒癥的早期診斷和治療有重要的指導意義。

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