Evaluation of Port Wine Stains by Laser Doppler Perfusion Imaging and Reflectance Photometry before and after Pulsed Dye Laser Treatment* Evaluación de las manchas de vino de Oporto mediante imágenes de perfusión Doppler láser y fotometría de reflectancia antes y después del tratamiento con láser de colorante pulsado*
AGNETA M. TROILIUS and BO LJUNGGREN AGNETA M. TROILIUS y BO LJUNGGRENDepartment of Dermatology, Land University. University Hospital MAS, Malmö, Sureden Departamento de Dermatología, Land University. Hospital Universitario MAS, Malmö, Sureden
Abstract Abstracto
Treatment of choice for congenital capillary malformations of the port wine stain type is presently the pulsed dye laser. Although treatment results have usually been excellent or good, a few patients respond less well. Looking for a tool to predict and monitor the treatment we used laser Doppler perfusion imaging and reflectance photometry. Measurements with laser Doppler perfusion imaging were performed in 19 patients initially and after 1-3 treatments and with reflectance photometry initially and after 1-6 treatments. Before treatment, 15 of the patients had an increased bloodflow within the port wine stain in comparison with normal contralateral skin. After the laser treatments, 15 of 18 patients had decreased bloodflow within the lesion and all 18 had surrounding hyperemia. Reflectance photometry showed a successive increase in blanching and predicted within 6 weeks of the first treatment the eventual clinical result. The bloodflow, as measured with laser Doppler perfusion imaging, did not correlate well with the photometrically registered erythema. Reflectance photometry is a useful objective tool, which early in the treatment course indicates whether laser therapy will be successful. Laser Doppler perfusion imaging is less helpful in monitoring patients but may be of use in the study of port wine stain pathophysiology. El tratamiento de elección para las malformaciones capilares congénitas del tipo de mancha de vino de Oporto es actualmente el láser de colorante pulsado. Aunque los resultados del tratamiento generalmente han sido excelentes o buenos, algunos pacientes responden peor. Buscando una herramienta para predecir y monitorizar el tratamiento utilizamos imágenes de perfusión láser Doppler y fotometría de reflectancia. Las mediciones con imágenes de perfusión láser Doppler se realizaron en 19 pacientes inicialmente y después de 1-3 tratamientos y con fotometría de reflectancia inicialmente y después de 1-6 tratamientos. Antes del tratamiento, 15 de los pacientes tenían un aumento del flujo sanguíneo dentro de la mancha de vino de Oporto en comparación con la piel contralateral normal. Después de los tratamientos con láser, 15 de 18 pacientes tenían disminución del flujo sanguíneo dentro de la lesión y los 18 tenían hiperemia circundante. La fotometría de reflectancia mostró un aumento sucesivo del blanqueamiento y predijo dentro de las 6 semanas posteriores al primer tratamiento el resultado clínico final. El flujo sanguíneo, medido con imágenes de perfusión láser Doppler, no se correlacionó bien con el eritema registrado fotométricamente. La fotometría de reflectancia es una herramienta objetiva útil, que al principio del curso del tratamiento indica si la terapia con láser tendrá éxito. Las imágenes de perfusión Doppler con láser son menos útiles para monitorear a los pacientes, pero pueden ser útiles en el estudio de la fisiopatología de la mancha del vino de Oporto.
(Accepted December 4, 1995.) (Aceptado el 4 de diciembre de 1995.)
Acta Derm Venereol (Stockh) 1996; 76: 291-294.
A. Troilius, Department of Dermatology, University Hospital MAS, S-205 02 Malmö, Sweden. A. Troilius, Departamento de Dermatología, Hospital Universitario MAS, S-205 02 Malmö, Suecia.
Since the late eighties the flashlamp-pumped pulsed dye laser has been the treatment of choice for most congenital capillary malformations of the port wine stain type (PWS) in adults, children and infants (1). Numerous clinical studies have confirmed good to excellent results in most patients, with a very low incidence of scarring or pigmentary loss (2). It has been noted that the degree of response is dependent in some part on the anatomical location of the PWS. The midfacial portion of the cheek, the upper lip and the nose respond more slowly to treatment than other areas (3). Desde finales de los años ochenta, el láser de colorante pulsado bombeado por lámpara de destello ha sido el tratamiento de elección para la mayoría de las malformaciones capilares congénitas del tipo de mancha de vino de Oporto (PWS) en adultos, niños y bebés (1). Numerosos estudios clínicos han confirmado resultados de buenos a excelentes en la mayoría de los pacientes, con una incidencia muy baja de cicatrización o pérdida pigmentaria (2). Se ha observado que el grado de respuesta depende en parte de la ubicación anatómica del PWS. La parte media facial de la mejilla, el labio superior y la nariz responden más lentamente al tratamiento que otras áreas (3).
However, there is also a group of patients with congenital capillary malformations without arterio-venous or lymphatic components that are non-responders. These PWS are macular, rather deep pink coloured lesions with no sign of high flow vascularisation. Even after repeated laser treatments with high effect no blanching has been obtained. Sin embargo, también existe un grupo de pacientes con malformaciones capilares congénitas sin componentes arteriovenosos o linfáticos que no responden. Estas PWS son lesiones maculares, de color rosa intenso sin signos de vascularización de alto flujo. Incluso después de repetidos tratamientos con láser con alto efecto, no se ha obtenido blanqueamiento.
Laser Doppler perfusion imaging (LDI), reflecting changes in bloodflow, has been used previously in the study of argon laser treatment of PWS (4). Reflectance photometry is another way of monitoring treatment as a function of erythema La imagen de perfusión Doppler láser (LDI), que refleja cambios en el flujo sanguíneo, se ha utilizado anteriormente en el estudio del tratamiento con láser de argón del PWS (4). La fotometría de reflectancia es otra forma de controlar el tratamiento en función del eritema
following increased erythrocyte content (5). We here compare the results with these two techniques representing different vascular parameters. tras el aumento del contenido de eritrocitos (5). Aquí comparamos los resultados con estas dos técnicas que representan diferentes parámetros vasculares.
MATERIAL AND METHODS MATERIAL Y MÉTODOS
Patients Pacientes
Nineteen Caucasian patients ( 11 females and 8 males) with congenital capillary malformations mainly of the face and neck were studied (Table 1). Three patients had undergone treatment earlier with either argon laser or phosphor radiation, but not at the site treated in this study. The age of the patients ranged from 12 to 46 years, with a mean of 28 years, and they were not suntanned. Se estudiaron diecinueve pacientes caucásicos (11 mujeres y 8 hombres) con malformaciones capilares congénitas principalmente de cara y cuello (Tabla 1). Tres pacientes se habían sometido a tratamiento antes con láser de argón o radiación de fósforo, pero no en el sitio tratado en este estudio. La edad de los pacientes varió de 12 a 46 años, con una media de 28 años, y no estaban bronceados.
Pulsed dye laser Láser de colorante pulsado
A flashlamp-pumped pulsed dye aser (Candela SPTL-1, Candela Corp., Wayland, Mass., USA) with a wavelength of 585 nm and a pulse duration of 450 mus450 \mu \mathrm{~s} was used. This wave-length coincides well with the third absorption peak of oxyhemoglobin. The energy density used was 6.75J//cm^(2)6.75 \mathrm{~J} / \mathrm{cm}^{2} and the spot diameter was 5 mm . No local antesthesia was used. Occasionally 7.25J//cm^(2)7.25 \mathrm{~J} / \mathrm{cm}^{2} was used at the second treatment session, if the treatment result was not satisfying. Between one and 3 treatments were performed at 6 -week intervals during a period of 3 months. Se utilizó un aser de colorante pulsado bombeado por una lámpara de destello (Candela SPTL-1, Candela Corp., Wayland, Mass., EUA) con una longitud de onda de 585 nm y una duración de pulso de 450 mus450 \mu \mathrm{~s} . Esta longitud de onda coincide bien con el tercer pico de absorción de oxihemoglobina. La densidad de energía utilizada fue 6.75J//cm^(2)6.75 \mathrm{~J} / \mathrm{cm}^{2} y el diámetro del punto fue de 5 mm. No se utilizó anestesia local. Ocasionalmente 7.25J//cm^(2)7.25 \mathrm{~J} / \mathrm{cm}^{2} se usó en la segunda sesión de tratamiento, si el resultado del tratamiento no era satisfactorio. Se realizaron entre uno y 3 tratamientos a intervalos de 6 semanas durante un período de 3 meses.
Laser Doppler perfusion inaging (LDI) Envejecimiento por perfusión con láser Doppler (LDI)
Before and directly after each laser treatment two 4xx4cm4 \times 4 \mathrm{~cm} well marked areas, of lesional and contralateral normal skin respectively, were measured with the LDI (PIM Laser Doppler Imager, Lisca Develop AB, Linköping, Sweden). This data acquisition and analysis system generates processes and displays colour-coded images of the tissue perfusion. The optical scanning procedure guides, with the help of mirrors, a low power He-Ne laser beam over the tissue by a maximum of 4.096 measurement sites. This procedure takes about 4.5 min . In the presence of red blood cells, at a depth of a few hundred microns, partially backscattered Doppler-broadened light is detected by a photodetector positioned in the scanner head (Fig. 1). The light intensity transforms through the photodetector into an electrical signal. This electrical signal is fed into a processor which generates an output signal proportional to the perfusion. The computer samples and stores each perfusion for further signal processing and data analysis. A colour-coded perfusion image can be displayed on a monitor (7). The red-orange colour represents a high bloodflow, green a medium bloodflow and the bluish dark colour a low bloodflow. A comparison to the control side was made, where ++ was a much higher bloodflow on the treated side, tt a higher and +-\pm no difference. A parenthesis was added when the flow was on the border to the lower sign (Table I). Antes y directamente después de cada tratamiento con láser se midieron dos 4xx4cm4 \times 4 \mathrm{~cm} áreas bien marcadas, de piel normal lesional y contralateral, respectivamente, con el LDI (PIM Laser Doppler Imager, Lisca Develop AB, Linköping, Suecia). Este sistema de adquisición y análisis de datos genera, procesa y muestra imágenes codificadas por colores de la perfusión tisular. El procedimiento de escaneo óptico guía, con la ayuda de espejos, un rayo láser He-Ne de baja potencia sobre el tejido en un máximo de 4.096 sitios de medición. Este procedimiento dura aproximadamente 4,5 minutos. En presencia de glóbulos rojos, a una profundidad de unos pocos cientos de micras, la luz Doppler parcialmente retrodispersada es detectada por un fotodetector colocado en el cabezal del escáner (Fig. 1). La intensidad de la luz se transforma a través del fotodetector en una señal eléctrica. Esta señal eléctrica se alimenta a un procesador que genera una señal de salida proporcional a la perfusión. La computadora toma muestras y almacena cada perfusión para su posterior procesamiento de señales y análisis de datos. Se puede mostrar una imagen de perfusión codificada por colores en un monitor (7). El color rojo-naranja representa un flujo sanguíneo alto, el verde un flujo sanguíneo medio y el color oscuro azulado un flujo sanguíneo bajo. Se hizo una comparación con el lado de control, donde ++ había un flujo sanguíneo mucho más alto en el lado tratado, tt un flujo sanguíneo más alto y +-\pm sin diferencia. Se agregó un paréntesis cuando el flujo estaba en el borde del signo inferior (Tabla I).
Reflection photometry Fotometría de reflexión
Immediately before the laser treatments triplicate reflectance measurements were performed with the photometer at 23-25^(@)C23-25^{\circ} \mathrm{C} room temperature, both of lesional and of contralateral normal skin. The instrument used was a handheld microprocessor controlled reflectance photometer with a digital read out (Dermaspectrometer, Cortex Technology, Hadsund, Denmark). Green and red light at 585 nm and 655 nm , respectively, is emitted and the instrument measures the amount of Inmediatamente antes de los tratamientos con láser se realizaron mediciones de reflectancia triplicadas con el fotómetro a 23-25^(@)C23-25^{\circ} \mathrm{C} temperatura ambiente, tanto de la piel normal lesional como contralateral. El instrumento utilizado fue un fotómetro de reflectancia controlado por microprocesador portátil con una lectura digital (Dermaspectrometer, Cortex Technology, Hadsund, Dinamarca). Se emite luz verde y roja a 585 nm y 655 nm, respectivamente, y el instrumento mide la cantidad de
Table 1. The results of laser Doppler perfision imaging (LDI) and reflectance photometry (erythema index) before the first laser treatment Tabla 1. Los resultados de la imagen de perfisión Doppler láser (LDI) y la fotometría de reflectancia (índice de eritema) antes del primer tratamiento con láser
Treatment results are expressed as % blanching and number of treatment sessions. ++=++= much higher (bloodflow in comparison to the contralateral normal side), +=+= higher, +-=+-= no difference, ()== on the border to the lower next sign. Clinical outcome after last treatment. E=\mathrm{E}= excellent, G=\mathrm{G}= good, F=\mathrm{F}= fair, P=\mathrm{P}= poor. Los resultados del tratamiento se expresan como % de blanqueamiento y número de sesiones de tratamiento. ++=++= mucho más alto (flujo sanguíneo en comparación con el lado normal contralateral), +=+= más alto, +-=+-= sin diferencia, () == en el borde al siguiente signo inferior. Evolución clínica tras el último tratamiento. E=\mathrm{E}= excelente, G=\mathrm{G}= bueno, F=\mathrm{F}= regular, P=\mathrm{P}= pobre.
Fig. 1. The principles of laser Doppler perfusion imaging. Figura 1. Los principios de las imágenes de perfusión Doppler láser.
light reflected by the skin. The absorbance of the skin is registered as a read out of the erythema indices. For further details please see earlier studies (5,8,9)(5,8,9). luz reflejada por la piel. La absorbancia de la piel se registra como una lectura de los índices de eritema. Para más detalles, consulte estudios (5,8,9)(5,8,9) anteriores.
The erythema index from the contralateral normal skin was subtracted from the erythema index from the PWS area before the relative blanching effect could be calculated. This relative blanching effect ranged from total ( 100%100 \% ) blanching, when the treated PWS had returned to the same erythema index as the contralateral normal skin, to no ( 0%0 \% ) blanching, when no change at all in redness of the PWS was noted after the treatment. El índice de eritema de la piel normal contralateral se restó del índice de eritema del área de PWS antes de que se pudiera calcular el efecto de blanqueamiento relativo. Este efecto relativo de blanqueamiento varió desde el blanqueamiento total ( 100%100 \% ), cuando el PWS tratado había vuelto al mismo índice de eritema que la piel normal contralateral, hasta ningún ( 0%0 \% ) blanqueamiento, cuando no se observó ningún cambio en el enrojecimiento del PWS después del tratamiento.
Statistics Estadística
The Spearman rank correlation test was used for the statistical evaluation. Para la evaluación estadística se utilizó la prueba de correlación de rangos de Spearman.
RESULTS RESULTADOS
Using the LDI technique, 15 out of 19 patients had higher blood perfusion in the PWS in comparison with normal contralateral skin before treatment. The remaining 4 PWS did not differ from normal skin (Table 1 and Figs. 2 and 3). Utilizando la técnica LDI, 15 de 19 pacientes tuvieron mayor perfusión sanguínea en el PWS en comparación con la piel contralateral normal antes del tratamiento. Los 4 PWS restantes no difirieron de la piel normal (Tabla 1 y Figs. 2 y 3).
Directly after the first laser treatment 15 out of 18 patients had decreased perfusion, one had no change and 2 had increased bloodflow. All 18 patients showed hyperemia around the treated area, even when the surrounding area consisted of PWS skin. One patient’s LDI registration was lost due to a technical error. Inmediatamente después del primer tratamiento con láser, 15 de 18 pacientes tuvieron una disminución de la perfusión, uno no tuvo cambios y 2 tuvieron un aumento del flujo sanguíneo. Los 18 pacientes mostraron hiperemia alrededor del área tratada, incluso cuando el área circundante consistía en piel PWS. El registro de LDI de un paciente se perdió debido a un error técnico.
Before the second treatment 7 out of 14 patients, who could be measured with LDI, had a decreased perfusion in their PWS compared with the initial value. Five of the remaining 7 PWS had no change in their bloodflow. The last 2 had increased their PWS perfusion. Antes del segundo tratamiento, 7 de los 14 pacientes, que podían medirse con LDI, tenían una perfusión disminuida en su PWS en comparación con el valor inicial. Cinco de los 7 PWS restantes no tuvieron cambios en su flujo sanguíneo. Los últimos 2 habían aumentado su perfusión de PWS.
About 6 weeks after the second laser treatment 10 out of 14 had further decreased their perfusion, 2 had no change and 2 had increased their perfusion. All patients had peripheral hyperemia. Aproximadamente 6 semanas después del segundo tratamiento con láser, 10 de 14 habían disminuido aún más su perfusión, 2 no tuvieron cambios y 2 aumentaron su perfusión. Todos los pacientes tenían hiperemia periférica.
After the fourth or fifth laser treatment many patients had a reactive erythema, which often persisted for several months. Therefore, we preferred to postpone further treatments at least 12 weeks until this erythema was gone. Después del cuarto o quinto tratamiento con láser, muchos pacientes tenían un eritema reactivo, que a menudo persistía durante varios meses. Por lo tanto, preferimos posponer los tratamientos adicionales al menos 12 semanas hasta que este eritema desapareciera.
Reflectance photometry demonstrated a gradually decreasing erythema index along with the treatment sessions. Erythema was measured as the difference in reflectance photometry between the PWS area and the normal contralateral skin initially and before the last treatment (Table 1). The average relative blanching effect achieved was 74%74 \%. There was no correlation between bloodflow and erythema ( r=0.16r=0.16 ). La fotometría de reflectancia demostró un índice de eritema que disminuyó gradualmente junto con las sesiones de tratamiento. El eritema se midió como la diferencia en la fotometría de reflectancia entre el área de PWS y la piel contralateral normal inicialmente y antes del último tratamiento (Tabla 1). El efecto de escaldado relativo promedio logrado fue 74%74 \% . No hubo correlación entre el flujo sanguíneo y el eritema ( r=0.16r=0.16 ).
Clinical outcome after the last treatment was evaluated by the physician alone with the help of pretreatment photos. Two El resultado clínico después del último tratamiento fue evaluado solo por el médico con la ayuda de fotos previas al tratamiento. Dos
Fig. 2. Port wine stains on right cheek before (left) and after (right) 4 pulsed dye laser treatments. Figura 2. Manchas de vino de Oporto en la mejilla derecha antes (izquierda) y después (derecha) de 4 tratamientos con láser de colorante pulsado.
Normal contralateral skin before Piel contralateral normal antes
Fig. 3. Laser Doppler perfusion imaging before and directly after pulsed dye aser treatment of the right cheek, in comparison with the left untreated cheek. (Same patient as in Fig. 2). The grey colour is caused by ligh light absorption of the blue discoloration after the treatment (see Discussion). Figura 3. Imágenes de perfusión con láser Doppler antes y directamente después del tratamiento con colorante pulsado de la mejilla derecha, en comparación con la mejilla izquierda no tratada. (El mismo paciente que en la Fig. 2). El color gris es causado por la ligera absorción de luz de la decoloración azul después del tratamiento (ver Discusión).
patients did not turn up for the second visit for social reasons (Table I). los pacientes no se presentaron a la segunda visita por razones sociales (Tabla I).
Seven of the patients were smokers, but there were no significant differences between these and the non-smokers directly after the treatment according to the reflectance photometry measurements. Siete de los pacientes eran fumadores, pero no hubo diferencias significativas entre estos y los no fumadores directamente después del tratamiento según las mediciones de fotometría de reflectancia.
DISCUSSION DISCUSIÓN
Laser treatment allows a selective photothermolysis, with specific damage to superficial cutaneous blood vessels. The depth of penetration is about 1.2 mm (10). Following treatment superficial blood vessels show agglutinated blood cells, fibrin, and platelet thrombi confined to the papillary and reticular dermis, with little or no damage to the surrounding adnexa. Sequential biopsy specimens have shown destruction of abnormally ectatic vessels with replacement by normalappearing new vessels with little or no dermal scarring in 1 month (11). El tratamiento con láser permite una fototermólisis selectiva, con daño específico a los vasos sanguíneos cutáneos superficiales. La profundidad de penetración es de aproximadamente 1,2 mm (10). Después del tratamiento, los vasos sanguíneos superficiales muestran células sanguíneas aglutinadas, fibrina y trombos plaquetarios confinados a la dermis papilar y reticular, con poco o ningún daño a los anexos circundantes. Las muestras de biopsia secuencial han mostrado destrucción de vasos anormalmente ectásicos con reemplazo por vasos nuevos de apariencia normal con poca o ninguna cicatrización dérmica en 1 mes (11).
The microvascular blood flow in PWS has been studied by means of several methods over the last decades (4, 12). Many of these techniques influenced the vasculature because they were traumatizing to the skin (13). Even very slight external stimuli such as pressure or mechanical contact may disturb the flow conditions of the microvascular bed under study. It is therefore important to use non-invasive methods. The LDI used in this study is a novel non-invasive method for mapping tissue perfusion. No physical contact between the scanning device and the tissue is necessary, and there is no discomfort for the patient. This device is a modification of an LDI instrument used in an earlier study, where we found that only 4 out of 13 patients with PWS had an increased perfusion compared to surrounding normal skin before treament (4). This indicated that the red colour of the PWS does not necessarily have to correspond to a high perfusion but could reflect only an increased number of ectatic vessels. In our present study we did not find a correlation between bloodflow and erythema (Table 1). A stimulus which produces hyperemia will not necessarily produce erythema, and erythema can develop without an increase of the bloodnlow (14). El flujo sanguíneo microvascular en el PWS se ha estudiado mediante varios métodos en las últimas décadas (4, 12). Muchas de estas técnicas influyeron en la vasculatura porque eran traumatizantes para la piel (13). Incluso estímulos externos muy leves, como la presión o el contacto mecánico, pueden alterar las condiciones de flujo del lecho microvascular en estudio. Por lo tanto, es importante utilizar métodos no invasivos. El LDI utilizado en este estudio es un nuevo método no invasivo para mapear la perfusión tisular. No es necesario el contacto físico entre el dispositivo de escaneo y el tejido, y no hay molestias para el paciente. Este dispositivo es una modificación de un instrumento LDI utilizado en un estudio anterior, donde encontramos que solo 4 de 13 pacientes con PWS tenían una mayor perfusión en comparación con la piel normal circundante antes del tratamiento (4). Esto indicó que el color rojo del PWS no necesariamente tiene que corresponder a una alta perfusión, sino que solo podría reflejar un mayor número de vasos ectásicos. En nuestro presente estudio no encontramos correlación entre el flujo sanguíneo y el eritema (Tabla 1). Un estímulo que produce hiperemia no necesariamente producirá eritema, y el eritema puede desarrollarse sin un aumento de la sangre (14).
In the present study we noted that 15 out of 19 patients En el presente estudio observamos que 15 de 19 pacientes
Presented at the EADV meeting in Copenhagen, Sept. 30, 1993 and at the ISDS meeting in Sevilla, Spain, Oct. 3, 1993. Presentado en la reunión de la EADV en Copenhague, el 30 de septiembre de 1993 y en la reunión de ISDS en Sevilla, España, el 3 de octubre de 1993.
