早产新生儿经皮微循环成像

摘要

微循环成像（MI）用于监测危重或早产新生儿的外周灌注。本文及视频展示了获取高质量图像的最佳方法。

摘要

微循环成像（MI）是一种相对较新的研究工具，主要应用于重症监护环境中。MI 能够清晰显示最小的毛细血管、小动脉和小静脉。其放大效果可直观呈现红细胞在这些血管中的流动模式。

其无创特性使其适用于（早产）新生儿，甚至可用于心肺功能不稳定的患者。在成人和儿童中，微循环成像主要通过舌下途径进行，但在早产儿中无法采用此方法，因为这些婴儿无法配合，且探头尺寸也存在问题。因此，在早产儿中需经皮进行微循环成像。其较薄的皮肤使得获取高质量的外周微循环图像成为可能。

本文将介绍在早产儿中进行经皮机械通气（transcutaneous MI）的方法。我们将重点介绍不同的技术，并提供优化图像质量的技巧。同时还将阐述软件设置、安全性和离线分析的要点。

引言

对危重早产新生儿进行血流动力学诊断一直存在困难。大多数在成人中使用的诊断工具无法应用于这些微小的早产儿；此外，检测结果参数的敏感性也存在问题。更重要的是，这些婴儿极为脆弱，诊断操作带来的风险往往超过其可能带来的益处。因此，在新生儿学领域，血流动力学长期被忽视，导致该主题的相关知识严重缺乏。

处理这些问题的一个有趣选择可能是可视化微循环。20世纪90年代末引入的手持式显微镜使得以非侵入方式观察微循环成为可能。目前已推出三代设备：正交偏振光谱成像（Orthogonal Polarization Spectral, OPS）¹、侧流暗场成像（Sidestream Dark Field, SDF）² 和入射暗场成像（Incident Dark Field, IDF）³。这些技术基本采用相似的方法，即使用特定波长（548 nm）的绿色闪光灯照射微循环。绿色光可被氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白吸收，而主要被周围组织反射。绿色光的这一特性因此形成了可见的对比度。反射光通过放大镜头后投射到相机传感器上，从而能够观察黏膜组织约一毫米深度或直接在实体器官表面流动的红细胞。

在过去15年中，微循环研究主要集中于成人，尤其是脓毒性休克患者^4-6。这些观察性研究发现，持续存在的微循环改变与器官功能障碍和死亡率相关。然而，这一观察结果不能直接外推至（早产）婴儿，因为在成人中微循环是通过舌下区域进行测量的。由于早产儿无法配合，因此无法在他们身上获得高质量的舌下微循环图像。在足月婴儿中，研究关注的区域为颊部微循环⁷。幸运的是，早产儿皮肤较薄，使得经皮微循环成像成为可能。该方法已应用于聚焦于输血⁸、治疗性低温⁹和低血压¹⁰的新生儿研究中。

在本研究中，我们介绍了使用入射暗场成像技术对早产新生儿进行经皮微循环成像的操作方案。我们将重点讨论获取最高质量图像的不同策略。SDF与IDF设备之间的技术细节及差异可参见其他文献¹¹。

方案

本方案遵循当地人类研究伦理委员会的指导方针。

1. 准备

1. 安排微循环测量时间时，应避免与其他操作（如采血）同时进行。对于足月新生儿，最好在喂奶后进行，以防止烦躁，有利于测量顺利进行。
2. 确保有护士或家长在场，在检查过程中提供支持与安抚，遵循新生儿个体化发育支持护理与评估项目（Newborn Individualized Developmental Care and Assessment Program）的原则¹²。
   注意：尽管单人可完成测量，但强烈建议由第二人协助。一人持摄像头并专注于新生儿，另一人操作计算机和软件。根据我们的经验，这种方式可获得更高质量的图像，并缩短操作时间。
3. 若新生儿临床状况允许，将其置于仰卧位。微循环成像也可在俯卧位进行，但需要更高的操作技巧和耐心。
4. 确保早产儿体温处于正常范围（36.5 - 37.5 摄氏度）。

2. 实验步骤

1. 将设备安装在培养箱旁边。确保培养箱处于合适的高度。
2. 将一次性镜头帽安装在相机上。
3. 在探头尖端涂抹凝胶、油或生理盐水；这有助于使探头与皮肤之间的接触更加平滑。
4. 将相机放置在婴儿上臂的腹内侧。为防止对焦伪影，请确保探头与皮肤垂直。这可能需要调整婴儿手臂的位置。
   注意：上臂腹内侧是测量皮肤微循环的主要部位。该部位胎毛较少，因此不易产生伪影。当患儿处于仰卧位时，该部位最容易接触。
5. 为尽量缩短操作总时长，在寻找伪影最少位置的同时，可同步确定最佳对焦深度（图3），以节省时间。
   注意：对焦深度主要取决于出生后年龄，而非胎龄。出生后第一周的平均对焦深度为 0 - 80 µm。此后，随着皮肤成熟，对焦深度迅速增加，在出生后 1 - 4 周时平均值为 80 - 200 µm（图2）。足月新生儿出生时的平均对焦深度为 80 - 160 µm。
6. 稳定探头以避免运动伪影。操作时可将肘部支撑在培养箱窗口上，手腕置于新生儿身旁。或者，也可将探头沿新生儿身体方向放置在枕头上。
7. 让相机仅轻微接触皮肤，以避免压力伪影。在图像采集过程中，若观察到血管内出现来回流动，或大血管无灌注而小血管血流良好，则提示可能存在压力伪影。此外，若整个屏幕上的血流模式完全一致，也需警惕压力伪影。
8. 录制视频的最短时长应不少于 5 秒。
9. 成功采集后，将相机移至手臂上的另一位置。
   注意：建议在上臂 3 - 5 个不同位置共采集 5 - 10 段视频，因为某些伪影仅在离线分析时才能被识别，这意味着相关视频无法用于后续分析。
10. 使用小块纱布轻轻擦去皮肤上的凝胶、油或生理盐水。

3. 离线分析

1. 如果存在显著移动而影响分析，需对视频进行裁剪。进入“工具”部分，点击“编辑器”按钮。选择适合分析的帧区间，然后点击“裁剪视频”按钮。注意：若移动范围在视野的½以内，则视频仍可接受¹³。
2. 选择已裁剪的视频并进行稳定化处理。进入“工具”部分，点击“分析”按钮。然后点击“稳定化”按钮。
   注意：所有视频在进行自动分析前必须完成稳定化处理。
3. 选择稳定化后的视频。进入“分析”部分，点击“检测”按钮。确保“毛细血管”和“血管”选项处于高亮状态。
4. 完成检测后（图4），点击“CNA”或“De Backer”按钮以生成完整的微循环分析报告。该报告包含最常用的结局参数，如总血管密度（TVD）、灌注血管密度（PVD）和灌注血管比例（PPV）。
   注意：作为替代方案，视频可导出至本地进行手动分析。该选项位于“工具”部分，选择“导出”后点击“AVA导出”按钮即可。

结果

图1和图2展示了高质量显微成像（MI）视频的代表性静态图像。这些示例显示了同一婴儿在出生后第1天（图1）与第28天（图2）之间皮肤厚度的差异。在第1天，图像具有明亮的照明，对微血管的聚焦充分，且伪影极少。而在第28天，由于皮肤较厚，更难在微血管清晰聚焦与伪影控制之间取得适当平衡。请注意，稳定性、持续时间以及压力伪影无法通过这些静态图像进行评估，应在图像采集过程中或离线分析前予以注意。

图1. 妊娠24周早产儿出生第1天的心肌显微图像。

讨论

本文描述并演示了早产新生儿经皮微循环成像的方法。通过可视化该技术，将有助于研究人员克服科研中的两大主要挑战：实验的可重复性，以及学习新技术所需的时间和劳动投入。该技术能够以无创方式提供早产儿外周微循环的有用信息。连续测量有助于临床医生评估治疗干预的效果。微循环是氧输送链最终步骤发生的部位。观察性研究已表明，微循环随时间恶化与细菌感染的存在之间存在关联¹⁴。由于外周微循环的恶化是早产儿败血症的早期征象之一，人们普遍认为外周微循环有助于预测败血症的发生。

图像质量主要取决于操作者的技术水平。尽管最新的相机设备提供了更优的技术参数和硬件，但这仍然处于次要地位。操作者应接受过微循环成像方面的正规培训。他们应熟悉2006年在阿姆斯特丹举行的圆桌会议所提出的相关建议¹⁵，以及Massey et al¹³所制定的质量标准。这六项标准（照明、持续时间、聚焦、内容、稳定性、压力）是获得高质量且可信数据的基础。缺乏经验的操作者往往难以识别常见的压力伪影¹⁶。但需注意，这些质量标准和建议最初是针对成...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
细胞照相机（Cytocam）	Braedius	http://www.braedius.com/magnoliaPublic/braedius/products.html	其他知名的用于观察微循环的手持式显微镜包括采用SDF技术的MicroScan（Microvision Medical）或采用OPS技术的CytoScan（CytoMetrics）
一次性镜头盖	Glycocheck	http://www.glycocheck.com/lenscovers.php
CCTools	Braedius	http://www.braedius.com/magnoliaPublic/braedius/products.html	另一个知名的离线分析软件是AVA（Microvision Medical）。