当前位置： 冠状动脉造影 > 冠状动脉疾病用药 > 专题笔谈OCTshyIVUS一体
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本文刊于：中华心血管病杂志,,49(02):-
作者：邢磊侯静波
单位：哈尔滨医院心内科教育部心肌缺血重点实验室
摘要
作为冠状动脉介入诊疗中最主要的两种血管腔内影像学技术，光学相干断层成像（OCT）和血管内超声（IVUS）已在临床应用数十年。OCT具有更高的分辨率，能更好地对比斑块成分，IVUS能够穿透血液，具有更深的成像深度，两种影像学技术已成为心血管介入医生不可或缺的辅助手段。但两种影像学技术也各有不足，OCT成像穿透深度有限，IVUS的空间分辨率较弱。单一的OCT或IVUS很难完全提供血管及斑块内部完整的解剖学信息。利用二者的互补性，将OCT与IVUS成像导管集成到同一成像导管中，实现二者的多模态血管内成像，则可以为介入医生提供更加理想的斑块与血管壁的组织学和形态学信息。目前，冠心病仍是导致我国居民死亡的主要病种之一，且未来10年我国冠心病患病及死亡人数仍将快速增长。面对越来越多的冠心病患者，如何精准诊断，这不仅考验医生的诊断水平，更考验着血管腔内影像学检测设备的精确性。冠心病诊断的“金标准”冠状动脉造影只能提供血管腔的二维轮廓信息，判断狭窄程度，无法实现对动脉管壁结构的准确判断，尤其是对动脉粥样硬化斑块特征的评估。为弥补冠状动脉造影的上述不足，包括光学相干断层成像（OCT）与血管内超声（IVUS）在内的血管腔内影像技术应运而生且迅速发展。
一、血管腔内成像技术发展历程在现有的血管内成像技术中，临床应用最多的是OCT与IVUS。IVUS在20世纪80年代由York等发明，OCT则出现于90年代。OCT与IVUS在基本原理、临床应用、操作与成像特点方面有相似之处，也有不同。OCT利用的是波长在13μm左右的红外光，IVUS利用的是波长在40~50μm的超声波［1］。OCT使用反射光来创建深度分辨图像，IVUS利用超声回波来采集血管和周围区的图像。21世纪随着药物洗脱支架时代的到来，血管腔内影像学技术在指导和评估经皮冠状动脉介入治疗（PCI）中发挥了重要作用［2,3］。IVUS-XiencePrimeStentsinLongLesions（XPL）研究证明了应用IVUS指导PCI可显著减少PCI术后1和5年的主要不良心血管事件（MACE）。随后IVUS在复杂病变PCI中应用的有效性和安全性也得到了肯定［4,5］。一项随机对照研究充分肯定了应用IVUS指导PCI可减少靶血管失败发生率［6］。除了传统的灰度IVUS外，虚拟组织学成像（VH-IVUS）也应用于斑块形态、组织特征评估和易损斑块检测。Stone等［7］研究发现，斑块负荷≥70%、VH-IVUS定义下的薄纤维帽富含脂质斑块（TCFA）及最小管腔面积4.0mm2是急性冠状动脉综合征（ACS）患者非罪犯病变发生MACE的独立预测因子，揭示了高风险人群斑块的重要特征。在ILUMIENⅡ研究中，OCT指导支架置入得到了与ADAPT-DES研究中IVUS指导下相似的结果，如在处理支架贴壁不良及支架膨胀不全等问题上OCT不劣于IVUS［8］。此后的ILUMIENⅢ研究进一步明确了OCT指导PCI的影像学评估标准，显示了OCT在优化支架入中的优越性［9］。年欧洲心脏病学会（ESC）联合欧洲心胸外科协会（EACTS）心肌血运重建指南已将OCT用于支架置入的优化更新为Ⅱa级推荐，与IVUS的推荐水平相同［10］。而OCT因为具有更高的分辨率，能更好地对比斑块成分，如脂质、钙化、纤维组织和血栓等。CLIMA研究的结果表明OCT能有效地分辨出会导致不良事件的高危斑块［11］。正在进行中的ILUMIENⅣ系列研究也有望进一步证明OCT指导PCI的临床安全性和有效性。二、OCT与IVUS的优势与不足尽管OCT和IVUS有相似之处，但二者谁更适合用于冠状动脉疾病的诊断或指导PCI治疗仍存在争议［12］。考虑到并发症的风险和费用问题，同时进行两种检查在临床实际工作中往往难度较大。因此，心血管介入医生应了解每种成像方式的优势与不足，并根据临床需要、血管造影情况、病变特征和操作经验选择相应的成像技术。
在图像采集方面，OCT利用可以转动的光学透镜和光纤向血管内表面发射近红外光，利用光干涉仪接受反射回来的光波并成像。因为利用光波成像，OCT成像的分辨率高，轴向分辨率可达10~20μm，可以对斑块表面的成分以及微结构进行成像。此外，OCT的高分辨率能够比IVUS更清楚地显示PCI后血管壁的细微结构。但近红外光波的穿透性不强（1~2mm），血细胞、红血栓及斑块的脂质核心或斑块内坏死都会影响OCT对血管壁结构的观察。因为红细胞对红光的散射作用较强，OCT在成像时需要不断注入造影剂将血液冲刷开。IVUS借助超声波成像，超声探头通过导管的侧孔进行血管横断面成像。IVUS对病变具有更高的穿透性（5~6mm），且不会出现图像的严重扭曲和气泡引起的伪影。IVUS能够评估比OCT更深层的血管层，包括血管外膜，由此选择适当的支架尺寸来优化PCI。但相对于OCT，IVUS的空间分辨率差，完成成像扫描时间也较长。VH-IVUS虽然能对血管壁进行颜色编码成像，但由于血液的存在，不能对血管腔的边界进行精准成像。
在三维重建方面，OCT具有一定的优势，可以辅助观察PCI术中的复杂情况，如支架小梁的贴壁、分支开口处支架小梁的分布等情况［13,14］。虽然在IVUS中也可以实现图像的三维重建，但较低的分辨率使IVUS在三维重建方面的优势并不明显［15］。
IVUS或OCT很难提供血管壁及斑块内部完整的解剖学信息，所以有时为了确诊冠心病病因，患者不得不完善OCT和IVUS两项检查。理论上，如果能够将IVUS与OCT成像导管集成到同一成像导管中，实现二者的多模成像，必将提供更加理想的斑块与血管壁的组织学和形态学信息。而国内外众多科研工作者已经开始将上述理论付诸实践，完成了OCT-IVUS多模态血管腔内成像导管的设计、研发、动物实验及在体临床研究。
三、OCT-IVUS多模态血管腔内成像技术现状Li及其团队设计了首个OCT-IVUS多模态导管，并进行了动物实验（兔主动脉）。然而受限于导管设计原型，未能在临床实践中应用［16,17］。主要原因是导管尺寸过大，其最大外径达2.4mm，其OCT和IVUS图像尚不能精确匹配，另外电磁干扰导致了IVUS图像噪声（点）较大［17,18］。年该团队对OCT-IVUS多模态导管进行了改良，导管外径减小至0.69mm，并在体外人冠状动脉标本和在体兔腹主动脉及猪冠状动脉中进行了测试［19］；在年该团队设计了另一个OCT-IVUS多模态系统，其最大外径为1.33mm，实现了OCT和IVUS精确匹配，改善了血管壁和斑块特征识别情况［20］。Li等［21］在随后的几年里不断改良OCT-IVUS多模态导管和系统，可以在更高帧率实现图像采集，并在动脉粥样硬化的兔主动脉和人冠状动脉标本中进行了技术验证。
TERUMO公司开发的TheDualSensorOCT-IVUS多模态血管腔内成像系统是将IVUS和光学频域成像系统（OFDI-OCT）探头合并。其OCT轴向分辨率为20μm，IVUS轴向分辨率为μm。获得的OCT的图像和IVUS图像可同步并排显示，而且虚拟组织学成像将用于组织和斑块特征的进一步分析。同时还实现了OCT三维重建，有利于复杂冠状动脉结构的综合评估。该系统已在人冠状动脉标本中进行了技术测试。在这种多模态血管腔内成像导管中，IVUS或OCT还可以分别单独应用。例如在左主干病变中，可以使用IVUS功能评估靶病变的严重性，使用OCT评估PCI后的手术效果等［22,23］。
Novasight系统是由ConaviMedical公司和多伦多大学的研究人员开发的OCT-IVUS多模态血管腔内成像系统。其可根据OFDI-OCT和IVUS图像测量管腔或血管的直径与面积。回撤速度可选择手动控制或以2~25mm/s的速度自动回撤，最大扫描长度为mm。年，Sheth等［24］报道了该系统的首次临床应用。Novasight系统的成像可以实现OCT和IVUS图像的匹配。Novasight系统目前已获得美国食品药品监督管理局（FDA）和加拿大卫生部的批准，正在进行前临床研究，证明其在冠心病患者诊断和PCI指导方面的可行性和有效性。
值得一提的是，哈尔滨医院于波于年牵头申报了《OCT-IVUS双模成像系统及成像导管研发》项目，进行OCT-IVUS一体机的研发。3年间，在经过概念验证、原型制作、产品定型、动物试验等阶段后，最终在年6和9月，先后获得了血管内成像系统和血管内成像导管两项国家药品监督管理局（原国家食品药品监督管理总局）创新医疗器械特别审批资格，正式进入临床试验阶段，为进一步向临床推广应用提供真实可靠的循证依据。该OCT-IVUS一体机扫描回撤速度进一步提高到了40mm/s，扫描长度达mm，不仅更加精准而且精“简”，降低了操作风险，缩短成像时间，减少患者的检查费用（图1、2）。
（点击查看大图）
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四、OCT-IVUS多模态血管腔内成像技术应用前景1.高危易损斑块的检测与预测：ACS多由血栓引起冠状动脉狭窄甚则闭塞所致［25］。Virmani等［26］和Naghavi等［27］在研究中报道了ACS的3种主要的病理基础，即斑块破裂、斑块侵蚀和钙化结节。其中，在TCFA表型病变中发生斑块破裂是ACS最常见的原因，占所有ACS的60%~70%［27］。
动脉粥样硬化斑块的组织成分及结构特征决定其危险度，且影响冠心病患者的预后。易损斑块破裂及血栓形成是急性冠状动脉事件发生的决定因素，因此，如何早期准确地识别高危易损斑块成为近年来的研究热点。
病理学上，TCFA的定义为斑块坏死核心富含脂质，其覆盖的纤维帽厚度65μm，伴有巨噬细胞浸润和平滑肌细胞增生［28］。TCFA的纤维帽厚度介于54~84μm之间。因此IVUS限于其有限的分辨率（~μm），不能准确评估和分析TCFA的纤维帽情况。VH-IVUS在检测斑块成分方面比灰度IVUS更准确，PROSPECT研究［7］和ATHEROREMO-IVUS研究［29］表明VH-IVUS观测到的TCFA与MACE风险的增加显著相关。
OCT最高分辨率可达10~15μm，可以精确测量纤维帽［30,31,32］。其检测结果与病理学结果具有良好的一致性［33,34］，因此被誉为“光学活检”。有研究报道OCT检测的TCFA与MACE的发生相关［11，35,36］。然而OCT信号在遇到脂质组织和巨噬细胞时会明显衰减，常常有初学者会将表面巨噬细胞聚集浸润误判定为TCFA。OCT不能评估斑块负荷，从而影响了对高危易损斑块预后的预测。
OCT和IVUS联合检测TCFA比单独使用OCT或IVUS有更大的获益［33，37］。有研究显示，联合使用OCT和IVUS提高了检测TCFA的效果［38］。未来的研究有望应用OCT-IVUS多模态血管腔内成像技术检测易损斑块，更准确地预测易损斑块导致严重心脏不良事件风险。
2.指导PCI和优化支架置入：虽然目前不推荐常规使用冠状动脉腔内成像来指导简单病变的PCI，但欧洲经皮心血管介入学会（EAPCI）共识推荐在ACS、左主干病变、双支架分叉病变及生物可吸收支架置入患者中使用冠状动脉血管腔内成像技术［39］。在ESC冠状动脉血运重建指南中，推荐患者使用OCT或IVUS优化支架置入（Ⅱa类）。OCT-IVUS多模态血管腔内成像技术由于结合了两种成像方式而具有较高的诊断效能，因此在指导PCI和优化支架置入方面有较大的应用潜力。
PCI处理左主干病变失败可能导致严重的围手术期并发症［40,41,42］。在EXCEL研究中，接受PCI治疗的左主干病变患者的3年主要终点（全因死亡、卒中或心肌梗死）发生率不低于接受冠状动脉旁路移植术者，且5年血运重建率明显更高［43］。因此，血管腔内成像技术对于左主干病变的PCI治疗十分重要。有研究发现，使用IVUS指导PCI可显著降低MACE发生率［41］。尽管OCT在左主干病变中的应用价值尚不清楚，其穿透深度有限，血液净空有一定难度，特别是左主干口部病变。目前，OCT指导左主干病变PCI的使用尚不如IVUS广泛。但是使用OCT指导左主干体部和分叉病变有一定优势。OCT可评估分叉病变支架置入术后贴壁情况［13，44］，避免“金属嵴”的形成。大多数情况下，分叉病变双支架置入术中的“导丝再进入”过程中，导丝应穿过分支开口最远端的支架网眼，OCT进行三维重建后，能够以较高的分辨率详细显示这些细节［45］。OCT-IVUS多模态血管腔内成像技术将有助于解决上述问题，OCT可用于导丝再进入及最终的支架优化，而IVUS将用于选择支架及球囊尺寸，决定支架着陆区域的位置及左主干口部病变的评估。
在最新ESC冠状动脉血运重建指南中，冠状动脉多支病变被推荐为IVUS指导下PCI的Ⅱa级适应证。在SYNTAXⅡ研究中，由于策略和操作标准的改进，包括对于复杂病变使用血管腔内影像学技术、由有经验术者完成慢性完全闭塞病变，使用新一代药物洗脱支架等，与SYNTAX研究比较1年的临床结果明显改善［46,47,48］。冠状动脉多支病变类型多样，因此根据不同的病变特点，可能需要不同的治疗策略。OCT-IVUS多模态血管腔内成像技术可辅助术者根据病变类型制定相应的治疗策略。此外，冠状动脉内血流储备评估也可用于判定病变的严重程度，识别需要治疗的病变，评估支架置入术后残留缺血风险，这也是冠状动脉多支病变“最佳PCI实践”的组成部分之一。
五、OCT-IVUS多模态血管腔内成像技术的局限性OCT-IVUS多模态血管腔内成像技术是微（有）创侵入性的，和其他常规冠状动脉介入诊疗一样，需要进入导管室并配合冠状动脉造影完成诊疗过程；其次，由于目前的OCT-IVUS多模态血管腔内成像均处于研发或初步临床应用阶段，其应用成本还远未达到易于大众接受的水平；最后，由于成像导管本身的材料、尺寸、通过性等特征，对于远端细小血管、复杂分支血管及严重钙化迂曲血管等还不能进行检测，也就意味着并不能呈现整个冠状动脉树的影像特点，对冠状动脉的病理生理学及功能学评估也有着一定的局限性。在未来，如何应用更先进的融合算法快速实现多模态成像的快速融合重建和自动准确评估将是未来研究方向之一。
随着血管腔内成像技术的临床需求和应用前景的发展，影像学指导下的精准PCI是未来介入发展的必然趋势。OCT-IVUS一体多模成像技术将提供更理想的腔内影像及血管壁成分的病理学信息，还有望降低医疗成本和操作风险。将对早期精准识别易损斑块、优化冠心病患者的治疗策略及准确评估患者预后产生重要指导意义。利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突参考文献（略）
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