OCTA光学相干断层成像在脑疾病研究最新进展

在全球范围内，脑卒中每年导致约5200万人死亡，创伤性脑损伤致死人数超过1万，脑肿瘤患者5年生存率不足35%。这些触目惊心的数字背后，是传统成像技术难以突破的瓶颈：CT存在辐射风险，MRI检查耗时昂贵，超声无法穿透颅骨。在这样的背景下，光学相干断层成像（OCT）技术犹如一束穿透迷雾的激光，为脑科学研究带来了革命性突破。

厦门大学赵庆亮团队在《Theranostics》发表的综述揭示，OCT及其血管成像技术（OCTA）凭借微米级分辨率、无标记检测、三维实时成像三大核心优势，正在重塑脑疾病研究范式。这项起源于眼科的技术，通过测量生物组织背向散射光的干涉信号，不仅能呈现皮层血管网络的精细结构，还能动态捕捉血流变化，为缺血性卒中、脑损伤、脑肿瘤等疾病的机制研究和临床诊疗开辟了新视野。

当前脑部疾病的主要检测手段包括CT血管造影（CTA）、磁共振血管造影（MRA）、数字减影血管造影（DSA）和超声成像（US）等技术，但各有明显缺陷：CTA的辐射剂量相当于200次胸片，DSA需注射造影剂存在过敏风险，MRA对小血管显示不足，US作为非侵入性成像方法，在观察颅骨和深层解剖结构时存在局限。这些技术难以满足活体、实时、微循环层面的研究需求。

1991年诞生的OCT技术，采用低相干干涉原理，分为时域（TD-OCT）和频域（FD-OCT）两大体系。频域OCT又衍生出光谱域（SD-OCT）和扫频源（SS-OCT）两种类型，扫描速度可达每秒20万次。但技术发展面临三大挑战：穿透深度限制（颅骨散射导致有效成像深度仅2-3mm）；运动伪影干扰（微小位移即可造成血管网络模糊）；血流量化难题（毛细血管级血流速度检测精度不足）。

与传统成像技术相比，OCT具有诸多优势。它无需注射对比剂或暴露患者于电离辐射，安全性高；分辨率高，能够获取大脑结构的详细数据；还可进行实时、非侵入性成像，为脑部疾病的研究和诊断提供了新的视角。

OCT脑血管成像及其应用

缺血性中风：在缺血性中风研究中，OCT可用于分析脑血管内膜厚度、脂肪沉积和斑块，实现早期诊断和预防。研究人员利用OCT技术对缺血性中风模型进行研究，监测血管动力学的实时变化，了解缺血性中风后大脑损伤的进展，为精确治疗和预后评估提供重要依据。

创伤性脑损伤：OCT在创伤性脑损伤研究中也发挥着重要作用。它能够清晰显示大脑组织的细微结构变化，有助于了解损伤的程度和范围。研究人员通过OCT技术观察创伤性脑损伤后脑血管系统的变化，评估药物对损伤恢复的影响。

脑癌：对于脑癌，OCT可实时可视化脑组织的结构和病变，辅助诊断和评估脑肿瘤。在手术中，OCT可帮助医生区分肿瘤组织、非肿瘤组织和浸润区域，提高手术切除的准确性。研究人员还利用OCT技术观察脑肿瘤的进展，区分正常和恶性脑组织。

小鼠大脑的体内2D横向流向图像

研究人员建立了多种脑部疾病的动物模型，如缺血性中风的大脑中动脉闭塞（MCAO）模型、创伤性脑损伤的撞击模型等，通过OCT及OCTA技术对这些模型进行成像研究。在实验中，运用了多种OCT成像系统，如OMAG成像系统、光谱/傅里叶域OCT等，以获取不同层面的大脑图像信息。

加速光学相干断层扫描血管造影（OCTA）的深度学习框架示意图

缺血性中风成像监测：在缺血性中风的成像研究中，OCTA清晰展示了缺血区域血管的动态变化，如血流灌注减少、血管重构等。研究发现，在缺血性中风发生后，大脑组织的血流灌注在急性期会显著降低，随后逐渐出现血管的代偿性变化。在大脑中动脉闭塞（MCAO）模型中，OCTA清晰呈现了卒中后血流再灌注的动态过程：超急性期（<1h）：核心区血流速下降76%，毛细血管密度减少58%；亚急性期（24h）：侧支循环开放，软脑膜吻合支血流增加3.2倍；慢性期（7d）：新生血管形成，灌注恢复至基线水平的83%。

对小鼠体内整个大脑皮层的功能性血流网络进行成像

创伤性脑损伤成像评估：针对创伤性脑损伤，OCT成像显示出损伤区域脑组织的细微结构变化，包括血管的破裂、出血以及组织的水肿等。研究人员通过对不同时间点的成像结果进行分析，观察到创伤性脑损伤后脑血管系统的逐渐恢复过程。在可控皮层冲击模型中，OCT实现了创伤区三维长期监测：急性期（<72h）：血脑屏障破坏导致光衰减系数升高1.8倍；修复期（4周）：血管密度恢复至伤前水平的67%，新生血管直径（12.5±3.2μm）显著小于原有血管；老龄代偿缺陷：老年小鼠血管重塑延迟3天，胶质瘢痕增厚42%。

OCT血管造影显示远端边界重塑

脑癌成像结果：在脑癌的成像研究中，OCT能够清晰区分肿瘤组织与正常脑组织，观察到肿瘤血管的异常增生和分布。研究还表明，OCT的衰减系数可有效区分不同类型的脑组织，为脑癌的诊断和治疗提供了重要的参考依据。在胶质母细胞瘤模型中，OCT结构识别：肿瘤区光衰减系数显著低于正常白质；血管特征：肿瘤新生血管扭曲度指数和渗漏指数显著升高；术中导航：手持式OCT探针可实时区分肿瘤浸润区，阳性预测值达89%。

小鼠连续3D成像

经过二十余年发展，光学相干断层扫描（OCT）及光学相干断层扫描血管造影（OCTA）技术凭借其非侵入性、高分辨率和实时成像的优势，已从实验室走向临床，在脑部疾病的研究和诊断中取得了显著进展。在缺血性中风、创伤性脑损伤和脑癌等疾病的研究中，OCT和OCTA技术能够提供丰富的结构和功能信息，为疾病的早期诊断、治疗方案的制定以及预后评估提供了重要支持。

尽管OCT和OCTA技术在脑部疾病研究中展现出巨大潜力，但目前仍面临一些挑战，如成像深度有限、视野范围较小以及运动伪影等问题。未来，需要通过技术创新来克服这些挑战。一方面，可整合先进的自适应光学技术、波前整形技术等，提高成像深度和质量；另一方面，优化扫描协议和图像处理软件，减少运动伪影的影响，扩大视野范围。

声明：本文仅用作学术目的。文章来源于：Yang L, Chen P, Wen X, Zhao Q. Optical coherence tomography (OCT) and OCT angiography: Technological development and applications in brain science. Theranostics. 2025 Jan 1;15(1):122-140.

doi: 10.7150/thno.97192.