第一部分:探究EB-OCT检测兔气管结构层次的可行性研究背景及目的:正常人气管壁结构包括粘膜层、粘膜下层、平滑肌层及软骨层。目前气管结构的检测手段有CT、超声内镜,其图像无法精确分析气管壁的结构层次。光学相干断层成像(optical coherence tomography,OCT)是一种新型的成像技术,其原理类似于超声,通过探测从生物组织反射回来的光和回波延时来构成二维、三维图像,以获得生物组织的横断面图像,不同的是OCT用光波代替了声波,早期应用于眼科,OCT后逐渐应用于脉管系统、消化系统等,而在呼吸系统的应用研究报道较少,支气管内光学相干断层成像技术(endo-bronchial optical coherence tomography,EB-OCT)运用内镜与OCT相结合,使OCT可进入人体管腔结构,对管腔壁及其周围组织进行探测,近年来国产EB-OCT研发成功,但缺乏临床应用数据。本课题我们使用国产EB-OCT来探测兔气管壁的结构层次,将其图像与病理图像进行比对分析,探究EB-OCT检测兔正常气管结构层次的可行性和图像特点,为今后国产EB-OCT检测人气管壁结构层次提供新的无创手段。方法:我们选择成年且体重相当的雌雄兔各五只,使用EB-OCT在气管相同区域进行扫描采集三维图像,每次采集三次。处死试验兔并留取兔完整气管标本,福尔马林固定HE染色,显微镜下采集病理组织学图像。匹配EB-OCT图像与病理组织学图像后,将EB-OCT图像以导管为中心,由内向外标记各层次为01(1-10)、O2(1-10)、O3(1-10)、O4(1-10)....On(m),并测量其具体数值;用 B1(1-10)、B2(1-10)、B3(1-10)、B4(1-10)记录病理组织学图像的粘膜层、粘膜下层、平滑肌层及软骨层,使用测量软件测量各层次的厚度。统计分析EB-OCT图像分层厚度与病理图像不同结构之间厚度的相关性。结果:(1)EB-OCT显示兔气管结构图像特点:按信号强弱呈现层次分明的灰阶图。组织密度呈现不同的反射强度。低信号呈现黑色,中信号呈现灰色,高信号呈现白色。O1为灰色、O2表现为强反射的白色,O3为灰白色、O4表现为反射较弱的黑色。(2)O1与B1之间呈线性趋势,直线回归方程为Y=5.5984+0.7629X,(P<0.0001),两者之间呈线性正相关。(3)O2与B2之间呈线性趋势,直线回归方程为Y=3.1050+0.9716X,(P<0.0001),两者之间呈线性正相关。(4)O3与B3之间呈线性趋势,直线回归方程为Y=5.2229+0.9832X,(P<0.0001),两者之间呈线性正相关。(5)O4与B4之间呈线性趋势,直线回归方程为Y=1.9805+0.9398X,(P<0.0001),两者之间呈线性正相关。(6)EB-OCT显示兔气管各层次厚度与病理结果均呈高度相关性,相关系数分别是 0.9923、0.9987、0.9998、0.9999。结论:(1)EB-OCT图像可清晰地显示兔气管的粘膜层、粘膜下层、平滑肌层及软骨层的结构。(2)EB-OCT图像反映的兔气管壁各层结构与实际组织病理相吻合。第二部分:研究创伤兔良性气道狭窄的EB-OCT图像特点研究背景及目的:前期我们研究发现创伤后狭窄形成的原因主要是软骨破坏,由此狭窄类型分为粘膜破坏为主和软骨破坏为主型。目前良性气道狭窄的确诊手段主要有CT和气管镜,而狭窄类型的判断需要依靠病理组织学的判断,良性气道狭窄现有的治疗方法多为经验治疗,如冷冻、球囊扩张等,不同的狭窄类型采取的治疗方案应有所不同,如能精准判断是粘膜破坏还是软骨破坏可进一步解决治疗策略的问题。光学相干断层扫描(optical coherence tomography,OCT)是一种新型的技术,运用干涉成像技术,能够提供生物组织表面下微观结构的横断面图,第一部分通过对正常兔气管EB-OCT图像与病理组织学图像对比研究,获得正常兔气管结构的OCT图像,得出EB-OCT检测气管管壁结构层次是一种可行的方法。本部分我们采取气管黏膜损伤合并软骨损伤的方法建立损伤兔气管狭窄模型,获取不同时间点创伤兔EB-OCT观察良性气道狭窄的图像及特点,为进一步研究良性气道狭窄的形成机制及治疗提供新的诊断手段。方法:观察研究12只创伤后气道狭窄的兔术后2周、4周、6周、8周支气管镜下、EB-OCT图像特点,同时每次留取3只兔气管标本,采集HE染色后病理组织学图像;取气管镜下钟点方向一致的手术部位的EB-OCT图像与病理组织学图像为匹配图像,测量匹配部分EB-OCT图像中软骨层及非软骨层的厚度,标记为C(O)和NC(O),采用测量软件测量病理组织学图像软骨层及非软骨层的厚度,标记为C(B)和NC(B)。统计分析及比较创伤气道狭窄兔气管镜下表现、EB-OCT图像与组织病理图像的相关性。结果:(1)创伤兔术后两周气管镜下可见主气管腔内肉芽形成,管腔狭窄明显;术后四周可见瘢痕挛缩和肉芽增生同时存在,管腔狭窄进一步加重;术后六周可见明显瘢痕挛缩,狭窄有所减轻;术后八周见修复的瘢痕挛缩,管腔狭窄减轻。(2)病理特点:术后两周兔病理组织图像见粘膜下层肉芽组织增生,部分纤毛增生、脱落,软骨细胞破坏;术后四周病理组织图像仍见有大量肉芽组织,部分纤维结缔组织增生形成瘢痕组织,纤毛脱落,软骨破坏明显,部分伴有软骨膜的破坏;术后六周病理组织图像见纤维结缔组织增生,瘢痕组织为主,软骨细胞修复;术后八周病理组织图像见明显的瘢痕修复,疏松结缔组织接近正常,软骨进一步修复。(3)EB-OCT特点:术后两周见图像中结构紊乱,强信号反射条带的粘膜层及粘膜下层增宽,部分向内隆起,低信号的软骨层结构不连续。术后四周见图像中结构紊乱,强弱信号混合,部分向内隆起,低信号的软骨层不连续。术后六周强信号条带与弱信号条带分界清楚,未见隆起,强信号带信号增强,低信号条带的软骨层部分不连续。术后八周见图像层次分明,无隆起,强弱信号条带分界清楚,白色强信号带信号增强,弱信号条带的软骨层连续无破坏。(4)NC(B)与NC(O)之间呈线性趋势,直线回归方程为Y=-9.4328+0.9935X,(P<0.000l)。两者之间呈线性正相关;两者相关系数r=0.9999。C(B)与C(O)之间呈线性趋势,直线回归方程为Y=3.7498+0.9717X,(P<0.0001),两者之间呈线性正相关;两者相关系数r=0.9992。(5)EB-OCT诊断创伤后兔气道狭窄形成率(100%)、狭窄类型(肉芽增生、瘢痕挛缩)与气管镜下随访所见比较无统计学差异(P>0.05),EB-OCT观察到的创伤后兔气道狭窄类型与病理组织学(粘膜破坏、软骨破坏)比较无统计学差异(P>0.05)。结论:(1)气管粘膜及软骨的损伤是兔良性气道狭窄的关键因素,其狭窄类型主要为肉芽形成和瘢痕挛缩。(2)动态采集的EB-OCT创伤兔气管狭窄图像表现与病理组织学图像相吻合。(3)EB-OCT可以很好的区别气管粘膜破坏或/和软骨破坏以及两者破坏的程度。