反射式共聚焦显微镜贴片的国产化研究

张书婷1,吴先友2,杨春俊3,杨森1

1. 安徽医科大学第一附属医院 皮肤性病科,安徽 合肥 230022;2. 中国科技大学 医学物理中心,安徽 合肥 230022;3.安徽医科大学第二附属医院 皮肤性病科,安徽 合肥 230022

[摘 要]目的比较进口贴片与国产贴片在皮肤病诊断上的一致性,试验验证进口贴片的可替代性,降低贴片成本。方法随机收集50例经过临床诊断的皮肤病患者,在相同试验条件下,分别使用进口和国产两种贴片对同一患者的皮肤进行检测,将所检测结果绘制成表格,并使用SPSS软件进行统计学分析。结果在诊断白癜风和银屑病时,使用两种贴片的诊断结果均与临床诊断结果具有一致性(P>0.05)。结论国产贴片可替代进口贴片。国产贴片制作简单,成本减低,材料易得,为实现反射式共聚焦显微镜设备国产化创造了有利条件。

[关键词]反射式共聚焦显微镜;国产化;贴片;白癜风;光学材料

引言

在皮肤病诊疗过程中,经常需要对可疑皮损及其变化进行定期观察,反射式共聚焦显微镜(Re flectance Confocal Microscopy,RCM)的出现,极大的满足了临床皮肤科医师 的需求。这种非侵入性的“光学切片”能为临床工作者提供一种组织学检查之外的检查手段[1]。首先,RCM可实现实时动态监测,对同一皮损进行多次成像,以对其发展变化、治疗后的改善状态等进行观察;其次,RCM的使用提高了患者的依从性[2]。RCM贴片为一次性使用的组织贴片,具有保持被检皮肤在同一平面、让图片不受空气的影响、保证生物安全性等作用。目前,虽然皮肤CT检测技术正在全世界范围内逐渐普及,但是作为一种耗材产品,我国现有的技术还不能独立制造组织贴片,然而进口贴片价格昂贵、订购周期长,加大了这项技术在我国大多数医院,尤其是一些基层医院开展的难度。皮肤科中,同一个病皮损的多样性加大了临床医师的诊断难度,而RCM的使用则可以解决该问题。组织切片作为RCM的一个重要组成单元,虽然为患者及临床医师需要的产品,但目前我国对其研究还处在空白状态,因此,针对这一问题,本文做了RCM组织切片国产化的相关研究。

RCM采用激光束做光源,激光束经照明针孔,由分光镜反射至物镜,聚焦于样品上,对标本内焦平面上每一点进行扫描,然后反射光经原来入射光路直接反向回到分光镜,通过探测针孔时先聚焦,聚焦后的光被光电倍增管探测收集,并将信号输送到计算机,在显示器上显示图像。只要载物台沿着Z轴上下移动,将样品一个新的层面移动到共焦平面上,样品的新层面又成像,随着Z轴不断移动(深度可达400 μm),就可得到样品不同横切面连续的光切图像,因此,能够从任意角度观察标本的三维剖面和整体结构(图1)[3-4]

图1 共焦的原理

1 材料与方法

1.1 研究对象

本研究为回顾性分析,选取2016年8月~2017年1月至我院皮肤科门诊就诊的患者,共50例,其中女性28例,男性22例, 年龄在1~77岁。经过临床诊断,其中色素痣4例,脂溢性角化3例,色素减退斑8例,扁平疣2例,白癜风19例,银屑病14例。所有患者均在知情同意下,进行RCM检查。

1.2 主要设备

美国生产Vivascope 1500:光源为波长830 nm的激光束,轴向分辨率为3~5 μm,横向分辨率为0.5~1.0 μm,放大倍数为×1000。国产贴片:南通银兴光学有限公司生产的K9玻璃;进口贴片:美国Vivascope 1500配套的贴片,中国康奥公司代理;相机。

1.3 方法

1.3.1 国产贴片研制方法

RCM是一种光学仪器,对贴片的研制经过了两个阶段,第一阶段光学材料的选择。现国内光学材料主要有光学晶体、光学玻璃、光学塑料3种,各材料的主要应用范围,见表1[5]。综合考虑应用范围、成本及制作难易程度,我们选用K9光学玻璃,即K9料制成的玻璃制品,它的气泡、杂质含量低可直接作为透射光学用材料。K9料全称为硼硅酸盐玻璃,其组成成分为:SiO2=69.13%,B2O3=10.75%,BaO=3.07%,Na2O=10.40%,K2O=6.29%,As2O3=0.36%。光学常数为:折射率=1.51630,色散=0.00806[6]。K9玻璃是一种性能优越的光学材料,其透光度、折光效果、硬度和质感远高于树脂料。

表1 不同光学材料应用范围

第二阶段是对K9平面镜的具体技术要求。首先是光洁度[7],即物体表面的光洁程度,共分为14级,其代号为▽1~▽14,数字越大表面光洁度越高,表面粗糙度与机械零件的配合性质、耐磨性、疲劳强度、接触刚度、振动和噪声等有密切关系,主要对其使用寿命有重要影响,光洁度越高生产成本也越高,而RCM贴片为一次性产品,对原料光洁度要求不高,最后我们选定光洁度▽3,并进行试验,结果发现计算机上可清晰显像;其次是光圈,光圈是一个用来控制光线透过镜头,进入机身内感光面的光量的装置,它通常是在镜头内,我们用f值表达光圈大小。简单来说就是光圈越大,进光量就越多,图片越亮,适合在光线一般或较差的地方使用,光圈越小,进光量就越少,适合在光线过强的地方使用,并且光圈的数值越小光圈就越大,我们选用的贴片是平面镜,平面镜没有聚光效果使补光呈散射形态射入,我们选用光圈3个并进行试验;最后是贴片的厚度,平面镜的厚度不影响反射共聚焦显微镜的图片,依据仪器上带聚合物的金属环的厚度,选用厚度为1 mm。国产贴片制作简单,成本低,材料易得。

1.3.2 皮肤CT成像方法

① 采用Vivscope 1500系统对皮损局部进行扫描显像,严格按照皮肤CT操作方法,分别用进口和国产两种贴片在同一皮肤CT仪器、同一病人的同一皮损区进行检测,在皮肤和粘合环之间以蒸馏水为媒介,贴合时尽量排除气泡;在镜头和粘合环之间以医用超声耦合剂为介质,面部及手部皮肤进行检测前,充分清洗,去除药物及化妆品残迹;② 记录结果,建立RCM扫描图像数据库;③ 对各个RCM特征,两两组合编号,并由第三人负责把图像随机打乱,形成新的图像数据库;④ 采用回顾性分析评价新建图像数据库中的每一张图像,采用盲法对两种贴片的试验结果与我科专家判定的临床诊断结果是否一致;⑤ 将所检测结果绘制成四格表,并采用SPSS系统进行统计学分析。

2 结果与分析

2.1 两种贴片所呈图像对比结果

根据不同部位,RCM在体成像的最深深度约为150~350 μm[8],成像范围一般可以从皮肤表面直至真皮乳头层,皮肤CT的扫描图像为水平面图像,由于机体各组织细胞成分对光源激光的反射和折射系数的不同,因而图像所显示的黑白亮度也有所不同。在表皮细胞成分中,黑色素、含氧血红蛋白和角蛋白的反射和折射系数较高,成像较亮,胞核和胶原反射和折射系数较小,成像较暗[9]。下面通过对比列举,分别应用进口贴片与国产贴片在美国生产的Vivascope 1500系统[10]对同一皮损局部进行扫描显像,说明国产贴片所成图像的清晰度。

2.1.1 正常手背部皮肤的角质层

在皮肤CT成像过程中,角质层主要由死亡的角质形成细胞组成,是表皮的最浅表层,由无核的角质形成细胞组成,因该层细胞胞浆含有大量角蛋白成分,整个角质层成像非常明亮。在形态上表现为较大的多边形无核角质形成细胞,每个细胞的大小约为25~50 μm,该层的厚度在不同的解剖部位存在很大差异,足底最厚,面部前臂较薄[11]。使用进口贴片与国产贴片观察角质层细胞对比图,见图2。观察可知,使用进口贴片与国产贴片拍摄出的图像均呈现较高的折光性,均可观察到较大的多边形角质形成细胞,因此均可反应此层为角质层。

图2 进口贴片(a)和国产贴片(b)拍摄出的角质层图像

2.1.2 棘层

皮肤表面以下约20~100 μm的深度为棘层,是由4~8层的少扁平的角质形成细胞组成。在RCM下,棘层角质形成细胞呈多边形,细胞间隔明显可见,大小约为15~25 μm,细胞核折射率低呈深色,胞核周围胞浆折射率较高呈亮色,因此棘层细胞有清晰的细胞边界并呈蜂窝状排列。棘层细胞较颗粒层细胞明显变小,且棘层细胞由浅至深细胞也逐渐变小[12]。使用进口贴片与国产贴片观察棘层细胞对比图,见图3。进口贴片与国产贴片均可显示棘层中部细胞排列特点,细胞逐渐变小,排列逐渐致密,并且可知观察时国产贴片比进口贴片图像颜色稍深。

图3 进口贴片(a)和国产贴片(b)拍摄出的棘层图像

2.1.3 基底层

基底层位于表皮底层紧邻与基底膜之上,由一层圆柱形角质形成细胞组成,细胞间散在分布着黑素细胞,通常情况下约30%的基底细胞处在增生活跃期,这些处于核分裂的角质形成细胞含有较多的黑素颗粒,这些色素聚集在细胞核上方或呈帽状排列呈色素帽。RCM下,由于黑素的大量沉积在基底层,这些基底层细胞一般比棘层细胞更亮,每个细胞约为7~12 μm, 呈多角形,大小和形态均较一致,在真表皮交界处可见明亮的基底细胞成环状,周围环绕黑色的真皮乳头[13],使用进口贴片与国产贴片观察基底层细胞对比图,见图4。可见进口贴片与国产贴片均可显示高折光的基底层细胞包绕较低折光的真皮乳头,均反应此层为基底层。

图4 进口贴片(a)和国产贴片(b)拍摄出的基底层图像

注:a.进口贴片;b.国产贴片。

2.1.4 白癜风患者基底层扫描图像对比

白癜风是一种常见的色素脱失性疾病。在RCM下,进展期白癜风患者,白斑区基底层色素完全缺失,或局部残留,残留的色素环结构不完整色素含量低;周围正常皮肤色素正常或减退,色素环可不完整;稳定期白癜风患者,白斑区基底层色素完全脱失,但边缘清晰,有时白斑区可见高折光的黑素细胞,周围正常皮肤基底层色素环完整[14],使用进口贴片观察正常区域与皮损区域的对比图,见图5。使用国产贴片观察正常区域与皮损区域的对比图,见图6。无论是进口贴片,还是国产贴片均可见皮损区与周围正常皮肤相比,表皮基底层色素含量显著减少,色素环边缘模糊不清,符合白癜风皮肤CT镜下改变。

2.1.5 银屑病患者扫描图像对比

RCM在部分类型银屑病的诊断中可与传统的组织病理学检查的诊断结果相符合,可以显示角化不全、变薄或角质层增厚;颗粒层细胞明显减少或缺失;Munro微脓肿,Munro微脓肿对寻常性银屑病在RCM的诊断中具有较高的敏感性和特异性[15];棘层肥厚;真皮乳头向上延伸,延伸的真皮乳头内可见显著扭曲扩张的血管,动态扫描时可观察到红细胞[16]。使用进口贴片与国产贴片观察银屑病皮肤的对比图,见图7。观察可知,进口贴片与国产贴片均可见延伸的真皮乳头内可见显著扭曲扩张的血管。

2.2 两种贴片一致性结果

将两种贴片的检测结果进行配对设计四格表,进行资料的χ2检验,进口贴片与国产贴片一致性比较结果,见表2。计算得知χ2=1,P>0.05,差异无统计学意义,可以认为两种贴片的诊断一致性相同。

图5 进口贴片拍摄的正常部位区域(a)和皮损区域(b)

图6 国产贴片拍摄的正常部位区域(a)和皮损区域(b)

图7 进口贴片(a)和国产贴片(b)拍摄出的银屑病图像

表2 进口贴片与国产贴片一致性比较

3 讨论

RCM是近年来新兴的非侵入性皮肤影像学检查技术,具有高分辨率及无创性的优点,极具临床应用前景。本研究证实,国产贴片可扫描皮肤或者皮下细胞乃至核内显微结构,帮助确认白癜风、银屑病、毛囊炎或者过敏性皮炎等皮肤科常见疾病的诊断,同时可以用于观察皮肤正常组织结构并进行测量(皮肤各层厚度、局部血流等),为皮肤美容提供指导作用。但由于皮肤CT辅助诊断疾病主要依据RCM皮肤病图谱[12]人为做出诊断,目前依据图片并无客观指标用于诊断,本实验检测结果的判定采用的是我科专家对图像所显示的细胞结构做出的诊断,存在主观因素,为减少主观因素的存在,检测结果的判定采用我科3位专家独立判定的方法,最后取多者为结果,减少实验误差。

RCM这种仪器目前国内还不能独立生产,许多基层医院现还不具有这台仪器,不能开展批复影像学检查项目,其中的组织贴片一次性使用产品也为进口产品,但其价格贵,增加了患者的检查费用,为了使国内尽快能生产该仪器,基层医院能尽快运用该项技术,笔者先对仪器中的简单零件进行国产化研究,通过对进口和国产贴片进行研究,其皮肤病的诊断相符,试验性运用临床200份病例,可用于临床,扫描图像清晰、国产贴片制作简单、成本减低、材料易得,为实现RCM国产化创造了有利条件。

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本文编辑 王婷

Research on Localization of Research Confocal Microscopy

ZHANG Shuting1, WU Xianyou2, YANG Chunjun3, YANG Sen1
1.Department of Dermatology, First Affiliated Hospital of Anhui Medical University, Hefei Anhui 230022, China; 2.Medical Physics Center, University of Science and Technology of China, Hefei Anhui 230022, China; 3.Department of Dermatology, Second Af filiated Hospital of Anhui Medical University, Hefei Anhui 230022, China

Abstract:ObjectiveThe purpose of this paper is to compare the consistency between the imported patch and the homemade patch in the diagnosis of skin diseases, to verify the substitutability of the imported patches and to reduce the cost of the patch.MethodsThis study randomly collected 50 cases of dermatosis patients who had been clinically diagnosed. Under the same test conditions, the skin of the same patient was detected with both imported and homemade patches. Then the test results were drew into a form and the SPSS software was used for statistical analysis.ResultsIn the diagnosis of vitiligo and psoriasis, the diagnosis results of the two patches were in consistent with the clinical diagnosis (P>0.05).ConclusionDomestic patch can replace imported tiles. The production of domestic patch is simple, the cost is reduced, and the material is easy to obtain, which are advantageous to realize the localization of the re flectance confocal microscope equipment.

Key words:re flectance confocal microscopy; localization; patch; vitiligo; clinical application; optical material

[中图分类号]TH773

[文献标识码]A

doi:10.3969/j.issn.1674-1633.2017.09.014

[文章编号]1674-1633(2017)09-0059-04

收稿日期:2017-02-08

修回日期:2017-03-31

通讯作者:杨森,主任医师、教授,主要研究方向为皮肤美容。

通讯作者邮箱:yangsen@medmail.com.cn