血管內(nèi)超聲和光學(xué)相干斷層成像在冠狀動(dòng)脈介入治療中的應(yīng)用對(duì)比

鐘玥 饒莉

血管內(nèi)超聲（IVUS）和光學(xué)相干斷層成像（optical coherence tomography，OCT）作為成熟的冠狀動(dòng)脈血管內(nèi)成像技術(shù)，已成為冠狀動(dòng)脈造影的重要補(bǔ)充手段。IVUS的優(yōu)勢(shì)在于透射深度大，在管腔結(jié)構(gòu)之外可獲取血管壁結(jié)構(gòu)；而OCT 則空間分辨率高，與組織學(xué)結(jié)果高度相關(guān)。隨著無(wú)需球囊阻斷血流的頻域光學(xué)相干斷層成像（FD-OCT）的不斷推廣，OCT 臨床實(shí)用性增強(qiáng)。本文就最新研究進(jìn)展中IVUS 與FD-OCT 的成像方式、對(duì)病變血管的評(píng)估效用及對(duì)介入治療的指引作用進(jìn)行對(duì)比，以探討冠狀動(dòng)脈介入治療影像學(xué)未來(lái)的發(fā)展方向。

一、IVUS 與OCT 成像方法學(xué)的對(duì)比及新進(jìn)展

IVUS 是以導(dǎo)管介入為基礎(chǔ)、以聲波作為成像介質(zhì)的冠狀動(dòng)脈內(nèi)成像技術(shù)，已投入臨床應(yīng)用近三十年。因超聲波具有良好的穿透力，在無(wú)須阻斷血流的情況下，IVUS的透射深度最高可達(dá)8 mm，能清晰反映血管壁的內(nèi)膜、中膜和外膜[1]。目前可用的探頭頻率為20 ～45 MHz。高頻IVUS 在增加軸向分辨率的同時(shí)，來(lái)自血液的反射波增多，血液與血管內(nèi)膜的對(duì)比度下降。總體來(lái)看，IVUS 的軸向分辨率僅為100 ～200 μm[1]，為其最大的缺陷。傳統(tǒng)的灰階IVUS 圖像不能區(qū)分斑塊不同成分的異質(zhì)性，因而，各種圖像后處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，目前投入臨床使用的有虛擬組織學(xué)血管內(nèi)超聲（virtual histology，VH-IVUS）[2]、整合背向散射血管內(nèi)超聲（integrated backscatter， IB-IVUS）[3]和iMAP-IVUS[4]系統(tǒng)。以上三種分析方法均利用了反向散射的超聲射頻信號(hào)，通過(guò)運(yùn)算處理不同組織的不同回聲頻率，對(duì)斑塊的組織成分進(jìn)行模擬成像和定量分析。但不透光的鈣化成分會(huì)遮擋回聲，導(dǎo)致對(duì)鈣化成分后方區(qū)域識(shí)別困難；同時(shí)由于數(shù)學(xué)模型中缺少血栓的算法，導(dǎo)致以上技術(shù)皆不能識(shí)別血栓。

OCT 作為近十年來(lái)新興的血管內(nèi)成像技術(shù)，亦通過(guò)導(dǎo)管介入后以近紅外線作為光源，利用光波的干涉法則進(jìn)行成像，經(jīng)過(guò)重建從而顯示組織圖像[5]。光波的頻率范圍遠(yuǎn)高于聲波，故OCT 的分辨率約為IVUS 的10 倍，軸向分辨率可達(dá)4 ～10μm。OCT 成像探頭直徑為0.014 in（1 in=2.54 cm），僅為IVUS 成像探頭直徑的一半，可避免探頭對(duì)血管的阻塞，較之IVUS，更易對(duì)一些狹窄嚴(yán)重的病變進(jìn)行成像[6]。而新一代的FD-OCT 成像系統(tǒng)應(yīng)用頻率范圍更大的紅外線，通過(guò)改變光源頻率，可得到更高的成像速度；由于其不需要完全阻斷冠狀動(dòng)脈血流，還可以降低既往使用OCT 時(shí)球囊阻斷血流造成缺血事件的發(fā)生率。雖然顯示開(kāi)口病變?nèi)杂幸欢ǖ碾y度，但其可用于左主干病變[7]。這一進(jìn)展使得OCT 實(shí)時(shí)指引冠狀動(dòng)脈介入治療手術(shù)的操作成為可能。但由于血液及管壁對(duì)光波的衰減作用，F(xiàn)D-OCT 的透射深度最大僅為2 mm，使其不能完整評(píng)估血管壁的病變情況[6]。此外，F(xiàn)D-OCT 仍需使用對(duì)比劑沖刷血管，以排除紅細(xì)胞對(duì)成像的干擾，增加了患者腎功能損害的風(fēng)險(xiǎn)。最近有研究顯示，在FD-OCT 操作中使用低分子右旋糖酐沖刷血管，其成像質(zhì)量并不遜于使用對(duì)比劑[8]。

二、IVUS 與OCT 對(duì)病變血管的評(píng)估效用對(duì)比

1.評(píng)估易損斑塊

與冠狀動(dòng)脈造影相比，IVUS 與OCT 均提供了更加微觀的病變血管形態(tài)學(xué)信息，可以于活體內(nèi)探測(cè)冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的成分，如纖維、脂質(zhì)、鈣化等[4,9]。易損斑塊破裂是急性冠狀動(dòng)脈綜合征的誘因之一，而易損斑塊中的一大類型為薄帽纖維粥樣斑塊（thin cap fi bro atheroma，TCFA）。TCFA 在病理學(xué)上被定義為纖維帽厚度＜65 μm且有壞死脂質(zhì)核心的斑塊[10]。OCT 以高達(dá)10 μm 的空間分辨率，可準(zhǔn)確檢測(cè)TCFA 甚至其周圍炎性細(xì)胞的浸潤(rùn)[9,11]。Uemura 等[12]使用OCT 對(duì)69 例冠狀動(dòng)脈造影無(wú)顯著意義的斑塊追蹤觀察7 個(gè)月發(fā)現(xiàn)，TCFA（OR 20.0，P＜0.01）與斑塊微通道（OR 20.0，P＜0.01）是斑塊進(jìn)展的預(yù)測(cè)因素。而IVUS 受分辨率的限制，不能從纖維帽厚度上準(zhǔn)確區(qū)分TCFA；但隨著IVUS 圖像后處理技術(shù)的應(yīng)用，使得IVUS 圖像定量分析成為可能，賦予了IVUS 識(shí)別TCFA 的能力。Miyamoto 等[13]使用IB-IVUS 系統(tǒng)與OCT 對(duì)比觀察TCFA，發(fā)現(xiàn)IVUS 圖像下的脂質(zhì)池面積＞55%、纖維區(qū)域＜41%以及血管重構(gòu)指數(shù)＞1 亦是判斷TCFA 的良好指標(biāo)。IVUS 的優(yōu)勢(shì)在于透射深度大，能夠以整個(gè)血管壁為背景評(píng)估病變及其與周圍環(huán)境的關(guān)系，由此衍生出IVUS特有的觀測(cè)指標(biāo)：血管重構(gòu)指數(shù)和斑塊負(fù)荷[2]。血管重構(gòu)指數(shù)是指病變處外彈力膜面積和參考血管外彈力膜面積之比值。斑塊負(fù)荷以粥樣斑塊的面積與同一截面上外彈力膜面積之比值來(lái)表示，而斑塊面積默認(rèn)為外彈力膜面積減去管腔面積。PROSPECT 試驗(yàn)旨在研究IVUS 圖像對(duì)急性冠狀動(dòng)脈綜合征的預(yù)測(cè)能力[14]，對(duì)697 例急性冠狀動(dòng)脈綜合征患者首次治療后長(zhǎng)達(dá)3 年的前瞻性隨訪發(fā)現(xiàn)，非罪犯病變處斑塊負(fù)荷≥70%更易導(dǎo)致急性冠狀動(dòng)脈綜合征的復(fù)發(fā)（HR 5.03，95%CI 2.51 ～10.11，P＜0.001）。雖然目前對(duì)未引起血流動(dòng)力學(xué)改變的易損斑塊施行介入干預(yù)是不合理的[15]，但I(xiàn)VUS 與OCT 所提供的斑塊信息豐富了研究者對(duì)冠狀動(dòng)脈粥樣硬化自然病程的認(rèn)知，為預(yù)后研究提供了清晰可靠的依據(jù)。

2.評(píng)估管腔狹窄程度

IVUS 與OCT 可協(xié)助判斷在冠狀動(dòng)脈造影中處于臨界狀態(tài)的病變是否需要行介入治療。冠狀動(dòng)脈臨界病變定義為冠狀動(dòng)脈造影術(shù)所發(fā)現(xiàn)的管腔直徑狹窄程度40%～70%的病變。是否對(duì)臨界病變進(jìn)行介入干預(yù)，取決于狹窄所帶來(lái)的血流動(dòng)力學(xué)損害嚴(yán)重程度。血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)（FFR）是評(píng)價(jià)血流動(dòng)力學(xué)損害的生理學(xué)金標(biāo)準(zhǔn)。Gonzalo 等[16]將IVUS 和OCT 測(cè)得的最小管腔面積與FFR 相比較，發(fā)現(xiàn)二者的特異性均不高（IVUS 65%，OCT 63%），但對(duì)直徑≤3 mm的管腔測(cè)量OCT 較IVUS 有優(yōu)勢(shì)（AUC：0.77 比0.63）。此結(jié)果說(shuō)明，在目前技術(shù)條件下影像學(xué)指標(biāo)不能完全代替生理學(xué)指標(biāo)，除管腔面積以外，病變長(zhǎng)度、斑塊負(fù)荷、參考血管管徑、病變處心肌細(xì)胞活性都會(huì)影響血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)[17]。故對(duì)于非左主干的臨界病變，若IVUS 測(cè)得的最小管腔面積≥4.0 mm2，可不考慮行介入治療；反之，則應(yīng)行FFR檢測(cè)或結(jié)合面積狹窄率、斑塊負(fù)荷、病變長(zhǎng)度等指標(biāo)綜合考慮[15]。目前對(duì)于OCT 尚無(wú)公認(rèn)的狹窄測(cè)量界值。

鑒于IVUS 已有豐富的研究數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)制定各種測(cè)量值的臨界指標(biāo)，OCT 作為一項(xiàng)新興技術(shù)，管腔測(cè)量值與IVUS 的差異一直備受關(guān)注。因早期的時(shí)域光學(xué)相干斷層成像（TD-OCT）需要球囊阻斷血流，改變了管腔灌注壓，干擾了與成像時(shí)無(wú)須阻斷血流的IVUS 的比較。而FDOCT 無(wú)需球囊阻斷血流，掃描過(guò)程中對(duì)管腔壓力的改變較小，使其與IVUS 測(cè)量結(jié)果比較的干擾因素更小。OPUSCLASS 研究[18]在5 個(gè)中心的100 例患者與5 個(gè)已知參數(shù)的仿真模具中對(duì)比了IVUS 與FD-OCT 對(duì)病變血管評(píng)估的可靠性，結(jié)果顯示，二者的相關(guān)性良好（r=0.95，P＜0.001），但OCT 評(píng)估模具的管腔面積最接近已知參數(shù)，而IVUS測(cè)量的最小管腔面積大于OCT［（3.68±2.06）mm2比（3.27±2.22）mm2，P＜0.001］，該差異在越小的管腔及未進(jìn)行支架置入的節(jié)段越顯著。這種差異性進(jìn)一步說(shuō)明，在使用IVUS 及OCT 指導(dǎo)冠狀動(dòng)脈介入治療的過(guò)程中，需針對(duì)二者制定不同的參考標(biāo)準(zhǔn)。盡管該試驗(yàn)證實(shí)了在能達(dá)到的透射范圍內(nèi)，OCT 測(cè)量的準(zhǔn)確性高于IVUS，但這一優(yōu)勢(shì)能否在指導(dǎo)冠狀動(dòng)脈介入治療中進(jìn)一步改善患者預(yù)后尚有待大樣本隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)的證實(shí)。

三、IVUS 與OCT 實(shí)時(shí)指引支架置入術(shù)的應(yīng)用對(duì)比

隨著成像速度的提高，IVUS 與OCT 均可用于指導(dǎo)冠狀動(dòng)脈介入治療；通過(guò)對(duì)病變血管及臨近參考血管的形態(tài)學(xué)觀察估測(cè)支架尺寸和球囊擴(kuò)張壓力，選擇可完全覆蓋病變的支架置入位點(diǎn)；支架置入后計(jì)算最小支架內(nèi)面積，觀察是否存在支架膨脹不全、支架邊緣夾層、支架內(nèi)組織脫垂、支架貼壁不良，從而評(píng)估是否需球囊后擴(kuò)張或追加支架置入等早期干預(yù)，以優(yōu)化支架置入，獲得最佳臨床結(jié)果。FD-OCT 的分辨率為IVUS 的10 倍，對(duì)血管內(nèi)膜清晰的顯示便于軟件系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)的自動(dòng)測(cè)算[19]，與IVUS 繁瑣的計(jì)算過(guò)程相比，操作者能更迅速提取信息以決定操作步驟。但OCT 透射深度低，不能掃描血管外彈力膜面積，指導(dǎo)手術(shù)時(shí)需依靠病變近端的參考血管以估算擴(kuò)張目標(biāo)，曾有觀點(diǎn)認(rèn)為，此缺陷可能使支架尺寸及擴(kuò)張壓力的選擇均偏小，導(dǎo)致術(shù)后支架內(nèi)面積較小。最近，Bezerra 等[20]在227 組配對(duì)圖像中比較TD-OCT、FD-OCT 和IVUS 后發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)DOCT 與IVUS 測(cè)量的參考血管尺寸差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，介入術(shù)后即刻支架內(nèi)最小管腔面積也無(wú)差異，而術(shù)后隨訪中OCT 觀察到支架內(nèi)面積較小，可能與OCT 在測(cè)量管腔面積時(shí)能準(zhǔn)確區(qū)分新生內(nèi)膜有關(guān)。但OCT 在指引支架置入術(shù)時(shí)不能計(jì)算血管重構(gòu)指數(shù)及斑塊負(fù)荷，這可能導(dǎo)致支架放置位點(diǎn)不能較好地覆蓋狹窄管腔。Habara 等[21]將70 例冠狀動(dòng)脈造影已發(fā)現(xiàn)病灶的穩(wěn)定或不穩(wěn)定型心絞痛患者隨機(jī)分為兩組，對(duì)比IVUS 與OCT 對(duì)冠狀動(dòng)脈介入術(shù)的指導(dǎo)作用，發(fā)現(xiàn)術(shù)后OCT 組支架近端的斑塊負(fù)荷大于IVUS 組［（44.2±11.6）%比（36.5±8.6）%，P=0.02］。Imola 等[22]進(jìn)行的一項(xiàng)回顧性配對(duì)研究對(duì)比了15 例支架術(shù)后心肌梗死患者與15 例術(shù)后無(wú)心肌梗死患者的OCT 圖像，發(fā)現(xiàn)術(shù)后心肌梗死患者支架邊緣未完全覆蓋脂質(zhì)池的出現(xiàn)率遠(yuǎn)高于對(duì)照組（66% 比13%，P=0.009），提示支架置入時(shí)不能完全覆蓋脂質(zhì)池可能增加術(shù)后再發(fā)心肌梗死的風(fēng)險(xiǎn)。事實(shí)上，穩(wěn)定的狹窄病變與血栓形成風(fēng)險(xiǎn)高的不穩(wěn)定斑塊各有其形態(tài)學(xué)特點(diǎn)，IVUS 能夠結(jié)合斑塊負(fù)荷等指數(shù)較好地評(píng)估狹窄程度，而OCT 的高分辨率適用于探測(cè)與急性冠狀動(dòng)脈綜合征相關(guān)的不穩(wěn)定因素，IVUS 與OCT 對(duì)介入手術(shù)指導(dǎo)的優(yōu)勢(shì)應(yīng)根據(jù)不同類型的病變而論。

血管內(nèi)成像技術(shù)的使用對(duì)介入治療后臨床結(jié)果有無(wú)改善，一直是研究者關(guān)注的重點(diǎn)。一項(xiàng)對(duì)7 個(gè)隨機(jī)臨床試驗(yàn)的Meta 分析[23]結(jié)果顯示，與單獨(dú)使用冠狀動(dòng)脈造影相比，IVUS 指引的裸金屬支架置入減少了再狹窄和靶病變?cè)傺芑陌l(fā)生率，但對(duì)死亡率及心肌梗死發(fā)生率無(wú)影響。而IVUS 指引下的藥物洗脫支架置入，對(duì)術(shù)后再狹窄的發(fā)生率無(wú)影響，但降低了術(shù)后支架內(nèi)血栓的發(fā)生率[24]。一項(xiàng)綜合了1 個(gè)隨機(jī)臨床試驗(yàn)與10 個(gè)觀察性研究的Meta 分析[25]顯示，使用IVUS 指引藥物洗脫支架置入術(shù)后死亡率與單獨(dú)使用冠狀動(dòng)脈造影相比有所下降（HR 0.59，95%CI 0.48 ～0.73，P＜0.001），其原因可能與IVUS 減少了支架內(nèi)血栓的形成有關(guān)。而FD-OCT 因投入臨床使用的時(shí)間較短，相關(guān)臨床結(jié)果的研究報(bào)道較少。Prati 等[26]對(duì)700 例患者進(jìn)行配對(duì)觀察研究后發(fā)現(xiàn)，在335 例使用冠狀動(dòng)脈造影聯(lián)合OCT 的患者中，OCT 所提供的信息使22.3%已置入支架的血管再次應(yīng)用了球囊后擴(kuò)張，以糾正支架貼壁不良、膨脹不全及殘余血栓，使12.4%已置入支架的血管進(jìn)行了再次支架置入以糾正支架邊緣夾層及殘余管腔狹窄；與單獨(dú)使用冠狀動(dòng)脈造影相比，OCT 指導(dǎo)的藥物洗脫支架置入降低了術(shù)后一年內(nèi)的死亡率及心肌梗死發(fā)生率（OR 0.49，95%CI 0.25 ～0.96，P=0.037）。但由于缺乏IVUS 與OCT 在大規(guī)模人群中的直接對(duì)比研究，目前尚不能回答在冠狀動(dòng)脈支架介入術(shù)中何者能帶來(lái)最優(yōu)的臨床結(jié)果。

綜上所述，IVUS 與OCT 在冠狀動(dòng)脈內(nèi)成像中各有優(yōu)勢(shì)，未來(lái)的發(fā)展必然會(huì)趨向于相互補(bǔ)充。已有導(dǎo)絲可融合IVUS 與OCT 探頭，結(jié)合二者的優(yōu)勢(shì)于體外完成IVUS 與OCT 的共面同時(shí)成像[27]，不久的將來(lái)有望應(yīng)用于活體。而冠狀動(dòng)脈內(nèi)成像發(fā)展的目標(biāo)在于完成形態(tài)學(xué)與生理學(xué)統(tǒng)一，即影像信息能同時(shí)描繪病變的形態(tài)特征和生理功能。無(wú)論是通過(guò)將IVUS、OCT 及FFR 融合于同一導(dǎo)絲，或是通過(guò)不斷提高成像技術(shù)的分辨率，以實(shí)現(xiàn)從細(xì)胞層面評(píng)估病變處心肌功能及檢測(cè)細(xì)胞與周圍環(huán)境的相互作用，未來(lái)冠狀動(dòng)脈內(nèi)血管成像必將會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)全新的世界。

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