李俊霞，譚建明，黃正，方玉宏，李偉軍

（1.聯(lián)勤保障部隊(duì)第九〇〇醫(yī)院腎臟病科，福建 福州 350025；2.聯(lián)勤保障部隊(duì)第九〇〇醫(yī)院泌尿外科，福建 福州 350025；3.醫(yī)學(xué)光電科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建師范大學(xué)福建省光技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350007）

臨床上現(xiàn)有的常用疾病診斷方法有超聲波、X 射線透視、CT掃描、核磁共振等，均屬于非侵入式的醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)，但存在精度低、速度不高、輻射等缺點(diǎn)。光學(xué)相干斷層成像（optical coherence tomography，OCT）是一種新型的光學(xué)成像技術(shù)，對(duì)生物組織及其他散射介質(zhì)的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行高分辨率的橫斷面層析成像[1]，能提供微米量級(jí)分辨率及毫米量級(jí)探測(cè)深度的實(shí)時(shí)一維、二維橫截面和三維體圖像。OCT在成像技術(shù)方面類似于超聲成像，除高分辨率特性，還具有非接觸、無(wú)創(chuàng)傷、實(shí)時(shí)、原位等特點(diǎn)，使OCT技術(shù)可用于對(duì)生物組織、微生物和工業(yè)材料等樣品進(jìn)行成像。隨著OCT 成像技術(shù)的不斷完善，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，逐漸被應(yīng)用于眼科、內(nèi)窺鏡、心血管介入、腫瘤等學(xué)科，但截至目前，國(guó)內(nèi)尚無(wú)關(guān)于OCT 應(yīng)用于腎臟區(qū)分腎臟組織結(jié)構(gòu)及判斷腎臟缺血損傷的相關(guān)研究。本研究在建立Beagle 犬腎臟缺血再灌注損傷的基礎(chǔ)上，應(yīng)用OCT 技術(shù)觀測(cè)并采集腎蒂血管阻斷前、阻斷時(shí)及再通等情況下的OCT圖像，通過(guò)比較OCT 技術(shù)與腎臟組織學(xué)活檢技術(shù)，探討OCT 技術(shù)用于判斷腎臟正常組織結(jié)構(gòu)及缺血再灌注損傷的臨床價(jià)值，以期為腎臟疾病診斷提供依據(jù)，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象 普通級(jí)成年Beag1e 犬10 條，雌雄兼用，體質(zhì)量約15～20 kg，由第九〇〇醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心所提供。

1.2 儀器設(shè)備 本研究采用SS-OCT（OCS1310V1，ThorLabs公司，美國(guó)）和SD-OCT（TEL1300V2，ThorLabs公司）兩種OCT系統(tǒng)，其中SS-OCT系統(tǒng)是傅里葉域OCT系統(tǒng)，工作中心波長(zhǎng)為1 300 nm，工作帶寬為100 nm，靈敏度為100 dB，在空氣中的軸向分辨率和橫向分辨率分別為12 μm和25 μm。波長(zhǎng)掃描頻率為100 kHz，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)二維和三維成像，最大掃描視場(chǎng)（FOV）為10 mm×10 mm。SD-OCT使用了中心波長(zhǎng)1 300 nm 的SLD光源，在空氣中的軸向和橫向分辨率分別為5.5 μm和13 μm。

1.3 方法

1.3.1 建立缺血再灌注損傷動(dòng)物模型 常規(guī)消毒麻醉后，沿腹部正中切開(kāi)，切口長(zhǎng)約6 cm，切開(kāi)皮膚，鈍性分離皮下組織，縱行剪開(kāi)腹直肌前鞘，鈍性分離肌肉，切開(kāi)腹膜，進(jìn)入腹腔。暴露并分離雙側(cè)腎臟腎蒂，使用無(wú)創(chuàng)血管夾阻斷雙側(cè)腎蒂。腎蒂成功阻斷后可見(jiàn)腎臟的顏色由鮮紅色逐漸變?yōu)樽虾谏?，提示腎臟血管阻斷成功。用無(wú)創(chuàng)血管夾夾閉45 min后，去除無(wú)創(chuàng)血管夾，腎臟顏色可見(jiàn)有紫黑色逐漸恢復(fù)為紅色，關(guān)閉腹腔，并逐層縫合。

1.3.2 術(shù)中腎臟暴露于OCT探頭下進(jìn)行OCT掃描 活體腎臟分別在2D 模式（長(zhǎng)8.9 mm×高3.5 mm，共300 次連續(xù)掃描）、2D模式（長(zhǎng)2.5 mm×高2.3 mm）和3D模式（長(zhǎng)3.5 mm×寬2.5 mm×高3.5 mm）下用SS-OCT 和SD-OCT 成像。夾閉和再灌注腎動(dòng)脈造成缺血，夾閉前后進(jìn)行OCT掃描。

2 結(jié)果

2.1 正常腎臟二維OCT成像 全麻下活體腎臟OCT掃描，暴露健康動(dòng)物腎臟置于OCT 探針下進(jìn)行OCT 掃描。OCT圖像數(shù)據(jù)通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀器裝置收集，實(shí)時(shí)可視化。計(jì)算結(jié)構(gòu)尺寸，然后加入重建圖像，以揭示腎臟的解剖結(jié)構(gòu)的定量信息。關(guān)注的腎組織結(jié)構(gòu)，如腎小管、腎小球、血管，可根據(jù)不同的形態(tài)鑒定。通過(guò)OCT 成像，可得到深度達(dá)幾百微米的腎實(shí)質(zhì)橫斷面成像（見(jiàn)圖1a）。

圖1 腎臟組織OCT成像和對(duì)應(yīng)的病理圖像Figure 1 OCT imaging of renal tissue and corresponding pathological images

2.2 正常腎臟二維OCT成像與腎臟組織病理的比較 OCT圖像和相應(yīng)的組織學(xué)圖像比較表明，反應(yīng)感興趣區(qū)域（ROI）特征兩者基本一致。此外，OCT圖像的分辨率與傳統(tǒng)組織病理學(xué)相當(dāng)。OCT圖像中腎的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)包括包膜（C）和腎小管（T）清晰可見(jiàn)。

2.3 腎臟缺血灌注模型的OCT 成像改變 腎臟雙側(cè)腎蒂血流阻斷時(shí)，OCT 圖像少見(jiàn)明顯開(kāi)放小管管腔。腎臟缺血45 min再灌注5 min后的OCT圖像可見(jiàn)開(kāi)放的小管管腔（見(jiàn)圖2A），但較未缺血前顯著減少；再灌注4 h后的OCT圖像可見(jiàn)開(kāi)放小管管腔，較阻斷前變化不明顯（見(jiàn)圖2B）；再灌注24 h后的OCT圖像與I/R 4 h比較可見(jiàn)開(kāi)放的小管管腔有明顯減少（見(jiàn)圖2C）；再灌注72 h 后的OCT 圖像較 I/R 24 h 的OCT圖像開(kāi)放小管管腔的情況明顯好轉(zhuǎn)（見(jiàn)圖2D）。

圖2 腎臟缺血再灌注損傷模型的OCT成像變化Figure 2 Changes of OCT imaging in renal ischemia-reperfusion injury model

3 討論

OCT 在泌尿外科領(lǐng)域的應(yīng)用原理類似于B 超，OCT 成像技術(shù)是基于干涉儀的光學(xué)成像系統(tǒng)，與超聲相比，OCT是利用近紅外光而不是超聲波，無(wú)需直接接觸組織或傳感介質(zhì)。組織的后向散射光參考信號(hào)光干涉產(chǎn)生高分辨率的二維組織微觀結(jié)構(gòu)圖[2]?？臻g分辨率1～15 μm的圖像，遠(yuǎn)高于常規(guī)超聲[3-4]。

鑒于OCT 能對(duì)組織進(jìn)行實(shí)時(shí)活體成像，OCT 技術(shù)可稱為一種“光學(xué)活檢”技術(shù)，可原位提供組織的病理學(xué)信息，而常規(guī)活檢需切除標(biāo)本才能獲得組織的病理學(xué)檢查結(jié)果[5-6]。另外，OCT可與現(xiàn)有的手術(shù)器械相結(jié)合，如腹腔鏡、內(nèi)窺鏡、導(dǎo)尿管、手持探針等[7]。因此，OCT 有助于指導(dǎo)手術(shù)介入操作或在常規(guī)活檢存在困難或風(fēng)險(xiǎn)性時(shí)，提供組織原位的微觀結(jié)構(gòu)成像。自1997年OCT技術(shù)首次用于泌尿生殖系統(tǒng)的診斷以來(lái)，受到臨床廣泛關(guān)注。早期的體外研究指出，OCT能提供詳細(xì)的泌尿系樣本組織學(xué)信息，易區(qū)分增生、不典型增生和腫瘤，因此，可作為組織學(xué)的替代方法[8]。

OCT除腫瘤領(lǐng)域外也被用于其他腎臟疾病。有國(guó)外研究發(fā)現(xiàn)，OCT能顯示腎臟缺血或腎損傷的組織病理改變[9-11]，當(dāng)腎缺血時(shí)，可觀測(cè)到腎小管管腔急劇收縮，腎單位血流濾過(guò)率減少和近端腎小管微絨毛刷狀緣的破壞。但移植手術(shù)時(shí)應(yīng)用OCT 成像供體腎結(jié)構(gòu)，評(píng)估遭受缺血損害和急性腎損傷后器官活性的可行性及I/R的生物標(biāo)志物，目前國(guó)內(nèi)未見(jiàn)相關(guān)研究。

本研究結(jié)果顯示，OCT能實(shí)時(shí)、直觀的觀測(cè)腎臟的超微結(jié)構(gòu)，尤其是腎小管的結(jié)構(gòu)和分布尤為清晰，通過(guò)與常用的組織病理學(xué)資料比較，OCT 采集的圖像同樣能反映類似的組織微觀結(jié)構(gòu)，此外，OCT圖像的分辨率（1～10μm）可揭示形態(tài)學(xué)的具體情況。OCS1310V1 的Swept Source OCT System 系統(tǒng)采用最新的MEME VCSEL 掃頻源，最短腔長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)微米，使MEMS VCSEL可產(chǎn)生1個(gè)較長(zhǎng)的相干長(zhǎng)度，在光源以幾百千赫茲工作時(shí)，較長(zhǎng)的相干長(zhǎng)度支持OCT 可測(cè)量較大的范圍。該系統(tǒng)可提供高清晰圖像，包括2D 的橫截面信息及內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，且也可通過(guò)計(jì)算產(chǎn)生3D重構(gòu)的圖形，內(nèi)部結(jié)構(gòu)可通過(guò)計(jì)算機(jī)清晰的呈現(xiàn)出來(lái)。與國(guó)外Chen等[10]研究采用的OCT系統(tǒng)比較，具有成像速度快、成像范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，但分辨率較低。本研究還發(fā)現(xiàn)，OCT成像缺血再灌注模型，缺血前后及再灌注不同時(shí)間點(diǎn)，同樣采集點(diǎn)的圖像區(qū)域腎小管的數(shù)目有明顯差異。證實(shí)在腎小管缺血損傷時(shí)，腎臟OCT 數(shù)據(jù)圖形有顯著變化，OCT 也可清晰的顯示腎小管二維圖像，提供有價(jià)值的腎小管形態(tài)學(xué)特征。腎小管的組織病理學(xué)改變可預(yù)測(cè)供腎移植前后的狀態(tài)，OCT 對(duì)評(píng)價(jià)移植腎活性具有一定意義[11-12]。也有研究提示，通過(guò)阿霉素注射建立慢性腎臟?。–KD）模型，阿霉素誘導(dǎo)后第4～8 周，用OCT監(jiān)測(cè)小鼠腎臟，發(fā)現(xiàn)腎小管密度和管徑發(fā)生明顯變化，表明OCT 可以提供CKD 類似組織病理學(xué)的信息[13]。2016年，Andrews團(tuán)隊(duì)利用OCT研究老年大鼠的腎臟并與組織病理學(xué)變化比較，有研究結(jié)果表明，OCT可用于與老齡化相關(guān)的腎病的監(jiān)測(cè)以及評(píng)價(jià)老齡化供體腎臟的狀態(tài)[14]。

綜上所述，OCT 可實(shí)時(shí)、快速、無(wú)創(chuàng)的評(píng)估供腎移植前后影像學(xué)病變形態(tài)，且可預(yù)測(cè)ATN 發(fā)生和移植后的腎功能情況，評(píng)估移植腎的腎臟活性，并逐漸向功能和結(jié)構(gòu)綜合成像的OCT發(fā)展，為CKD的臨床評(píng)估提供依據(jù)。