冠状动脉杂交影像学的最新进展

周鹏 颜红兵

· 综述 ·

冠状动脉杂交影像学的最新进展

周鹏 颜红兵

冠心病；冠状动脉腔内影像学；杂交影像学

冠状动脉粥样硬化性病变是否导致临床事件取决于管腔狭窄程度、斑块特征和炎症状态。冠状动脉造影只能显示血管的直径狭窄程度，而不能提供关于血管壁的结构和成分的信息[1]。血管内超声（intravascular ultrasound，IVUS）和光学相干断层扫描（optical coherence tomography，OCT）等冠状动脉腔内影像学技术可以更深入认识血管壁结构、斑块成分和特征[2]，但是不能显示斑块炎症程度和化学特性[3]。近红外光谱、血管内光声成像、近红外荧光分子成像和荧光寿命成像等新技术可以提供更多斑块的信息，但是迄今还没有任何一种腔内影像学技术可以全方位评估斑块。

杂交影像学技术是将不同的成像技术和互补优势结合一起，将不同的影像数据进行整合，或者通过可以容纳2种成像导管的成像技术，能全方位评估斑块。本文介绍9种冠状动脉杂交影像学技术，评价每种技术的优点与不足和在临床研究中的潜在价值。

1 冠状动脉造影与IVUS/OCT的整合

冠状动脉造影与IVUS杂交影像技术是通过整合冠状动脉造影和IVUS数据，将不同部位冠状动脉的内皮剪切应力（endothelial shear stress，ESS）与对应的IVUS腔内影像信息结合起来的成像技术。体内研究表明，ESS减小提示斑块可能进展为易损斑块[4]。迄今最大规模的PREDICTION研究[5]表明ESS减小是靶血管再次血运重建的独立预测因子。

受分辨率的限制，IVUS难以清晰地重建出支架丝覆盖处的内膜及破裂斑块的外形，而高分辨率的OCT可以重建出管腔和支架丝形态。除此以外，冠状动脉造影-OCT杂交影像技术还可以显示出血流受扰及湍流区域，评估新生内膜和ESS之间的关系，以及斑块细微特征（例如巨噬细胞、微钙化和新生血管）与ESS之间的关系[6-9]。

一项应用冠状动脉造影-OCT杂交影像技术的研究发现，ESS减小与OCT证实的薄纤维帽粥样斑块、斑点样钙化、巨噬细胞聚集及更薄纤维帽的发生率增高有关[10]。另一项研究显示，斑块破裂部位的ESS更高，可能与脂质成分增多以及纤维帽更薄有关[11]。这些研究表明低ESS可能会促进易损斑块的形成，而高ESS则有助于识别斑块破裂的部位。

2 冠状动脉CT血管造影（CTA）与与IVUS/OCT的整合

van der Giessen等[12]首次将冠状动脉CTA和IVUS杂交影像技术引入临床。与冠状动脉造影-IVUS杂交技术相比，CTA-IVUS杂交影像技术更容易生成冠状动脉ESS的数据，尤其是对于分叉病变[13]。CTA-IVUS杂交影像的研究显示分叉处的斑块早期即出现ESS的增高，高ESS与斑块破裂有关，而低ESS与斑块更厚、富含纤维脂质成分有关[14]。

新近，Karanasos等[15]将CTA和IVUS，以及CTA和OCT进行了整合，以探究ESS和生物可降解支架置入后纤维帽厚度之间的关系。该研究表明，支架置入2年以后行ESS检测，高ESS 的患者5年随访时纤维帽更厚，提示ESS或许与生物可降解支架置入后长期的血管愈合相关。

3 IVUS与OCT的整合

IVUS和OCT是目前应用最为广泛、临床研究最多的冠状动脉腔内影像学技术。两种影像技术各有优缺点。IVUS的探查范围及深度更为广阔，并且不受血液影响，但是对脂质斑块、纤维斑块及血栓的辨识度不及OCT。虽然OCT的分辨率优于IVUS，但是其扫描深度差，对粥样斑块负荷程度及血管重构特征的识别能力欠佳。

IVUS-OCT杂交影像技术整合了两种技术的优点，可以更准确地检测高危斑块，已经进行了体外和临床前期研究。IVUS-OCT杂交影像技术最早的报道见于2010年，该成像导管的直径为7.2 F，探头每秒钟只能旋转1周[16]。随后，更细的（4 F）和更柔软的成像导管被研发出来，并在人尸体标本上进行了测试[17]。IVUS-OCT杂交影像导管研发出来可对同一横截面的血管进行同步扫描，但两种成像探头之间间隔90°，不均匀旋转可能会造成两种图像不能完全匹配[17]。另一种IVUS-OCT杂交影像导管首次在体内（兔的主动脉）进行了检查，其直径为3.6 F，两种成像探头间隔2 mm并沿同一纵轴线排列[18]。最近，一种3 F的IVUS-OCT杂交影像导管将光学探头整合到超声探头内，这样两种探头可以在同一部位进行同步扫描，这种导管可以消除旋转或者纵向偏移带来的伪差[19]。

4 IVUS与近红外光谱（near infrared spectroscopy，NIRS）的整合

IVUS-NIRS是目前唯一被批准用于临床的冠状动脉腔内杂交影像学技术，为评估斑块形态和成分提供更为可靠的证据。该杂交技术同时进行NIRS和IVUS成像，然后进行整合，充分结合了IVUS对斑块结构测量的准确性以及NIRS对富含脂质斑块高敏感度的优势。目前，已经推出了直径仅为3.2 F的IVUS-NIRS杂交影像导管，其中机械旋转式IVUS的带宽扩展至50 MHz[20]。

多项研究采用IVUS-NIRS杂交影像技术来评估他汀类药物对斑块负荷及成分的影响[21]。IVUS-NIRS对心肌梗死患者斑块特征的研究表明，这类患者的斑块往往富含脂质成分，且斑块负荷更重，急性心血管事件风险更高[22-23]。早期的几项研究表明，IVUS-NIRS对于斑块特征的识别能力或许可以预测心血管事件。Prospect II 研究（NCT02171065）和Lipid Rich Plaque研究（NCT02033694）是正在验证这一假设的两项大规模临床试验。

IVUS-NIRS的局限性包括：（1）IVUS的分辨率不足，无法精确地测量支架丝的内膜覆盖程度以及纤维帽厚度；无法识别钙化及支架丝之后的结构；当存在血栓或血液信号过高时，IVUS无法界定管腔边界；使用前需要冲洗导管腔，不便于反复操作。（2）NIRS无法明确地给出脂质斑块核心的深度，无法将同一轴线方向上不同深度的脂质成分区分开来。

5 OCT与NIRS的整合

虽然通过OCT可以推断出斑块的某些化学成分，例如脂质，但是由于OCT成像深度有限，无法得到脂质以及巨噬细胞的更进一步信息。而OCT-NIRS杂交影像技术可以将OCT和NIRS的优势整合在一起，该导管包括2根光纤，其中1根光纤接受散射回来的光并将其转化为OCT图像，另1根光纤则接受血管壁深部组织的光线并将其转化为化学信号[24]。OCT-NIRS杂交影像导管的图像为OCT图像之外环绕着NIRS图像，不同的颜色反映了不同的斑块内化学成分。此成像技术的优势包括有助于非OCT专业人员识别纤维粥样斑块，建立起斑块形态和化学成分之间的联系，有助于将富含脂质成分的病变与其他病变区分开来。

6 OCT与近红外荧光分子成像（near infrared fluorescence，NIRF）的整合

NIRF是一种可以使冠状动脉呈现出相应生物学特征的成像技术，有助于显示动脉粥样硬化、支架内再狭窄或者支架内血栓形成患者潜在的促炎症和促血栓环境。OCTNIRF杂交影像导管是一种能够同时反映在体血管组织学和生物学特征的技术，有助于识别潜在的高风险斑块。通过不同的NIRF显像剂，NIRF技术可以识别斑块内蛋白酶活性、巨噬细胞数量、内皮通透性异常以及支架部位的纤维蛋白沉积[25]。

近期一项研究表明，OCT-NIRF可以对兔子的斑块炎症程度进行定量分析（增强的NIRF半胱氨酸蛋白酶活性），同时OCT可以描绘出斑块的结构[26]。Lee等[27]研发出双探头OCT-NIRF杂交影像导管，其直径为2.6 F，成像速度为100帧/s，自动回撤速度最快为40 mm/s。Vinegoni等[28]利用OCT-NIRF杂交影像导管检测到兔富含巨噬细胞的粥样斑块内吲哚菁绿的沉积。近期，人体颈动脉斑块内也发现了吲哚菁绿的沉积[29]。

7 IVUS与NIRF的整合

与OCT不同，近红外光谱光可以有效地穿透血液，因而NIRF不需要阻断血流。因此，IVUS-NIRF杂交影像技术也不需要阻断血流。Dixon等[30]首次在体外采用直径4.2 F的IVUS-NIRF导管进行了扫描。然而这一直径的导管不能对冠状动脉进行扫描，IVUS-NIRF杂交影像技术还需要进一步完善。

8 IVUS与血管内光声成像（intravascular photoacoustic，IVPA）的整合

IVPA是一种利用激光激发，超声波作为载体的成像技术，能够识别动脉粥样硬化斑块的成分，特别是胆固醇酯；此外，还可以检测支架丝的结构，获得与IVUS本质上相同的血管结构信息。与NIRS相比，IVPA的扫描深度更深，可以准确地识别斑块的空间位置和体积[31]。由于IVPA可以极好地显示血管壁的化学成分，体内研究显示其对不稳定斑块的识别能力非常好[31]。不过，在临床广泛应用前还需要解决一些技术问题，例如需要清除血液（血液会导致信号衰减）、分辨率较低（尚不能将整个斑块中的脂质成分以图形的方式清晰地显示出来）[32]。

过去5年内，数种IVUS-IVPA杂交影像导管问世。从原理上讲，IVPA导管与IVUS导管相似，只是增加了一根光纤来发射和接收IVPA信号。早期杂交导管的IVUS探头（机械旋转式或相阵控式）相对较大，随着探头体积的缩小，高频探头的分辨率可达35 mm，可以用于冠状动脉扫描[33-34]。近年来研发的此类成像导管更加柔软，可以实时成像，图像采集时间基本接近目前临床使用的IVUS导管。未来发展方向是整合IVPA-IVUS-OCT三种技术的杂交影像导管。

9 IVUS与荧光寿命成像（fluorescence lifetime imaging，FLIm）的整合

FLIm是一种通过对特定荧光寿命的测量以定量获取斑块功能信息的影像技术。FLIm和IVUS的杂交影像技术可以同时将血管壁的化学成分和形态结构呈现出来[35]。Bec等[35]报道称可将FLIm和IVUS同时进行成像，最初的导管直径达7 F，无法进行冠状动脉内成像。Ma等[36]报道称采用3.5 F的FLIm-IVUS杂交影像导管可以对冠状动脉进行快速成像，FLIm-IVUS杂交影像能够区分不同的斑块类型，具有更高的敏感度和特异度（89%、99%），优于单独的FLIm（70%、98%）或IVUS（45%、45%）。由于FLIm需要清除血液，目前FLIm-IVUS杂交影像技术尚不能用于体内研究。

总之，冠状动脉杂交影像学技术为动脉粥样硬化的研究带来了新机遇。先进的数据融合方法使得冠状动脉血运重建、快速准确评估血管形态和斑块分布成为现实。多种导管的应用能够详细和全面地评估血管壁和动脉粥样化斑块的结构、组成和生物学特征。在未来几年内，还需要克服现有导管设计的局限性，使其广泛应用于临床实践和研究。

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