超声引导光声成像监测植入物诱导皮肤坏死中的血管缺血机制研究

本研究针对皮下植入物引发的皮肤坏死难题，利用超声引导光声（US/PA）成像技术，首次实现了对血管缺血的非侵入性定量监测。研究人员通过设计不同几何结构的3D打印聚己内酯（PCL）植入物，在小鼠模型中系统评估了血管密度、血红蛋白水平等光声生物标志物的时空变化。结果表明，532 nm波长下的光声血管成像可提前2–4周预测皮肤坏死，且与皮肤健康状况高度相关（R >0.85）。该技术为植入物设计优化和术后早期干预提供了重要工具，对改善临床预后具有显著意义。

　　

皮下植入物在面部重建、耳廓修复等临床应用中具有重要价值，尤其相较于自体移植，其可降低手术复杂性、提高解剖结构重现性，并更适用于儿童患者。然而，植入物诱导的皮肤坏死和暴露仍是严峻挑战，常导致感染和植入失败。传统观点认为机械应力导致血管缺血是主要原因，但这一假说缺乏直接定量验证。现有血管成像技术如激光散斑对比成像、多普勒超声等，或因穿透深度有限，或因无法定量测量，难以满足临床需求。

为应对这一难题，研究团队在《Ultrasound in Medicine》发表论文，探索超声引导光声（US/PA）成像作为非侵入性诊断工具的潜力，旨在检测血管变化并预测皮下植入物引发的皮肤破损位点。

研究采用16只SKH1-Elite无毛小鼠，植入三种不同设计的3D打印多孔聚己内酯（PCL）植入物：单模态立方体、双模态立方体和单模态穹顶。通过纵向双周US/PA成像，监测532 nm下的光声血管结构、血管密度以及700–950 nm范围内的总血红蛋白水平，并结合改良版国家压力损伤咨询小组评分系统评估皮肤健康状况。

关键技术方法包括：使用医学级PCL材料通过挤出式3D打印制备植入物；采用Vevo LAZR系统进行3D US/PA成像，激光波长涵盖532 nm和680–950 nm范围；通过光谱解混工具获取脱氧血红蛋白（Hb）和氧合血红蛋白（HbO₂）分布；应用Jerman二维Hessian基于血管过滤器增强血管结构；利用线性混合效应模型进行统计分析，并通过空间血红蛋白映射定位缺血区域。

皮肤健康与光声生物标志物

结果显示，植入物暴露组（N=5）的光声生物标志物呈进行性下降，至第12周降幅达48%，且这些变化早于肉眼可见的皮肤坏死2–4周。健康组（N=11）信号稳定。532 nm光声血管成像表现出最显著的时间分化（p=0.0013）并与皮肤健康强相关。

统计分析

线性混合效应模型分析表明，光声血管的交互效应显著（p=0.0013），血管密度也显着（p=0.0129），总血红蛋白水平接近显著（p=0.0545）。光声血管是区分健康与暴露组的最敏感指标。

光声与皮肤健康相关性

所有光声生物标志物与皮肤健康评分均呈现强相关性（R>0.85）。光声血管和总血红蛋白水平减少提前皮肤恶化约2–4周，而血管密度的时间滞后无一致模式。

空间血红蛋白分析

通过总血红蛋白水平二维图谱发现，局部血红蛋白减少区域与后续皮肤裂开位置存在空间对应。例如，在第6–8周中心区域血红蛋白下降，第8–10周上中心区域进一步减少，最终该区域出现严重皮肤裂开。

讨论与结论

本研究证实US/PA成像可有效检测皮下植入物上覆皮肤中的血管变化，光声生物标志物特别是532 nm下的光声血管，能非侵入性地早期预警血管损害。空间分析进一步表明，局部血红蛋白减少可预测后续坏死位点。有限元建模提示立方体植入物角缘处的高应力可能导致血管压迫和缺血，而穹顶设计应力分布均匀，血管完整性得以保持。

尽管样本量有限，但结果表明US/PA成像有望指导植入物设计和术后监测。未来需扩大样本验证，并整合光声断层成像（PAT）和超声剪切波弹性成像（SWEI）等技术，综合评估血管缺血与皮肤力学特性变化的关系，推动临床转化。

该研究不仅为植入物诱导皮肤坏死的机制提供了定量证据，也为早期干预和个性化植入物设计开辟了新途径，对改善患者预后、降低再手术率具有重要意义。