无论伤口大小或严重程度，人类皮肤上的伤口在愈合过程中都难以监测。活检会破坏伤口部位，且过于侵入性，无法进行常规、重复的监测；而大多数能够胜任此任务的医学成像设备体积庞大、价格昂贵，且已被更紧迫的诊断任务所占用。临床医生通常只能依靠目视检查或随时间快速测量伤口大小。
基于与诺基亚贝尔实验室多年合作完成的研究，杜克大学的生物医学工程师正在开发一种解决方案。通过使用定制的光学相干断层扫描（OCT）成像系统，并结合基于对组织再生深入理解的人工智能（AI）模型，研究人员已证明他们能够准确、客观地测量伤口随时间愈合的进展。
利用这种新方法，研究人员还发现，一种正在开发中用于改善伤口愈合的水凝胶，其机械性能较硬时效果更好。这些成果对于临床医生和研究人员来说，是在一个充满挑战的领域获得的一举两得的收获。
该研究于3月20日在线发表在《细胞生物材料》期刊上。
“伤口愈合是一个复杂的过程，我们在表面看到的并不总能反映底层正在发生的情况。十多年来，我的实验室一直致力于开发基于水凝胶的疗法来引导组织愈合和再生。与诺基亚贝尔实验室的合作使我们能够结合先进光学成像和人工智能，这为我们深入了解生物材料如何在皮肤下诱导愈合提供了前所未有的视角。”
杜克大学Paul M. Gross杰出生物医学工程教授、系主任Sharon Gerecht说道。
OCT最广为人知的应用是在眼科领域，它能够提供眼底的3D图像，帮助诊断和监测视网膜疾病。现在，研究人员将这种深度分辨成像能力应用于伤口愈合，利用光无创地可视化皮肤下的组织结构和血流。
然而，将这些丰富的扫描结果转化为有意义的生物学见解，仅靠成像本身是不够的。解析这些信息需要能够快速解读大量复杂数据的定量工具。这正是与诺基亚贝尔实验室的合作至关重要的地方。
在多年的项目中，诺基亚贝尔实验室的研究人员开发了一套定制的OCT系统以及AI驱动的分析方法，这些方法基于Gerecht实验室获取的成像数据集进行训练。这个OCT-AI平台使团队能够超越简单的可视化，自动量化组织结构和血管动力学随时间的变化，并客观评估愈合程度。
为了评估这项技术，合作团队将其应用于经过Gerecht实验室开发的水凝胶处理的小鼠伤口。为了展示该平台更广泛的研究潜力，他们比较了具有相对较软和相对较硬机械性能的水凝胶。
在两周的时间里，该平台提供了关于肉芽组织（即最初填充伤口的平滑、玻璃状组织）如何填充空间并成熟的详细内部视图。数据显示，较硬的水凝胶有助于在更短时间内形成更多的初始肉芽组织，并且还帮助初始组织更快地转变为完整的再生组织。
“利用我们开发的技术，我们能够监测伤口附近的血流，并全面了解实时发生的结构和血管变化，”Gerecht实验室的博士后研究员、论文的共同第一作者Jiyeon Song说。“人工智能帮助我们定量追踪这些变化，并获得更客观的结果，而不是我们试图手动分析图像。”
展望未来，该研究合作计划继续开发该平台，以期用于临床。虽然OCT-AI平台在这个相对简单的场景中证明了自身价值，但要使其超越监测愈合进展，能够预测各种疾病状态，还需要做更多工作。例如，Gerecht和她的团队计划寻求资金，用于研究如何构建这个系统，使其能够预测糖尿病患者慢性伤口的愈合情况。
这项研究得到了P30癌症中心支持基金（P30 CA014236）、美国心脏协会、杜克再生中心（DRC）、杜克科学技术学院（DST）和诺基亚贝尔实验室的资助。
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