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探讨IVUS和OCT在冠状动脉易损斑块中的研究价值

2024-08-01 8 上传者：管理员

摘要：大多数急性冠状动脉综合征（ACS）都是由不稳定斑块导致的冠状动脉血栓栓塞引起的。尽管及时开通了致病血管，但未阻塞血管中的易损斑块仍对患者的长期预后构成重大威胁。因此，动态评估冠心病患者易损斑块的变化尤为重要。腔内成像技术（IVUS和OCT）可直观、准确地显示易损斑块的不同特征，因此被广泛运用于临床。本文通过对比IVUS和OCT在观察冠状动脉易损斑块方面的优缺点，以此介绍腔内技术在提高精准医疗方面的进一步发展，并探讨了易损斑块的早期诊断和合理干预。

关键词：
IVUS
OCT
急性冠脉综合征
易损斑块
腔内成像
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急性冠状动脉综合征（acute coronary syn⁃dromes,ACS）是一种常见且严重的心脏病急症，其主要由冠状动脉内的不稳定斑块破裂导致血栓形成而引发。尽管现代医学手段能够及时开通阻塞的血管，但未阻塞血管中的易损斑块仍对患者长期健康构成潜在威胁。因此，对冠心病患者易损斑块的动态评估一直是心血管研究的重要课题。

近年来，随着腔内成像技术的发展，血管内超声（intravascular ultrasound,IVUS）和光学相干断层扫描（optical coherence tomography,OCT）等先进技术为冠状动脉易损斑块的直观、准确观察提供了可能。这些技术能够深入血管内部，捕捉到斑块的细微结构变化，为临床医生提供了更为精确的诊断依据。然而IVUS和OCT各有优势，在实际应用中也存在一定的局限性，如分辨率、穿透深度以及对不同斑块特征的识别能力等方面。鉴于此，本研究的核心问题是：如何结合IVUS和OCT的技术优势，更全面地评估冠心病患者易损斑块的变化特征，并探讨其早期诊断与合理干预的有效策略。

1、IVUS和OCT原理

1.1 IVUS原理及发展历程

自1988年Paul Yock等人首次对人体动脉进行血管内超声检查以来，IVUS对冠状动脉管腔和血管壁大小、斑块体积和成分评估的价值日益突出。在IVUS中，带有高频微型超声换能器的导管进入血管腔内，实时显示血管截面图像。根据成像导管的设计，可将其细分为机械旋转型和电子相控阵型[1]。IVUS通常使用内膜和管腔之间及中膜和外膜之间的声学界面，清晰显示管壁的厚度、管腔横截面积大小和形状，帮助医生辨认钙化、纤维化和脂质池等病变，这些对于判断斑块的成分至关重要。

1.2 OCT原理及发展历程

OCT是利用近红外光从组织反射回来的不同光学特征，短时间内生成冠状动脉的横截面图像。1991年，麻省理工学院的James Fujimoto教授团队开发并首次使用血管内光学相干断层扫描导管（IVOCT）对兔子主动脉进行了活体成像，观察到了动脉壁的微观结构[2]。2000年，Jang团队使用专用MGH OCT控制台和OCT导管进行了首次人体研究[3]。其目前可分为频域OCT(FD-OCT）和时域OCT(TD-OCT），其中FD-OCT根据光源和探测配置又可分为谱域OCT(SD-OCT）和扫描源OCT(SS-OCT）。红细胞会散射红外光，因此频域OCT(FD-OCT）在成像前需清除血液，使得FD-OCT的空间分辨率比IVUS更高。

1.3 IVUS和OCT优缺点对比

IVUS设备可用于所有介入领域，尤其是经皮冠状动脉介入治疗（PCI），通过记录最小管腔面积（MLA）、最小管腔直径（MLD）和斑块负荷，可以有效地检测冠状动脉的关键病变。市面上常见的IVUS成像设备工作频率约为40兆赫，轴向分辨率为100-150微米，横向分辨率为200微米，组织穿透深度为4-8毫米；OCT的分辨率是IVUS的10倍，即轴向空间分辨率为12-18微米，横向分辨率为20微米，组织穿透深度为1-2毫米。所以，对比于IVUS,OCT的特点是高分辨率、高成像速度和低穿透能力。IVUS的低分辨率在一定程度上限制了其对易损斑块的精确识别，尤其是当纤维帽厚度小于70μm时，IVUS的敏感性会降低。OCT能够更清晰地展现冠状动脉壁和斑块的细微结构，包括纤维帽的厚度和细胞成分。然而OCT的穿透深度相对较浅，可能无法完全覆盖整个斑块区域。IVUS由于穿透深度广，在血管尺寸测量、钙化检测和帮助术者在最佳位置释放支架方面更胜一筹。与PCI血管造影相比，IVUS无需血液清除且造影剂用量最少[4]，而OCT则需要更多造影剂，会延长和扩大解剖平面，限制了OCT在CTO-PCI中的应用[5]。

2、腔内成像对易损斑块识别应用

2.1 易损斑块定义

随着人口老龄化的加剧，心血管疾病正成为世界人口的主要死因。目前，中国约有3.3亿心血管疾病患者，其中约1 200万人患有冠心病。动脉粥样硬化是一个慢性炎症、代谢和多灶性过程[6],PCI手术是治疗冠心病、心绞痛和心肌梗死患者的主要手段。在ACS患者中，虽然医生积极进行冠心病二级预防和强化药物降脂，但PCI术后复发心血管事件的风险仍然存在[7]。斑块破裂和血栓形成是脑卒中、冠心病和外周血管疾病最重要的临床并发症[8]。易损斑块通常指具有较大脂质核心、薄纤维帽（<65 pm）和易于破裂的偏心斑块，并伴有脂质池和炎性细胞浸润（高倍视野中>25个）[9]。它通常具有薄纤维性动脉粥样硬化、新生血管、血栓形成和严重的管腔狭窄（Sanz和Fayad,2008年），又名“薄帽纤维粥样瘤”（TCFA)[10]。TCFA的主要特点是斑块体积变大，从而加重冠状动脉管腔的狭窄、斑块破裂并致急性冠状动脉事件发生。由于易损斑块在冠状动脉造影中通常不可见[11]，因此早期发现易损斑块对预防急性冠状动脉事件的发生非常重要。易损斑块是未来不良事件的一个非常强的预测因子，因为斑块快速进展导致的血流受限、血栓形成，无论其具体形态如何，都可能成为侵袭性病变并诱发ACS。STEMI发生的主要环节依次是斑块破裂、斑块侵蚀还有冠脉血管痉挛和钙化结节。

2.2 IVUS在易损斑块识别应用

2.2.1 常规腔内IVUS应用

冠状动脉造影术可以在二维层面上显示冠状动脉内钙化、血栓和管腔狭窄程度的影像，但并不能描述斑块的具体组成，而腔内成像（如IVUS、OCT和NIRS），解决了分辨斑块具体形态特征这个难题。IVUS的高组织穿透性，可区分冠状动脉血管膜的不同层次，并可区分动脉粥样硬化斑块的不同成分，如钙化及坏死结节、纤维和脂肪组织。灰阶IVUS可用于评估手术过程中的管腔大小、斑块成分和并发症，而体内斑块负荷的定量分析可用于指导药物治疗和支架置入。此外，IVUS还能提供动脉粥样硬化负荷的准确信息，如斑块负荷和体积、狭窄面积和管腔面积，在支架植入前更好地观察血管的大小和形态。一项基于IVUS的前瞻性随机对照试验表明，在PCI过程中使用远端保护装置，能有效防止衰减斑块血流速度变慢。基于IVUS图像分辨率低的局限性，厂家开发了其图像的后处理技术，目前包括虚拟组织学血管内超声（VH-IVUS）、组织特征信号识别系统（iMAP-IVUS）和集成反向散射（IB-IVUS）。

2.2.2 VH-IVUS应用

VH-IVUS利用后向散射高频信号提高组织特征的可见度，更好地识别斑块成分，在图像上使用不同的颜色显示不同的坏死核心、脂质堆积、钙化、纤维和其他斑块成分。通过把心脏移植与动脉内膜手术的结果对比发现，易损斑块判定的准确度在应用VH-IVUS技术之后，可以达到80%。PROS⁃PECT研究调查了冠状动脉粥样硬化斑块的自然史，并使用了IVUS和VH-IVUS，这是首个测试这两种技术检测的前瞻性研究，包括非罪犯高危病变和重大心血管事件（MACE）。697名ACS患者被纳入这项研究中，他们首先接受犯罪病变治疗，而后接受了冠状动脉三支血管的VH-IVUS检查。在3.4年中位随访时间及多因素分析后得出，发生非犯罪相关的MACE的预测因素分别是斑块负荷≥70%、最小管腔面积<4mm2及TCFA，它的阳性预测值为18.2%。上述三项高危指标均满足的非罪犯斑块的MACE发生率是其他普通斑块的9.58倍。尸检标本分析显示，VH-IVUS预测这四种组织类型的纤维、纤维脂肪、坏死核心和钙化的准确率分别为79.7%、81.2%、85.5%和92.8%。VH-IVUS通过提供斑块成分的信息，提高了对易损斑块识别的准确性，但仍受限于其分辨率和穿透深度。

2.2.3 NIRS-IVUS应用

近年来，IVUS的技术也有了长足的进步，双频探头将高分辨率成像与近红外光谱（NIRS）或光声（PA）技术相结合，实现了混合成像与分子成分分析。NIRS-IVUS模式将IVUS的组织高穿透性和高分辨率与使用NIRS对脂质核心定量和定性相结合，已被证明是脂质检测的关键。NIRS-IVUS结合了IVUS的组织穿透性和NIRS的脂质检测能力，能够更准确地识别和量化脂质核心，从而提供更全面的易损斑块评估信息。

2.3 OCT在易损斑块识别应用

2.3.1 常规腔内OCT应用

OCT将血管内膜和血管中膜之间的边界定义为内弹性膜（IEM），将血管中膜和血管外膜之间的边界定义为外弹性膜（EEM）。OCT可以提供有关溃疡、TCFA和腔内血栓的附加信息，有助于确保血管成形术或支架置入术的成功。脂肪组织表现为低信号边界弥散的区域，而纤维组织表现为均匀、富含饱和信号和低衰减的区域。病理学研究表明，OCT在检测富脂斑块方面具有很高的灵敏度（90%～94%）和特异性（90%～92%）。OCT可提供有关巨噬细胞浸润、脂质堆积、支架内钙化或新生内膜破裂的信息，并在动脉粥样硬化评估中发挥重要作用。与IVUS相比，OCT能准确识别更多特征（如血栓、胆固醇结晶、斑块厚度）[12]。但其组织穿透性较低，当脂质层被钙化斑块覆盖时，难以识别存在钙化的脂质层，无法观察到斑块深层的内容物以及病变外的弹性层和外膜。

2.3.2 OCT-NIRS应用

NIRS可以定量评估斑块的脂质成分[13]来弥补OCT的不足。因IVUS没有足够的特异性分辨率来确定纤维帽厚度，目前正在开发OCT-NIRS组合导管，这种导管能够根据OCT测量的纤维帽厚度识别出NIRS检测到的富脂斑块[14]。一方面，OCT的高分辨率成像能力可以精确描绘斑块的微观结构；另一方面，NIRS的化学分析能力可以揭示斑块的化学成分。这种结合使得医生能够更准确识别易损斑块，并制定相应的治疗策略。但目前该技术仍处于研究和发展阶段，尚未广泛应用于临床实践中。相信未来OCT-NIRS将在易损斑块评估中发挥更大的作用。

3、局限与展望

易损斑块的血管内成像在预测未来心血管事件风险和评估新药疗效方面具有巨大潜力。但血管内成像技术也存在一些局限性：如严重心律失常、严重心功能不全、肾脏疾病或造影剂过敏的患者可能无法接受血管内成像技术；一些资源有限的医疗机构，由于此项技术操作过程较为复杂，医生需要长时间的培训和实践；血液流动、心脏搏动和呼吸运动都导致成像的稳定性和清晰度欠佳；昂贵的设备和耗材使病人无力承担费用等。

不过，这种方法的价值正日益得到认可，它的使用有望减少复杂PCI事件的数量。人工智能的血管成分分类，如在IVUS图像上复杂病变的钙化和狭窄，均呈现出较高的准确性。通过深度学习和模式识别算法，这种技术可以快速处理大量数据，识别并分类不同的血管成分，如脂质核心、钙化灶、纤维帽等[15]。它还有助于帮助医生制定更个性化的治疗方案，如药物治疗、介入手术或外科手术等。

IVUS-OCT混合系统结合了IVUS的深组织穿透性和OCT的高分辨率特性，在诊断和治疗心血管疾病方面具有显著优势。IVUS可以显示血管壁的整体结构和病变范围，而OCT能清晰展示血管内膜下的细微结构和病变特征。因此，使用这种混合系统可以更准确地评估斑块的形态、组成和稳定性。同时该混合系统还通过实时成像和精准定位，确保支架与血管壁的最佳贴附，并评估支架置入的效果，从而降低术后风险。对血管壁和斑块的持续监测和评估使医生能及时发现和治疗支架内再狭窄、血栓形成等潜在并发症。这可以降低术后心血管事件的发生率，提高患者的生活质量。目前，越来越多的研究正在关注IVUS-OCT混合系统在心血管疾病诊断和治疗中的应用，及其与传统成像技术相比的优势。此外，人们还对如何进一步优化这种混合系统的成像质量和可操作性作了大量研究。未来，多维度准确评估斑块形态是识别潜在高危人群的必要条件，IVUS-OCT混合系统会逐步成为评估斑块形态、降低PCI术中术后风险的最佳组合。

参考文献:

[1]郭鹏程,张雷,舒畅,等.血管内超声在主动脉腔内治疗中的应用与进展[J].中国血管外科杂志(电子版),2023, 15(1):71-74.

[7]陈远兴.基于人工智能的冠状动脉易损斑块腔内影像学研究进展[J].海南医学, 2023, 34(3):445-449.

[9]马巍佳,杨树森.血管内超声成像:左主干病变介入治疗的基石[J].心血管康复医学杂志, 2023, 32(3):283-286.

[10]席建芬,郭莉,贾晓静.IVUS对冠脉粥样硬化斑块及滋养血管的判断[J].影像科学与光化学, 2021, 39(6):883-887.

[15]门婷婷,龚瑞阳,刘娇,等.基于人工智能的成像技术在冠心病诊断中的应用[J].中国实验诊断学, 2023, 27(8):999-1002.

文章来源:薛芳,邵磊,罗满屹,等.探讨IVUS和OCT在冠状动脉易损斑块中的研究价值[J].影像技术,2024,36(04):14-17+29.