光學(xué)相干斷層成像技術(shù)在冠心病研究中的應(yīng)用

1、光學(xué)相干斷層成像技術(shù)在冠心病研究中的應(yīng)用天津市人民醫(yī)院 心內(nèi)科 尹浩曄摘要：光學(xué)相干斷層成像（Optical Cohere nee Tomography）技術(shù)是近年來發(fā)展起 來的一項新的光掃描斷層顯像技術(shù)。 該項技術(shù)與血管內(nèi)超聲比具有分辨率高、 穿 透力強的特點， 對于不穩(wěn)定斑塊的識別具有很重要的意義， 現(xiàn)著重描述其在冠心 病研究中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞 ：光學(xué)相干斷層成像 冠心病 血管內(nèi)超聲光學(xué)相干斷層成像（Optical Cohere nee Tomography , OCT是近年來發(fā)展起 來的一項新的光掃描斷層顯像技術(shù)。 它利用光纖干涉儀和近紅外線光源， 通過成 像光纖導(dǎo)絲提供冠狀動脈的二維橫截

2、面圖像和三維重建圖像。0C技術(shù)最早應(yīng)用于眼科相關(guān)檢查， 2001年開始應(yīng)用于冠狀動脈成像。 因為它具有超高的圖像分辨 率，可以達(dá)到1015微米，比血管內(nèi)超聲（IVUS）要高10倍，所以被稱為是體內(nèi)的 組織學(xué)顯微鏡。 心臟介入藥物支架的患者應(yīng)用這種 “顯微鏡”可以準(zhǔn)確評價藥物 洗脫支架置入術(shù)后 3個月、6個月以上的內(nèi)膜增生情況， 并做出抗血小板藥物持續(xù) 時間的日程表， 評價支架的遠(yuǎn)期療效， 減輕患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。 已有研究資料表明， OC可精確地對易損斑塊進(jìn)行鑒別，在評價藥物或介入治療對斑塊及血管形態(tài)的 影響、支架擴(kuò)張、貼壁情況及內(nèi)膜增生程度等方面也具有重要價值。每年全球約有2000多萬人突發(fā)急性

3、冠狀動脈綜合征（ACS）和（或）心臟性猝死 等心臟疾病。罪犯血管病變冠狀動脈粥樣斑塊破裂以及繼發(fā)的血栓形成被認(rèn) 為是引起ACS勺主要啟動機(jī)制（1）。因而，研究斑塊破裂的機(jī)制，對易損斑塊 （vulnerable plaque） 準(zhǔn)確識別以及探索有效穩(wěn)定易損斑塊的方法具有重要的臨 床意義。OCT!種新型的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，它可以對易損斑塊準(zhǔn)確識別。1 OCT的成像原理OO 一種新的高分辨率斷面成像模式，它將新發(fā)展的光學(xué)技術(shù)與超靈敏探 測合為一體，加上現(xiàn)代計算機(jī)圖像處理，發(fā)展成為一門新興的斷層成像診斷技 術(shù)。OCT利用寬帶光源的短程相干特性對活體組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷層成像，其基本 原理類似于傳統(tǒng)的B超成像法，

4、都是通過測反射或散射回來的信號回波來獲得物 體的形貌圖像，只不過OCT用的是紅外線而非聲波（1 ）。OCT系統(tǒng)可以產(chǎn)生超 短光脈沖或低相相干光波， 發(fā)射到樣品上， 用光線被反射回的時間或回波延遲時間來測量距離， 回波強度用來描繪深度。 然后光束穿過樣品掃描， 得到二維或三維數(shù)據(jù)。然而與超聲不同是光的傳播速度非常快， 回波時間不能電子測量， 因此 利用了一種已知的低相相干技術(shù)。 2束頻率相同的光相與后會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，通過測量干涉條紋的數(shù)目和條紋間的距離可推算出距離，這用光學(xué)儀器容易做到。OCT測量的就是這種干涉強度而非直接測量反射光強度，但用這些信息來代表反射光強度。根據(jù)信號的強弱， 賦予不同的

5、灰度或某種顏色， 即可得到樣品的灰 度圖或假彩色圖。0C成像的基本原理與血管內(nèi)超聲成像(intra . vascularultrasound ，IVUS)原理有些類似，同樣是使用能量束在血管腔內(nèi)進(jìn)行360周向掃 描，獲得血管橫斷面圖像。只不過 OCTI的是紅外線而非聲波(2)。層析成像的 基礎(chǔ)是根據(jù)投影再現(xiàn)物體的截面圖像， 光束聚焦進(jìn)入組織后， 用干涉測量法可測 量不同深度內(nèi)部微結(jié)構(gòu)所反射的光的時間延遲(3)。當(dāng)光束掃過組織時，在不同的橫向位置重復(fù)進(jìn)行軸向測量， 從而獲得圖像信息， 該圖像反映了組織內(nèi)部結(jié) 構(gòu)形態(tài)。 參考文獻(xiàn) Libby P . Changing concepts of ath

6、erogenesisJ . J Intern Med ， 2000， 247(3) ： 349. 358.PateI NA . Stamper DL. Brezinski ME . Review of the ability of optical coherence tomography to characterize plaque . including a comparison with intravascular ultrasoundJ . Cardiovasc Intervent Radiol ， 2005. 28(1) ： 1-9.Brezinski MEOptical cohere

7、nce tomography for identifying unstablecoronary plaqueJ lnt J cardiol， 2006， 107(2) ： 154-165.1 0CT 基本原理OCT利用寬帶光源的短程相干特性對活體組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷層成像，其基本原理 類似于傳統(tǒng)的B超成像法，都是通過測反射或散射回來的信號回波來獲得物體的 形貌圖像，只不過OCT用的是紅外線而非聲波(1 )。OCT系統(tǒng)可以產(chǎn)生超短光 脈沖或低相相干光波， 發(fā)射到樣品上， 用光線被反射回的時間或回波延遲時間來 測量距離， 回波強度用來描繪深度。 然后光束穿過樣品掃描， 得到二維或三維數(shù) 據(jù)。然而與超聲不

8、同是光的傳播速度非?？?， 回波時間不能電子測量， 因此利用 了一種已知的低相相干技術(shù)。 2束頻率相同的光相與后會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，通過測 量干涉條紋的數(shù)目和條紋間的距離可推算出距離， 這用光學(xué)儀器容易做到。 OCT 測量的就是這種干涉強度而非直接測量反射光強度， 但用這些信息來代表反射光 強度。根據(jù)信號的強弱，賦予不同的灰度或某種顏色，即可得到樣品的灰度圖 或假彩色圖3 OCT在檢測易損斑塊中的應(yīng)用價值易損斑塊的檢測有多種方法， 但現(xiàn)有的篩查和診斷的方法不足以在急性心血管病 事件發(fā)生之前將易損斑塊識別出來。 冠狀動脈造影是診斷冠心病的金標(biāo)準(zhǔn)， 但它 卻無法對血管壁進(jìn)行觀察；IVUS在對管壁微細(xì)結(jié)構(gòu)

9、的觀察上相對于冠狀動脈造影 有更大的優(yōu)越性， 可以對粥樣斑塊進(jìn)行初步定性， 也可以用來指導(dǎo)介入治療。 然 而由于IVUS的分辨率，最大只能達(dá)到80 90urp對粥樣斑塊的觀察結(jié)果不是十分 可靠。此外，動脈粥樣斑塊從穩(wěn)定變?yōu)橐讚p的過程涉及炎癥、免疫、代謝、凝血 等多個環(huán)節(jié)，單純顯示動脈管腔或斑塊形態(tài)的診斷技術(shù)已不能滿足臨床的需要。 與其他動脈粥樣斑塊的檢測手段，如IVUS對比增強超聲(CEU)、核磁共振顯像 (MRI)、光譜技術(shù)、熱成像及pH值異質(zhì)性檢測等，OC技術(shù)最突出優(yōu)勢就是其極高 分辨率，可達(dá)1015um其最大成像深度只有12mm,幾乎相當(dāng)于冠狀動脈壁全 層厚度，能極清晰地將增厚的內(nèi)膜與含

10、有脂質(zhì)的斑塊區(qū)分開， 并能識別纖維帽厚 度以及血管壁和管腔的形態(tài)學(xué)改變 ( 9) ，包括管腔大小、斑 塊情況、血管夾層、 血栓、巨噬細(xì)胞等。OCT寸易損斑塊的識別能力有助于臨床醫(yī)生判斷哪些類型的 斑塊要干預(yù)，這對預(yù)防不良心臟事件的發(fā)生非常重要 ( 10,11 )。Norozi K，Thrane L，Minner J，et a1In vivo visualisation of coronary artery development by high-resolution optical coherencetomographyJ Heart ，2008，94(2) ：130Garcia-Garcia

11、 HM ，Gonzalo N，Granada JF，et al Diagnosis and treatmentof coronary vulnerable plaquesJExpert Rev Cardiovasc Ther ，2008，6(2) ：209 222Jeziorska M ，Woolley DE Local neovascularization and cellular composition within vulnerable regions of atherosclerotic plaques of human carotid arteriesJ J PaLhol ，1999

12、，188(2) ：1891964 OCT成像存在的不足盡管OC近來的一些研究結(jié)果是令人鼓舞的，但是還應(yīng)看到OCTI統(tǒng)仍存在一 些問題。(1)組織成像深度，目前OC成像系統(tǒng)穿透組織的深度約為2 m左右，足 以分析大多數(shù)血管內(nèi)膜下粥樣斑塊及血管壁結(jié)構(gòu)成像， 但對于一些較大的粥樣斑 塊和大動脈壁成像所得信息是有限的。 (2) 另外它是有創(chuàng)檢查， 不易被患者接受。 (3) 由于其組織穿透力較弱，應(yīng)用時會發(fā)生血液干擾，明顯影響圖像質(zhì)量。成像 導(dǎo)管處于血液環(huán)境中，單位體積血液內(nèi)大量紅細(xì)胞對OC光源產(chǎn)生了廣泛的散射， 從而導(dǎo)致血管壁局部圖像失真。(4)對于一些長病變粥樣斑塊OCT勺成像結(jié)果是不 令人滿意的。

13、 解決的方法可通過選擇合適的光源， 提高入射光能量來增加穿透力 從而提高成像深度； 應(yīng)用能量更高的光源和加快設(shè)備的掃描速度可使成像時間縮 短，以得到連續(xù)性的血管壁成像； 另外可在成像部位注射生理鹽水以阻止紅細(xì)胞 的進(jìn)入；應(yīng)用低壓阻斷球囊導(dǎo)管 (05個大氣壓)阻止血液流動，再利用生理鹽 水代替局部血液來進(jìn)行成像。 因此對左主干病變、 開口病變和心功能較差患者不 適宜OC檢查。1)PATEL N A ， STAMPER D L ， BREZINSKI M E Review of the ability， including a Cardiovasc Intervent Raof optical c

14、oherence tomography to characterize plaque comparison with intravascular ultrasoundJdiol ，2005 ，28 ：1 92 易損斑塊的識別冠狀動脈造影發(fā)現(xiàn)，急性冠狀動脈綜合征 （ACS） 的患者有相當(dāng)一部分冠狀動脈并 沒有明顯狹窄，事件的發(fā)生是由于斑塊破裂， 繼之血小板聚集、 血栓形成導(dǎo)致的。 最近發(fā)表的一份國際共識性文件（ 2 ）。 建議將導(dǎo)致急性心血管事件的斑塊統(tǒng) 一命名為易損斑塊 （vulnerable plaque） ，指易導(dǎo)致血栓形成或能快速發(fā)展為罪 犯病變的所有斑塊。 易損斑塊是 ACS 的發(fā)病機(jī)

15、制已成為共識， 因此識別易損斑塊 對預(yù)防不良心臟事件非常重要。易損斑塊的主要病理學(xué)特點是：脂質(zhì)核心大（一般大于斑塊體積的40 :纖維帽?。ê穸刃∮?50 m）;炎癥細(xì)胞（主要是 巨噬細(xì)胞和激活的T淋巴細(xì)胞）浸潤； 平滑肌細(xì)胞數(shù)量和膠原含量明顯減少。 部分斑塊內(nèi)部還伴有明顯的新血管生成或斑塊內(nèi)出血。OCT可以觀察斑塊的纖維帽厚度， 脂質(zhì)核心的大小， 斑塊表層的糜爛和血小板、 巨噬細(xì)胞聚集以及纖維 蛋白沉積，斑塊帽裂隙。（2） NAGHAVI M ，LIBBY P ，F(xiàn)ALK E ，et a1 From vulnerable plaque to vulnerable patient A call

16、for new definition and risk assessment strategies ： part I and part IIEJCirculation ，2003 ，108 ： 1772 1778 3在經(jīng)皮冠狀動脈介入治療（PCI）中的應(yīng)用盡管出現(xiàn)了藥物洗脫支架（DES）和新型抗血小板藥物，支架置入后仍有一定比例 的再狹窄。在小于100 bLm 范圍，傳統(tǒng)的冠狀動脈造影和血管內(nèi)超聲影像 （IVUS） 不能評價夾層、組織脫垂和支架的貼壁情況。IVUS不能提供加深我們對PCI急 性并發(fā)癥和再狹窄理解的詳細(xì)結(jié)構(gòu)信息， 而且，由于支架連接體的強回聲， 與支架相鄰的結(jié)構(gòu)，如小的夾層和組織

17、脫垂很難評價。體外研究表明，OCT能夠精 確測定冠狀動脈內(nèi)膜一中層厚度，此外，內(nèi)膜厚度也可由 OCT 評價并且與組織 學(xué)檢查結(jié)果具有很好的一致性（r一0. 98 , P0 . 01。（ 10 ）因此，OCT可用 做支架置入術(shù)，術(shù)后隨訪能夠準(zhǔn)確了解有無支架內(nèi)再狹窄。Bouma等（11）對PCI 的患者進(jìn)行了 OCT 檢查，評價血管夾層、組織脫垂、支架貼壁以及支架的不對 稱性，并與IVUS進(jìn)行了比較?？傆媽?9例患者的42個支架進(jìn)行了成像，無一例 并發(fā)癥。用OCT比IVUS觀察到了更多的夾層、脫垂和支架貼壁不完全的情況。血管夾層由OCT確定的有8例，IVUS確定的有2例；支架內(nèi)組織脫垂OCT確定的

18、 有29例， IVUS 確定的有12例，脫垂的范圍分別為 （242 156） m 和（400士100）bLm 。支架貼壁不完全OCT發(fā)現(xiàn)的有7例，IVUS發(fā)現(xiàn)的有3例。OCT和IVUS 均發(fā)現(xiàn)了 18例不規(guī)則的支架連接體分離。以上結(jié)果表明，用冠狀動脈內(nèi)OCT監(jiān)測支架的展開情況是可行的。 Buellesfeld 等（12） 對1例前降支分叉處病變置 入支架的患者9個月后進(jìn)行了 OCT檢查，與IVUS相比，OCT顯示與血管壁相鄰 的支架覆蓋范圍成像質(zhì)量優(yōu)于 IVUS ，而且能提供分叉開口處置入支架性能的新 的認(rèn)識。Diaz Sandoval等（13 ）應(yīng)用OCT研究了血管對PCI的特征性反應(yīng)。10

19、例患者在PCI前后進(jìn)行了 IVUS和OCT檢查，結(jié)果內(nèi)膜破裂、腔內(nèi)血栓、球囊 引起的夾層深度、 切割球囊切口、 組織脫垂、 支架連接體未完全展開以及內(nèi)膜過 度增生OCT均能發(fā)現(xiàn)。這是體內(nèi)確定PCI后人冠狀動脈內(nèi)病理變化的首次報告。（10KUME T ， AKASAKA T ， KAW AM0T0 T ， et a1 . Assessment ofcoronary intima media thickness by optical coherence tomography：comparison with intravascular ultrasoundJ. Cire J ， 2005 ， 69

20、：9O3907.B0uMA B E ， TEARNEY G J ， YABusHITA H ， et a1 . Evaluation ofintracoronary stenting by intravascular optical coherence tomographyJ Heart ，2003 ，89 ：317 320 （12BUELLESFELD L ，LIM V ，GERCKENS U ，et a1 Comparative endoluminal visualization of TAXUS crush-stenting at 9 months follow up by intrav

21、ascular ultrasound and optical coherence tomography EJZ Kardiol ，2005 ，94 ： 690 694 DIAz sAND0VAL L J ，B0uMA B E ，TEARNEYG J ，et a1 Optical coherence tomography as a tool for percutaneous coronary interventions E J Catheter Cardiovasc Interv，2005 ，65 ：492 4964 與 IVUS 的比較IVUS 為近年發(fā)展起來的血管內(nèi)成像方法，對判斷動脈硬化早期內(nèi)膜增厚極為靈敏，OCT與IVUS比較有以下優(yōu)勢。4 1 分辨率高導(dǎo)管的OCT分辨率達(dá)1020 rfl，是IVUS的10倍，明顯超過目前任何一項成像 技術(shù)?？稍?3 mm 范圍內(nèi)成像，大約是傳統(tǒng)活檢的距離。已研制出更先進(jìn) 的系統(tǒng)，分辨率高達(dá)4 m，這樣OCT可以觀察到IVUS檢測不到的增厚的內(nèi)膜， 彈力板和脂質(zhì)斑塊等。Brezinski等（14）直接比較了 OCT與IVUS在體外對人 主動脈粥樣硬化斑塊的成像情況，對出血斑塊及富含脂肪斑塊的成像均表明， OCT與IVUS相比最顯著的優(yōu)點為：OCT成像具更高的分辨率及斑塊各成分間更 好的對比度。通過測定