激光多普勒组织微血管定位定量图像诊断技术及其在医学领域中的应用.doc

激光多普勒组织微血管定位定量图像诊断技术及其在医学领域中的应用墨字杂志,2004,14(4):60622004aesejoule,m,ofmicrocirculation激光多普勒组织微血管定位定量图像诊断技术及其在医学领域中的应用李顺月张栋综述朱柏君审校中图分类号】r331.35r197.39文献标识码a文章编号10051740(200404006003一二十世纪末,随着计算机技术和激光技术的飞速发一展,激光多普勒血流图像诊断技术在超声多普勒成像一的基础上应运而生.该技术可以将体表不同部位大范围的微循环血流灌注以直观图像形式显示出来.目前国外激光多普勒图像诊断系统作为一种新的诊断技术已经在医学临床和科研中被广泛应用;在我国此项技术刚刚起步.本文对激光多普勒图像诊断系统的原理,该技术在医学临床和科研中的应用,以及在针灸经络研究中的应用进行了综述.1激光多普勒图像诊断系统的原理激光多普勒图像诊断系统(thelaserdopplerperfusionimagersystem,简称u)pi)的工作原理与彩色超声多普勒诊断仪相类似,只是将检测所发射的超声波变为激光束.此前,临床和科研广泛使用的是激光多普勒血流计(thelaserdopplerflowmeter,简称u)f)工作原理,是当单色的激光束与血流中运动的血细胞等相互作用时,根据多普勒效应原理,被测组织将产生光的吸收和散射,组织中运动血细胞反射出的光在频率上产生一定的频移,频移大小与血细胞运动速度成正比,同时散射光的强度与运动的红细胞数量也成正比,激光扫描头上的探测器能够检测到这些微小的变化,并将该变化经处理得到正比于血液灌流量的电信号,然后通过计算机系统的运算和图像处理软件的分析处理后,输出反应血流情况的数据和反映血流与时间关系的曲线图.这种类型仪器只能发送单一激光束,靠固定于组织某一点上的探头,进行该点组织表面血流量的测量.ldpi技术是在ldf技术的基础上,使激光束进行检测部位大范围体表部位的逐点机械扫描,将激光探头发出的激光束在检测范围内移动,得到该检测范围内数百至数千个点(一般最多点数为6464,实际检测时可根据需要自行设定)体表组织的血流分布情况,计算机上形成二维彩色编码作者单位中国中医研究院针灸研究所,邮政编码北京lo0070本文20040406收到,20040623修回,20040910接受ti弭学瓣2o04年第14卷第4期的血流图像.应用ldp1win系列软件进行血流图像的处理和检测区内血流灌注的定量化数据分析.为了避免干扰和检测中的假象,激光多普勒图像处理又有了一些技术上的设置.例如激光逐步分级扫描技术,能够对所检查组织的反向散射光进行抽样检测,从而避免了人为运动产生的假象,并自动识别病灶同时对其进行详细的扫描,而对正常组织区域则进行快速扫描,以减少ldpi系统的检查时间;又如复式检测技术,它是一种实时连续跟踪监测方式,激光束连续扫描某一块选定的测量区域或某一点,即可显示出血流灌注随时间的动力学变化的动态图像_2j.图1为ldpi工作原理框图.图1ia3pi系统工作原理框图ldpi技术是一种对组织微血管血流灌注定位和定量检测的新技术.该系统测量精度高,且不需要造影剂和示踪元素;该技术最突出优势在于不需要与被检测表面接触,并形成大范围血流量的分布图像.目前该技术已应用于血管外科,烧伤整形外科,心脑血管病,皮肤病,糖尿病,风湿病,妇科疾病,肿瘤疾病和药理学研究等诸多领域.2激光多普勒图像诊断系统在医学临床和科研方面的应用2.1ldpi在血管外科的应用激光多普勒图像诊断系统在评价外周微循环血管疾病时起着重要的作用,这种无损伤性血管检查技术可通过对外周微循环血流的观察,辅助诊断多种周围循环系统疾病,如多发于下肢中,小动脉和静脉的慢性闭塞性血管疾病一血栓闭塞性脉管炎;使用ldpi可以很容易的记录下足部皮肤的微循环改变,有助于评估预后3_3.另外,在判断病情,观察疗绩遵激光多普勒组织微血管定位定量图像诊断技术及其在医学领域中的应用61效和研究循环系统疾病的发病机理等方面均有参考意义.2.2ldpi在心脑血管疾病中的应用ldpi在心脑血管疾病中的应用比较广泛,近几年国外报道较多.在早老性痴呆病(阿尔茨海默氏病,简称ad)患者中,使用ldpi观察和分析血管收缩物质对皮肤血管活性反应的影响,通过研究微循环的改变,从而帮助对这种疾病的诊断【;ldpi还可以应用在脑缺血和心脑疾病的研究以及心肌病外科手术上,它通过开颅手术后对暴露的硬膜外大脑皮层血流进行扫描成像,对得到的图像数据加以分析而获得_5j.另外,在开胸情况下使用ldpi检测心肌的血流情况可以研究缺血预处理对心肌梗塞发生的影响,并辅助进行心肌病的外科手术_6j2.3ldpi在烧伤整形外科的应用对烧伤严重程度和深度的评估,主要考虑致伤原因,致伤的作用方式和持续时间长短,皮肤薄厚以及年龄.有效率往往只达到60%80%.因此,判断皮肤烧伤程度需要一个更为有效的客观检测手段.有研究报告指出,通过对76位烧伤病人的检测,ldpi评定皮肤烧伤的深度和严重程度的精确度可达到97%_7j,是一种非常精确的测量工具,因而可以帮助临床医师采取合理的烧伤处理,避免不必要的外科手术和减少住院的费用.2.4ldpi在皮肤病研究中的应用由于ldpi是一种客观的,无侵入性的评价方法,可以对皮肤,粘膜的微循环变化进行简便有效的检测.以变态反应皮肤病中的皮肤过敏实验为例,在结核菌素实验中ldpi可以检测出发生结核菌素反应时的皮肤血流的变化,它能够发现在反应面积2舢n2内皮肤血流量就发生了很大的变化,说明对结核菌素反应ldpi的测定比较精确_8j.另外,ldpi也为真菌性皮肤病提供了更为可靠清晰的诊断图像.比如在牛皮癣的诊断中.ldpi的图像经过三维处理后发现牛皮癣皮肤血管的体积大于正常皮肤血管体积的两倍_9j.2.sldpi在消化系统疾病研究中的应用胃肠壁表面丰富的血管为ldpi提供了较为理想的研究对象.因此,研究人员在研究胃肠道的粘膜组织缺血情况时就可以借助ldpi对所研究的部位进行扫描.从而可以观察各种情况下(如缺血时,缺血再灌注时,血压改变时等)相应部位的微循环改变的情况.国外已有研究人员进行了相关内容的研究报道_l,他们将大鼠胃部表面暴露后使用ldpi对该表面进行扫描,认为ldpi对探测胃粘膜局部灌注损伤面积是有效的.2.6ldpi在风湿病研究中的应用风湿病多以骨,关节和骨肉等疼痛为主要表现.ldpi在对关节软组织处的血流的观察是有效的.它比点式血流计的测量结果更为清晰灵敏,点式血流计测量其血流减少11%67%,相同条件下,ldpi测量出的血流减少21%63%j.关节处于炎症状态时,作为一种无创伤性的检测手段,ldpi可以通过激光头直接扫描暴露的关节部位的皮肤,通过计算机处理后形成具有较强直观性的二维图像,并叠日宇杂舂2oo4年第14卷第4期与正常组织的图像比较后,记录下血流的变化,从而为风湿性关节炎的诊断提供更为直观的依据.2.7ldpi在肿瘤诊断中的应用通过ldpi检测发现恶性黑色素瘤比基细胞癌有更多更明显的灌流,而且也比良性黑痣灌流多.说明ldpi对黑色素瘤比较敏感,特异性也比较高,这对癌变的早期发现有着非常重要的意义_l2l.对于妇科肿瘤如乳腺癌,ldpi通过对乳房皮肤扫描后发现乳腺癌患者皮肤的血流量比正常人的血流量大,为监测乳腺癌的皮肤血流量提供了实用方法t3.2.8ldpi在其他疾病或相关领域中的应用ldpi还可以为糖尿病患者进行检查.糖尿病足是糖尿病的并发症之一,对糖尿病患者生活质量的影响较为严重.通过ldpi对足部皮肤微循环变化的检测,可以了解大血管再生术后血管对糖尿病足患者皮肤的血供是否得到改善,以评价手术的效果或采取进一步有效的治疗方案以提高糖尿病患者的生活质量【l4j.此外,对于药理学和血流动力学等方面的研究,ldpi体现出较高的应用价值.比如在对血管活性药物的研究中,ldpi是一个非常有用的测量工具_l;而在美容产品的开发研究中,ldpi对评价防晒霜中防晒因素引起皮肤红疹的现象,其效果比较理想【;还有人将其应用到观察有吸烟史和无吸烟史的正常人皮肤血流的变化【i7j,以及正常人平静状态和愤怒状态下皮肤血流的变化_l引.从上可知,运用ldpi这种方法所检测的部位相对表浅,对于皮肤微循环的变化最为敏感,故对体表部位和某些脏器表面血管较丰富部位的检测效果十分理想.如烧伤后皮肤的病理改变,皮肤肿瘤和皮肤疾病的血供变化,能够得到高清晰的二维彩色图像;而脑组织,胃肠壁和心脏肌纤维等血管较为丰富的部位也是ldpi进行观察的理想对象.同时也应注意到,由于激光射人体表的深度有限,该技术对深部病变和皮肤以下血流情况的测量尚不能实现.3激光多普勒图像诊断系统在中医针灸经络研究中的应用我国许多学者从生理,生化,物理特性,经穴一脏腑相关性和循经现象等各方面对针灸的作用机理和经络的各种特性进行了研究,其中针灸引起体表温度的升高和循经高温线现象二者与血流的关系问题也是研究的主要内容.目前,我国的研究者已使用激光多普勒点式血流检测技术(ldf)在这一方面做了一定的工作,并积累了丰富的经验和结果.例如本实验室用皮层红外热温度显示法在开颅的家猫大脑表面选择高低温度点,并在其上使用激光多普勒血流仪进行血流量测量后发现,皮层表面存在温度差异,高温点上测量的微血管血流量比低温点的要高(p<0.01)iq.对家猫皮层不同温度区域的微循环血流量进行了电针穴位前后的比较后发现,电针相关穴位后大脑皮层微循环血流量的改变非常显着.另外还有学者使用ldf对针刺镇痛机理进行研究,认为针刺引起的局限性皮肤血流量增加的机理主要考虑综速62李顺月张栋为痛纤维轴索反射的作用.然而,以往的工作是由多普勒点式血流计(ldf)完成的,测量的范围较小,而ldpi能够非接触地连续测量某一区域内组织血液灌流量,产生与测量区对应并以不同的灌流量对应的彩色图像,并可进行大范围体表微循环的测量,我们对此也进行了人体不同部位体表血流显像的初步摸索.目前ldpi这一新技术刚刚应用到针灸研究领域中,本实验室对此进行的观察发现针灸穴位后,针刺点或艾灸部位血流量明显增加,针刺点和灸点以外的指尖,大小鱼际,指根等部的微循环血流量较针刺或艾灸前有明显的增加;提示针灸的作用不仅仅限于针灸穴位的局部.另外对单纯针刺和电针某穴位后的比较可见,针刺参考文献1ngey,f0ksc,gohct.casestudiesoflaserdopplerinngsys.ternforclinicaldiagnosisapplicationsandmanagement.jmedengtechnol,2003.27(5):200206.2阎广晖,韦正翔.激光多普勒图像诊断系统的原理及应用.医疗设备信息,2002,17(1):1314.3golsterh,thulesiuso,nilssong,eta1.heterogeneousbloodflowresponseinthefootondependency,assessedbylaserdopplerperfu-sionimaging.actaphysiolscand,1997,159(2):101106.4townsendkp,obregond,quadmsa,eta1.proinflammatoryandvasoactiveeffectsofabetainthecerebrovasculature.annnyacadsci,2002,977:6576.5riyamongkolp,zhaow,liuy,eta1.automatedregistrationoflaserdopplerperfusionif/lagesbyanadaptivecorrelationapproach:appli-cationtofocalcerebralischemiaintherat.jneuroscimethods,2002,122(1):7990.6c.maldonadoc,papanicolao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