Dynamische OCT − was verraten uns die Gefäße?^[1]

Zusammenfassung

Die Weiterentwicklung der optischen Kohärenztomografie (OCT) zur dynamischen OCT (D-OCT) erlaubt die gleichzeitige Darstellung der oberflächlichen Blutgefäße. Blut ist das wichtigste Transportsystem unseres Körpers, und sowohl durch äußere als auch durch innere Einflüsse können physiologische Prozesse beeinträchtigt werden. Die D-OCT ermöglicht erstmals die Darstellung dieser Veränderungen anhand der Gefäßdichte und Durchblutung. Durch wiederholtes schnelles Messen der gleichen untersuchten Region können mithilfe einer speziellen Software Unterschiede in einer Bildserie erfasst werden und so sich bewegende Teilchen, die den Blutbestandteilen entsprechen, bis zu einer Tiefe von 0,5 mm vom statischen Hautgewebe differenziert werden. Die Software bildet den Blutfluss im D-OCT-Bild in roter Farbe als Überlagerung über das grau-weiß strukturelle Gewebe ab. Mithilfe der D-OCT konnten physiologische Einflüsse auf die Durchblutung, wie Vasokonstriktion und Positionsänderung, Unterschiede aufgrund der anatomischen Körperregionen, aber auch therapeutische Effekte, wie z. B. durch die lokale Behandlung mit vasokonstringierendem Brimonidin-Gel (einem selektiven α^2-Adrenorezeptor-Agonisten) oder bei der Lasertherapie nachgewiesen werden. Weiterhin fanden sich bestimmte Blutgefäßformen nur bei chronisch venösen Ulzera (wie Knäuel am Wundrand oder geschlängelte Gefäße bei Dermatosklerose), während die Blutgefäße bei akuten Wunden eine Häufung von anderen Gefäßformen und Verteilungsmustern zeigten. Bei ausgewählten entzündlichen und autoimmunbedingten Erkrankungen konnten die damit einhergehenden vaskulären Prozesse exemplarisch dargestellt werden. Auch ließ sich mit der D-OCT feststellen, dass eine erhöhte Blutgefäßdichte und gewisse Formen erst mit einer größeren Tumordicke von Melanomen (Breslow-Index) einhergehen. Außerdem können die Blutgefäße zur Differenzierung sowie zur Therapieauswahl von nicht-melanozytärem Hautkrebs beitragen. Die D-OCT ist jedoch nicht nur ein diagnostisches Gerät, sondern eignet sich auch zur bildgeführten Therapie wie der D-OCT-geführten Lasertherapie.

Die D-OCT bietet durch die Darstellung von Blutgefäßen zahlreiche diagnostische und therapeutische Einsatzmöglichkeiten. Die Blutgefäße verraten uns so viel über physiologische und pathologische Prozesse in unserer Haut, und ihre Darstellung wird in Zukunft eine individuellere, patienten-orientiertere Therapie erlauben, als es bisher möglich ist. So könnten z. B. Ulzera verschiedener Genese mittels D-OCT differenziert werden oder Melanome anhand der Gefäßmuster bereits präoperativ risikostratifiziert werden.

Abstract

The further development of optical coherence tomography (OCT) to dynamic OCT (D-OCT) allows the simultaneous display of superficial blood vessels. Blood is the most important transport system of our body and physiological processes can be impaired by external and internal influences. D-OCT allows for the first time the visualization of these changes according to blood vessel density and circulation. Through repetitive fast scanning of the same examined region differences in an image series can be detected with a special software. Therefore, moving particles, which correspond to blood components, can be differentiated from static skin tissue until a depth of 0.5 mm. The software displays the blood flow in the D-OCT image in red color as an overlay over the grey-white structural tissue. With D-OCT physiological influences on blood circulation like vasoconstriction and positional changes, differences due to anatomical body regions, but also therapeutic effects like through topical treatment of vasoconstrictive Brimonidin Gel (a selective α² adrenal receptor agonist) or through laser therapy could be demonstrated. Furthermore, certain blood vessel shapes were only found in venous ulcers (like coils at the wound border or serpiginous vessels in dermatosclerotic skin), whereas the blood vessels in acute wounds showed an accumulation of other vessel shapes and patterns. In specific inflammatory and autoimmune diseases, the associated vascular processes could be exemplarily described. Moreover, with D-OCT it could be detected, that a higher blood vessel density and certain vessel shapes only occur with a higher tumor thickness in melanomas (Breslow Index). Besides, blood vessels can also be used for the differentiation and therapy selection of non-melanocytic skin cancer. D-OCT is not only a diagnostic device, it is also helpful for image-guided therapy like D-OCT-guided laser therapy. D-OCT allows many diagnostic and therapeutic applications through the display of blood vessels. The blood vessels reveal so much about physiological and pathological processes in our skin and will allow a more individual, patient-orientated therapy in the future than ever before. Thus prospectively, ulcers of different origin could be differentiated with D-OCT or melanoma could already preoperatively be risk-stratified with the aid of vessel patterns.

^* Teile des Inhalts der Arbeit wurden bereits in einem Vortrag mit dem Titel „Dynamische OCT – was verraten uns die Gefäße“ auf der 50. DDG-Tagung, 1. – 4. Mai 2019, Berlin (Abstract: A-1035-0119-00561) präsentiert.

Publikationsverlauf

Artikel online veröffentlicht:
06. April 2020

• Literatur

• 1 Ulrich M, Themstrup L, de Carvalho N. et al. Dynamic optical coherence tomography in dermatology. Dermatology 2016; 232: 298-311
• 2 Mariampillai A, Standish BA, Moriyama EH. et al. Speckle variance detection of microvasculature using swept-source optical coherence tomography. Opt Lett 2008; 33: 1530-1532
• 3 Wang RK, An L, Saunders S. et al. Optical microangiography provides depth-resolved images of directional ocular blood perfusion in posterior eye segment. J Biomed Opt 2010; 15: 020502
• 4 Schuh S, Holmes J, Ulrich M. et al. Imaging blood vessel morphology in skin: dynamic optical coherence tomography as a novel potential diagnostic tool in dermatology. Dermatol Ther (Heidelb) 2017; 7: 187-202
• 5 Andersen P, Olsen J, Friis KBE. et al. Vascular morphology in normal skin studied with dynamic optical coherence tomography. Exp Dermatol 2018; 27: 966-972
• 6 Themstrup L, Welzel J, Ciardo S. et al. Validation of dynamic optical coherence tomography for non-invasive, in vivo microcirculation imaging of the skin. Microcvasc Res 2016; 107: 97-105
• 7 Themstrup L, Ciardo S, Manfredi M. et al. In vivo, micro-morphological vascular changes induced by topical brimonidine studied by dynamic optical coherence tomography. J Eur Acad Dermatol Venereol 2016; 30: 974-979
• 8 Paul DW, Ghassemi P, Ramella-Roman JC. et al. Noninvasive imaging technologies for cutaneous wound assessment: a review. Wound Repair Regen 2015; 23: 149-162
• 9 Kuck M, Strese H, Alawi SA. et al. Evaluation of optical coherence tomography as a non-invasive diagnostic tool in cutaneous wound healing. Skin Res Technol 2014; 20: 1-7
• 10 Holmes J, Schuh S, Bowling FL. et al. Dynamic optical coherence tomography is a new technique for imaging skin around lower extremity wounds. Int J Low Extrem Wounds 2019; [Epub ahead of print]
• 11 Lindert J, Tafazzoli-Lari K, Tüshaus L. et al. Optical coherence tomography provides an optical biopsy of burn wounds in children – a pilot study. J Biomed Opt 2018; 23: 1-6
• 12 Aldahan AS, Chen LL, Fertig RM. et al. Vascular features of nail psoriasis using dynamic optical coherence tomography. Skin Appendage Disord 2017; 2: 102-108
• 13 Conti A, Ciardo S, Mandel VD. et al. Speckled variance optical coherence tomography for the assessment of nail involvement in acrodermatitis continua of Hallopeau: a case study. J Int Med Res 2016; 44: 119-123
• 14 Manfredini M, Greco M, Farnetani F. et al. Acne: morphologic and vascular study of lesions and surrounding skin by means of optical coherence tomography. J Eur Acad Dermatol Venereol 2017; 31: 1541-1546
• 15 Ring HC, Themstrup L, Banzhaf CA. et al. Dynamic optical coherence tomography capillaroscopy: a new imaging tool in autoimmune connective tissue disease. JAMA Dermatol 2016; 152: E1-E5
• 16 Rajabi-Estarabadi A, Tsang DC, Nouri K. et al. Evaluation of positive patch test reactions using optical coherence tomography: a pilot study. Skin Res Technol 2019; 25: 625-630
• 17 De Carvalho N, Ciardo S, Cesinaro AM. et al. In vivo micro-angiography by means of speckle-variance optical coherence tomography (SV-OCT) is able to detect microscopic vascular changes in naevus to melanoma transition. J Eur Acad Dermatol Venereol 2016; 30: e67-e68
• 18 De Carvalho N, Welzel J, Schuh S. et al. The vascular morphology of melanoma is related to Breslow index: an in vivo study with dynamic optical coherence tomography. Exp Dermatol 2018; 27: 1280-1286
• 19 Themstrup L, De Carvalho N, Nielsen SM. et al. In vivo differentiation of common basal cell carcinoma subtypes by microvascular and structural imaging using dynamic optical coherence tomography. Exp Dermatol 2018; 27: 156-165
• 20 Themstrup L, Pellacani G, Welzel J. et al. In vivo microvascular imaging of cutaneous actinic keratosis, Bowen’s disease and squamous cell carcinoma using dynamic optical coherence tomography. J Eur Acad Dermatol Venereol 2017; 31: 1655-1662
• 21 Rajabi-Estarabadi A, Eber AE, Tsatalis J. et al. Optical coherence tomography in evaluation of glomus tumours: a report of three cases. J Eur Acad Dermatol Venereol 2019; 33: 310-347
• 22 Ortiz AE, Anderson RR, DiGiorgio C. et al. An expanded study of long-pulsed 1064 nm Nd:YAG laser treatment of basal cell carcinoma. Lasers Surg Med 2018; 50: 727-731
• 23 Schuh S, Welzel J. OCT-guided laser treatment and surgery. In: Bard R. Image guided dermatologic treatments. Cham: Springer; 2020: 115-136
• 24 Christman MP, Feng H, Holmes J. et al. Treating port wine stain birthmarks using dynamic optical coherence tomography-guided settings. J Am Acad Dermatol 2019;