手持式正交偏振光谱和侧流暗视野成像技术在脓毒症微循环监测中的应用进展

唐 雪，王瑞兰

脓毒性休克是各种感染性因素引起的以器官功能损害为特征的复杂的临床综合征。有效循环血量明显降低和组织器官低灌注是感染性休克的血流动力学特征，组织缺氧是其本质改变，最终导致多器官功能障碍综合征。随着免疫抑制患者增多、侵入性治疗检查的增加、微生物耐药、老年人人口的增长和人们对脓毒症认识与诊断水平的提高，脓毒症的发病率以每年1.5% ～8.0%的速度增加［1］。尽管对其治疗给予巨大的投资，严重脓毒症的病死率仍在50%。最近也有研究表明，脓毒症患者在28 d住院病死率的基础上，出院后2年内病死率会持续增加，生活质量也有所下降［2］。早期提高微循环灌注可降低脓毒症患者多器官功能障碍的发生率［3］。因此，脓毒症的早期诊断对其治疗和预后有重要意义。

监测微循环的手持式正交偏振光谱(orthogonal polarization spectral，OPS)成像技术问世，是微循环监测领域的革命，摒弃了笨重的显微镜，实现了无创、可视微循环监测。很快、更先进的侧流暗视野(sidestream dark field，SDF)成像技术替代了 OPS技术，它轻便、无创、无毒、相对廉价，图像较 OPS清晰［4］，迅速应用于许多领域研究。微循环障碍是脓毒症的始动因素［5－6］。本文阐述了OPS及SDF的定义及原理以及近年来该技术在脓毒症中的应用。

1 脓毒性休克的病理生理改变

脓毒性休克主要是由于各种感染性因素，使机体没有足够的氧供来满足组织细胞代谢的需求，进而导致组织器官功能障碍。脓毒性休克是由于体内液体分布异常造成，造成心输出量正常甚至升高及微循环障碍。分布性休克主要病理改变是薄弱的微循环单位关闭，自动脉至静脉的氧输送障碍，引起微循环缺氧，长时间缺氧使器官衰竭。

2 传统体循环监测方法

反映全身循环状态的指标包括:平均动脉压 (MAP)、中心静脉压 (CVP)、中心静脉血氧饱和度 (ScvO2)、心脏指数 (cardiac index)等，是常用的监测脓毒性休克的指标。但在脓毒性休克中，即使达到了早期的目标治疗 (early goaldirected therapy，EGDT)，整体的血流动力学指标 (如尿量、MAP、CVP、ScvO2)都得到改善，仍然可能存在微循环功能障碍，进而影响局部组织细胞的氧供。同时，全身或局部的氧供不能反映微循环的氧供。正常情况下，根据红细胞的向轴性迁移 (Fahraeus)效应:微循环的红细胞比容 (Hct)低于全身;Hct在血管分支内的分布是非线性的;微循环的氧分压低于全身，并呈多向性分布［7］。最近一项临床研究显示，去甲肾上腺素能改善脓毒症休克患者全身血流动力学参数，提高MAP，但不能改善微循环血流［8］。因此全身循环状态的参数并不能准确反映脓毒症微循环改变。

3 OPS和SDF的定义及原理［4］

OPS技术工作原理为光源发出 (550±70)nm波长的绿光，经过两个互相垂直的偏振镜，极化光被滤过，去极化光线通过偏振镜进入电荷耦合器件 (charged couple device，CCD)和摄影机成像 (见图1)。血红蛋白 (Hb)的等吸收点为550 nm，因此选为光源的波长。成像后红细胞为黑色小体［9］。

SDF技术是 OPS技术的衍生技术，和OPS技术组成基本相同，其光源是频闪观测仪的发光二极管 (LED)，LEDs排列在探测器末端，发出 (540±50)nm(绿色)光，独立极化的光源可以照入更深的微循环内部组织，微循环中的红细胞和白细胞分辨率更高，能监测更深的毛细血管。它只有一个偏振镜，通过与视频帧速率同步的LED光照来改进成像 (见图2)。

图1 OPS成像原理Figure 1 OPSimaging optical scheme

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

OPS和SDF成像结果的数据分析为半定量分析:血管直径〔小血管 (S):10～15μm;中血管 (M):26～50μm;大血管 (L):51～100μm〕、血流 (0:无血流;1:间歇流动;2:缓慢流动;3:持续流动)。计数尽量多的血管。根据血管直径和血流速度，可以给每个象限评分。平均分称为微血管血流指数 (MFI)。最后使用软件分析SDF数据。最后机器建立一个视频序列的详细的统计指纹，包括了血流参数。通过图像处理软件进行半自主化血管识别，形成在实物拍摄基础上的更清晰的血管图像，便于分析血管类型，测量血管直径，同时建立一个d－t坐标 (d为一个毛细血管片段的距离，t为时间)，来获得毛细血管内红细胞血流动力学参数。

4 OPS和SDF技术在脓毒性休克微循环监测中的应用

微循环障碍是脓毒症的始动因素，且微循环低灌注可持续至全身血流动力学参数及氧供恢复正常以后［10］。这种分离使全身监测获得的参数不能准确反映微循环氧供情况，脓毒症的早期诊断和治疗效果的监测更为困难。

Slaaf等［11］将 OPS 技术及手持式显微镜引入临床医学领域，开创了微循环监测的新局面。但当时也只能监测暴露的器官组织表面的微循环情况。直到10年前，直接活体微循环监测主要通过庞大的脉细血管显微镜实现，当时的技术水平下，只能监测甲襞毛细血管，这极大限制了其在临床上的应用。随着技术发展，目前在关于手术、创口愈合及肿瘤方面 OPS和SDF技术取得了研究成果。

OPS对舌下黏膜微循环的监测在脓毒症患者的早期诊断中很敏感［5］。进一步研究证实脓毒症患者微循环血管密度下降，小血管灌注比例下降，在死亡患者中这种病理变化更为明显［7］。目前对于舌下微循环能否反应全身脏器微循环改变仍存在争议。Boerma等［12］研究显示舌下黏膜不能可靠地反映肠道黏膜微循环变化，其后Dubin等［13］在羊内毒素血症模型中得到了相同结果。但Verdant等［7］一项定量分析显示，在脓毒症中，腹腔压力持续＜10 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)时，舌下黏膜和胃肠道微循环改变是一致的。近期一项临床研究显示，脓毒症患者舌下黏膜小血管 (＜20 mm)MFI、异质性指数 (HI)和局部血流灌注均比正常人低，随病情进展，这些指数进一步降低，幸存患者的微循环指标明显优于死亡患者［14］。因此，通过监测舌下黏膜微循环变化评估胃肠道微循环改变需要排除外因影响，当腹腔压力升高时，其评估作用不准确。

脓毒症时的血流重新分布使消化道成为早期缺血器官，直接显微镜监测肠系膜微血管证实了在脓毒症早期即可出现肠系膜微血管的构型、管径及流速的改变［15］。Bracht等［16］在动物实验中使用 OPS技术进行了肠系膜灌注的研究，研究者使用手术方法直接将OPS仪器置于肠道观测，结果显示血管密度不能显示肠系膜上动脉血流是否下降，可能是血流重分布和异质性以及OPS图像缺陷。同时OPS埋藏式检测仪显示肠黏膜血管密度差异很大［16］。

5 OPS和SDF的优势和不足

5.1 OPS和SDF的优势 OPS和SDF开辟了无创、无毒、相对廉价的微循环可视化监测，近年来随着技术的发展，其装置更轻便，除了能监测暴露的组织和器官外，还进一步向深层组织发展。

Milstein等［17］使用SDF技术在兔口腔中连续无创观察了口腔创口愈合过程并定量了毛细血管更新情况，实现了无创连续定量监测。对术后组织修复的监测有重要意义。目前已开展了对脓毒症患者及心、脑、肝、肾［18－19］等重要器官多种病理状态下的监测，对疾病的早期诊断、治疗都有一定的指导意义。

5.2 OPS和SDF的不足 目前OPS及SDF技术监测舌下黏膜微循环改变来反映全身其他器官微循环改变，其可靠性仍存在争议。有研究显示，在儿茶酚胺抵抗的脓毒症患者中，使用垂体后叶素类似物可破坏舌下微循环［20］。由于微循环的异质性，使用血管活性药物对各处微循环的改变是否一致仍需进一步研究。

对于OPS和SDF结果的解读也是一个难点，目前采用半定量方式，其结果易受人为因素影响，且观察者不同，得到的结果也不同。但一项监测健康志愿者舌下黏膜微循环情况的试验证明，SDF技术的结果不受不同观察者的影响，其结果可作为休克复苏的标准［21］。纯定量分析需要软件包经长时间观察获得。Verdant等［7］在临床背景下通过对微血管的密度和流速的测量获得了定量分析结果，但是也有学者认为在实际临床实践中消耗大量时间是不现实的，需要进一步发展自动分析技术［22］。

氧化血红蛋白 (HbO2)吸收可见光，波长为660 nm，Hb吸收红外光，波长为940 nm，OPS和SDF选择的550 nm波长的绿光尚不能分辨HbO2和Hb。

OPS和SDF技术实际操作中仍存在一些问题，如监测对象表面的气泡对成像影响极大，气管插管患者难以进行舌下黏膜监测。

6 展望

OPS和SDF技术是一种轻便、无创、无毒的可视化微循环监测技术。目前已开展了对脓毒症患者及心、脑、肝、肾等重要器官多种病理状态下的监测，对疾病的早期诊断、治疗都有一定的指导意义。但目前仍有许多问题需要解决。如Hb异常时，对结果是否有影响。如高铁血红蛋白(MetHb)和碳氧血红蛋白 (COHb)在550 nm是否可被吸收，血液中有染料(如亚甲蓝)或造影剂 (如泛影葡胺)时是否影响观察效果等。此外，对微循环结果的解读，目前主要是半定量方式，且获得更准确的结果需要花费大量时间，因此开发快速自动分析软件是必须的。由于技术原因，该技术需要被监测器官表面洁净无气泡，这个缺陷一定程度上对其应用产生了阻碍。2010年是从体循环走向微循环的一年，微循环监测将越来越受到重视，各种微循环监测技术的发展对脓毒症的早期诊断和治疗有重要的指导意义。

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