光學(xué)相干斷層成像在頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)展

劉銳，李敏，朱武生，殷勤，劉新峰

頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)供應(yīng)腦的前循環(huán)，由頸內(nèi)動(dòng)脈及其分支共同組成。頸內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化、頸動(dòng)脈血管炎以及頸內(nèi)動(dòng)脈夾層等病變均會(huì)導(dǎo)致血管腔狹窄、斑塊破裂及繼發(fā)血栓的形成，繼而引起缺血性腦血管病[1-2]。目前，血管腔的狹窄率依然是評(píng)價(jià)動(dòng)脈粥樣硬化的嚴(yán)重程度和危險(xiǎn)程度的重要依據(jù)。但臨床發(fā)現(xiàn)，有的頸內(nèi)動(dòng)脈高度狹窄的患者并未出現(xiàn)腦梗死，而很多腦梗死患者的血管狹窄程度并不高。因此，對(duì)頸內(nèi)動(dòng)脈病變性質(zhì)的判斷，以及頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的組織學(xué)特點(diǎn)及成分分析成為評(píng)價(jià)頸動(dòng)脈相關(guān)的腦梗死危險(xiǎn)度的重要手段[3]。

光學(xué)相干斷層成像（optical coherence tomography，OCT）是分辨率較高的血管圖像技術(shù)，在冠狀動(dòng)脈系統(tǒng)已得到廣泛的應(yīng)用[4]。本文對(duì)OCT技術(shù)在頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為頸動(dòng)脈病變性質(zhì)的判斷提供新的思路。

1 OCT成像技術(shù)基本原理

OCT成像技術(shù)由美國(guó)麻省理工學(xué)院的Fujimoto教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，于1991年在Science上首次報(bào)道[5]。OCT采用近紅外光作為光源，對(duì)人體無(wú)害。光源發(fā)出的光線分為兩束，一束稱(chēng)為信號(hào)臂，其發(fā)射到被測(cè)物質(zhì)，如血管壁；一束稱(chēng)為參考臂，其發(fā)射到參照反光鏡上。將信號(hào)臂與參考臂反射回來(lái)的兩束光信號(hào)疊加，當(dāng)信號(hào)臂與參考臂的長(zhǎng)度一致時(shí)，就會(huì)發(fā)生干涉，從而獲得高分辨率圖像。由于組織性狀不同，從組織中反射回來(lái)的光信號(hào)顯示的強(qiáng)弱不同。信號(hào)臂的反射光與參考臂的反射光信號(hào)疊加，當(dāng)光波頂點(diǎn)一致時(shí)信號(hào)增強(qiáng)（干涉增加），當(dāng)光波頂點(diǎn)方向相反時(shí)信號(hào)減弱（干涉消減）。由于信號(hào)臂和參考臂長(zhǎng)度相同時(shí)才能產(chǎn)生干涉值，因此可以通過(guò)改變反光鏡的位置來(lái)改變參考臂的長(zhǎng)度，繼而得到不同深度的組織信號(hào)。這些光信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理便可得到組織斷層圖像[5-6]。OCT所獲取的圖像無(wú)須復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算和圖像重建。

根據(jù)成像工作原理，OCT可以分為時(shí)域OCT（time domain OCT，TD-OCT）和頻域OCT（frequency domain OCT，F(xiàn)D-OCT）[6-7]。TD-OCT是把在同一時(shí)間內(nèi)從組織中反射回來(lái)的光信號(hào)疊加、干涉，然后成像。其利用高速旋轉(zhuǎn)的齒輪反光鏡來(lái)改變參考臂的長(zhǎng)度，從而對(duì)不同深度的組織進(jìn)行掃描成像。由于TD-OCT采用的機(jī)械移動(dòng)反光鏡的方法速度有限，其對(duì)搏動(dòng)性血管的掃描速度和圖像質(zhì)量均有影響。FD-OCT的參考反光鏡固定不動(dòng)，通過(guò)改變光源光波的頻率實(shí)現(xiàn)信號(hào)的干涉。由于取消了機(jī)械移動(dòng)部件，利用電子掃描方式，F(xiàn)D-OCT的掃描成像速度大大提高，信噪比也得到改善。

2 頸動(dòng)脈系統(tǒng)OCT成像方法

由于頸動(dòng)脈位置較深，無(wú)創(chuàng)的OCT成像技術(shù)在判斷頸動(dòng)脈血管內(nèi)病變時(shí)難度較大。Vikramaditya Prabhudesai[8]在2006年應(yīng)用無(wú)創(chuàng)的OCT技術(shù)在體外對(duì)10例切除后的頸動(dòng)脈斑塊進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)和病理切片比較發(fā)現(xiàn)，在斑塊的外表面進(jìn)行OCT掃描能夠清楚識(shí)別斑塊的鈣化、膽固醇結(jié)晶、脂質(zhì)沉積等特點(diǎn)，而對(duì)內(nèi)膜情況以及纖維帽的識(shí)別不理想。

Marco Zimarino等[9]于2007年在新西蘭兔模型中，應(yīng)用體內(nèi)OCT技術(shù)對(duì)14例頸動(dòng)脈斑塊進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示體內(nèi)OCT能夠清楚識(shí)別Ⅲ型斑塊，但對(duì)早期的頸動(dòng)脈粥樣硬化的識(shí)別度有限。2010年，Shinichi Yoshimura等[10]報(bào)道了血管內(nèi)OCT技術(shù)在人體頸動(dòng)脈系統(tǒng)中的首次應(yīng)用，在這例個(gè)案報(bào)道中，研究者應(yīng)用血管內(nèi)OCT對(duì)一名83歲男性患者的右側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈血栓進(jìn)行掃描，認(rèn)為血管內(nèi)OCT在頸動(dòng)脈血栓形成的判斷以及指導(dǎo)后續(xù)治療中具有重要應(yīng)用價(jià)值。由于OCT發(fā)出的近紅外線不能透過(guò)血液，不透明的血液會(huì)對(duì)OCT的光學(xué)信號(hào)造成衰減，無(wú)法清晰顯示血管壁的結(jié)構(gòu)改變。因此，頸動(dòng)脈血管內(nèi)OCT成像的圖像質(zhì)量與血管內(nèi)血液的清除程度有著密切的關(guān)系。在這項(xiàng)研究中，為了避免血液干擾，獲取清晰圖像，采用了血管近端球囊阻斷血流的方法，該方法在一定程度上增加了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)[10]。

為了評(píng)價(jià)OCT技術(shù)在頸動(dòng)脈支架置入術(shù)（carotid artery stenting，CAS）過(guò)程中的安全性，Carlo Setacci等[11]于2012年采用非血管阻塞技術(shù)，對(duì)25例患者進(jìn)行了研究。這項(xiàng)研究使用的設(shè)備為C7XR FD-OCT系統(tǒng)（LightLab Imaging Inc.）。為了獲得清晰圖像，研究者采用血管沖洗的方法來(lái)減少血液對(duì)圖像采集的干擾。研究所用的頸動(dòng)脈沖洗方案是通過(guò)8F導(dǎo)管，將濃度為50%造影劑，以6 ml/s速度，750 psi壓力，總量為24 ml進(jìn)行高壓團(tuán)注。與之不同的是，Michael R Jones等[12]針對(duì)癥狀性頸動(dòng)脈狹窄和非癥狀性頸動(dòng)脈狹窄患者的OCT圖像進(jìn)行了對(duì)比研究。在該研究中，頸動(dòng)脈沖洗方案是采用100%造影劑，以8 ml/s速度，總量為15 ml，高壓團(tuán)注，壓力設(shè)定為200 psi；或者采用100%造影劑，總量25 ml，用30 ml注射器手動(dòng)注射，5 s內(nèi)注射完畢；也可采用肝素化生理鹽水，總量50 ml，用60 ml注射器手動(dòng)注射，5 s內(nèi)注射完成。因此，目前尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)的血管沖洗方案。

南京軍區(qū)南京總醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科研究小組在2015年報(bào)道了基于OCT觀察頸動(dòng)脈脂質(zhì)斑塊對(duì)支架貼壁情況的影響[13]。在該研究中，課題組詳細(xì)介紹了血管內(nèi)OCT在頸動(dòng)脈系統(tǒng)中的操作程序（圖1）：取頸動(dòng)脈側(cè)位造影，并經(jīng)由導(dǎo)引導(dǎo)管將微導(dǎo)絲遠(yuǎn)端置于C1段以遠(yuǎn)。根據(jù)患者血管病變情況，必要時(shí)，將腦保護(hù)裝置（傘）置于C1段遠(yuǎn)段。沖洗并連接OCT成像導(dǎo)管后，將OCT成像導(dǎo)管送入0.014 in導(dǎo)絲。OCT成像導(dǎo)管的定位取決于造影狹窄的位置。由于兩個(gè)Marker間距離20 mm，光學(xué)透鏡在近端Marker的近端約5 mm，因此要求近端Marker需過(guò)病變10 mm。為了取得良好的血液沖洗效果，使導(dǎo)管與所檢測(cè)血管的病變部位同軸，適當(dāng)使指引導(dǎo)管口接近病變近端。在確認(rèn)獲得圖像清晰有效后，撤出OCT成像導(dǎo)管；若圖像不滿(mǎn)意，重復(fù)成像，但應(yīng)注意造影劑的使用總量。術(shù)后通過(guò)Off-line Review Software，version C.0.2；St. Jude Medical對(duì)圖像進(jìn)行線下分析（圖2）。

圖1 血管內(nèi)光學(xué)相干斷層成像技術(shù)在頸動(dòng)脈系統(tǒng)中應(yīng)用流程

圖2 光學(xué)相干斷層成像的圖像分析軟件Off-line Review Software，version C.0.2；St. Jude Medical操作界面

3 OCT對(duì)頸動(dòng)脈病變的評(píng)價(jià)方法

對(duì)于動(dòng)脈粥樣硬化斑塊，OCT的圖像評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)多來(lái)源于其在冠狀動(dòng)脈中的應(yīng)用[14]。通過(guò)冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的研究發(fā)現(xiàn)，OCT對(duì)于脂質(zhì)斑塊的診斷具有較高的敏感性（90%）和特異性（92%）[15]。在OCT圖像上，脂質(zhì)斑塊多表現(xiàn)為邊界不清晰的低信號(hào)區(qū)，纖維帽表現(xiàn)為均一的高信號(hào)區(qū)。由于OCT的最小分辨率為10 μm，能夠精確地測(cè)量斑塊纖維帽的厚度。OCT可以顯現(xiàn)和量化粥樣斑塊中的巨噬細(xì)胞成分，判斷炎性細(xì)胞局限于纖維帽還是斑塊之中，并對(duì)斑塊進(jìn)行危險(xiǎn)分層，進(jìn)一步識(shí)別易損斑塊[16]。在OCT圖像上，易損斑塊組織特點(diǎn)包括大的脂質(zhì)核心、薄纖維帽（＜65 μm）以及靠近纖維帽的巨噬細(xì)胞聚集。纖維斑塊較為穩(wěn)定，表現(xiàn)為均一的高信號(hào)區(qū)?；旌闲桶邏K在OCT圖像上表現(xiàn)為不同信號(hào)區(qū)域共存，由不同均質(zhì)成分混合而成，包括脂質(zhì)成分、纖維成分、鈣化、斑塊破裂以及血栓。鈣化斑塊則表現(xiàn)為邊界清晰、均一的低信號(hào)帶，與脂質(zhì)斑塊的OCT圖像的區(qū)別是脂質(zhì)斑塊纖維帽的高信號(hào)區(qū)與脂質(zhì)核的低信號(hào)區(qū)邊界模糊不清，而鈣化斑塊的邊界較為清晰[4，8]（圖3）。

圖3 應(yīng)用血管內(nèi)光學(xué)相干斷層成像觀察到的常見(jiàn)的頸動(dòng)脈病變及頸動(dòng)脈支架置入術(shù)后表現(xiàn)

同樣，在頸動(dòng)脈系統(tǒng)中，通過(guò)OCT檢查技術(shù)，可以對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中的脂質(zhì)斑塊、纖維性斑塊、混合型斑塊和鈣化斑塊進(jìn)行分析。研究證實(shí)，OCT技術(shù)可對(duì)頸動(dòng)脈狹窄患者的血管狹窄程度進(jìn)行分析。癥狀性頸動(dòng)脈狹窄患者的復(fù)雜型斑塊發(fā)生率較非癥狀性患者高。Ⅵ型斑塊（即復(fù)雜病變，斑塊內(nèi)可見(jiàn)血腫、出血或血栓）、巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)是頸動(dòng)脈狹窄患者癥狀發(fā)生的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[12]。

此外，頸動(dòng)脈夾層也是較為多見(jiàn)的頸動(dòng)脈病變。OCT對(duì)頸動(dòng)脈夾層的診斷敏感性較高，可以發(fā)現(xiàn)血管內(nèi)的微小夾層。在OCT圖像上，夾層表現(xiàn)為內(nèi)膜出現(xiàn)不連續(xù)，可撕裂至中膜[17-18]。頸動(dòng)脈血栓形成也是導(dǎo)致頸動(dòng)脈狹窄的重要原因。斑塊破裂后可繼發(fā)血栓形成，按照血栓的組成可分為白色血栓和紅色血栓。白色血栓主要由血小板聚集體和白細(xì)胞組成，紅色血栓主要由纖維蛋白和紅細(xì)胞組成。在OCT圖像上，紅色血栓主要表現(xiàn)為向動(dòng)脈管腔內(nèi)突出的單信號(hào)高位反向散射投影，而白色血栓則被確定為低位的投影。通過(guò)信號(hào)強(qiáng)度曲線對(duì)紅白血栓的區(qū)分有著90%的敏感性和88%的特異性[10，19-20]。

4 OCT在頸動(dòng)脈支架置入過(guò)程中的應(yīng)用

在新西蘭兔模型中，在頸總動(dòng)脈支架釋放以后，應(yīng)用OCT可以獲取血管橫斷面圖像，并清晰顯示支架支撐桿[21]。和病理切片比較發(fā)現(xiàn)，支架支撐桿的識(shí)別率為93.7%。在支架置入后血管內(nèi)膜覆蓋厚度的識(shí)別上，OCT圖像測(cè)量值（0.135 mm，標(biāo)準(zhǔn)差=0.079）與病理切片測(cè)量值（0.145 mm，標(biāo)準(zhǔn)差=0.085）相似且密切相關(guān)（r=0.85，P＜0.001）。目前，在CAS過(guò)程中，可以在術(shù)前對(duì)頸動(dòng)脈病變性質(zhì)進(jìn)行評(píng)估，在術(shù)后對(duì)支架釋放情況進(jìn)行評(píng)估。頸動(dòng)脈支架置入過(guò)程中，由于受到數(shù)字減影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）二維平面成像的局限性，難以對(duì)支架的釋放情況、支架與血管內(nèi)膜之間的關(guān)系進(jìn)行直觀評(píng)估。OCT所采用的近紅外線光源，不能透過(guò)含有金屬的支架支撐桿，因此支架支撐桿在圖像上表現(xiàn)為支架內(nèi)壁反射產(chǎn)生的高亮度散亂光，支架支撐桿背面有反射陰影。OCT圖像的高分辨率使CAS后的支架貼壁不良、支架擴(kuò)張不全、內(nèi)膜組織脫垂等常見(jiàn)情況得以清晰呈現(xiàn)[11，13]。

支架貼壁不良是指支架支撐桿與血管壁之間的分離，可引起局部血流渦流，增加亞急性血栓的風(fēng)險(xiǎn)[22]。支架貼壁不良也可以延遲損傷血管的愈合過(guò)程，導(dǎo)致后期血栓形成。OCT圖像可以通過(guò)測(cè)量支架支撐桿的中間部位離血管壁的距離來(lái)判斷支架貼壁是否良好。研究認(rèn)為，根據(jù)頸動(dòng)脈支架的支撐桿的厚度，支架貼壁良好時(shí)，支撐桿與管壁之間的距離為10～200 μm；支架貼壁不良時(shí)，支撐桿與管壁之間的距離＞200 μm；支架內(nèi)陷時(shí)，支架支撐桿的整個(gè)厚度陷入血管內(nèi)膜，支撐桿與管壁之間的距離＜10 μm[11，13]。

支架擴(kuò)張情況可以有不同表現(xiàn)類(lèi)型，主要包括充分?jǐn)U張、不完全擴(kuò)張、不對(duì)稱(chēng)擴(kuò)張或過(guò)度擴(kuò)張。支架擴(kuò)張不全常常發(fā)生在血管有纖維鈣化斑塊或鈣化斑塊區(qū)域。在OCT圖像分析過(guò)程中，通常將支架支撐桿之間的距離＞200%時(shí)定義為支架分布不規(guī)則，支架不對(duì)稱(chēng)擴(kuò)張[11]。在CAS過(guò)程中，常見(jiàn)的與支架有關(guān)的血管損傷主要有組織脫垂纖維帽或內(nèi)膜損傷。組織脫垂為組織突入至支架間隙，進(jìn)入血管腔內(nèi)或與相鄰支架支撐桿連接。當(dāng)斑塊表面的內(nèi)膜連續(xù)性遭到破壞時(shí)，可認(rèn)為出現(xiàn)纖維帽破損[23]。

在CAS過(guò)程中，OCT可以識(shí)別術(shù)后的支架內(nèi)急性血栓形成[24]（圖3）。在CAS的術(shù)后隨訪中，OCT檢查可以進(jìn)一步評(píng)價(jià)CAS術(shù)后內(nèi)膜覆蓋情況。如果支架支撐桿表面內(nèi)膜增殖少，OCT可以見(jiàn)到支架支撐桿表面有一薄層的內(nèi)膜覆蓋。如果支架支撐桿表面內(nèi)膜增殖明顯，所覆蓋的內(nèi)膜組織大多表現(xiàn)為均勻光亮的組織（圖3）。

5 前景與展望

目前，血管內(nèi)OCT技術(shù)的應(yīng)用多在腦血管介入診療的過(guò)程中同時(shí)開(kāi)展。隨著OCT技術(shù)的不斷提高，其獲取的圖像越來(lái)越清晰，能夠獲得的病變信息越來(lái)越多。雖然血管內(nèi)OCT檢查對(duì)術(shù)者有一定的操作技能要求，但其操作步驟和其他血管內(nèi)治療技術(shù)相比并不復(fù)雜，也不會(huì)增加過(guò)多的操作時(shí)間。OCT可在介入手術(shù)中輕松并入，術(shù)者無(wú)須接受較多的附加培訓(xùn)。這使得OCT技術(shù)在頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)的應(yīng)用有著廣闊的前景。

在頸動(dòng)脈血運(yùn)重建內(nèi)膜剝脫術(shù)對(duì)比支架置入術(shù)的隨機(jī)臨床試驗(yàn)（Carotid Revascularization Endarterectomy versus Stenting Trial，CREST）研究中，頸動(dòng)脈病變性質(zhì)的評(píng)估主要依賴(lài)血管造影圖像，能夠獲得病變信息較為有限，不能對(duì)斑塊或其他病變的性質(zhì)進(jìn)一步評(píng)估判斷[25]。在今后的臨床研究中，通過(guò)OCT技術(shù)可以在CAS術(shù)前對(duì)患者的病變情況詳細(xì)評(píng)估，預(yù)測(cè)支架釋放后對(duì)病變的影響，選擇出更適合行CAS的患者，從而降低CAS手術(shù)并發(fā)癥。不同的病變特征與不同類(lèi)型頸動(dòng)脈支架之間的關(guān)系會(huì)有所區(qū)別，例如，對(duì)于脂質(zhì)斑塊而言，閉環(huán)支架導(dǎo)致的斑塊脫垂的可能性會(huì)相對(duì)較小。而CAS后血管結(jié)構(gòu)的變化與患者的臨床預(yù)后的關(guān)系尚不清楚，因此在今后可以基于OCT技術(shù)，設(shè)計(jì)臨床試驗(yàn)，進(jìn)一步探討CAS后血管結(jié)構(gòu)的變化與患者臨床預(yù)后之間的關(guān)系。CAS術(shù)后內(nèi)膜過(guò)度增厚是頸動(dòng)脈支架后血管再狹窄的常見(jiàn)原因，OCT可以在術(shù)后復(fù)查中對(duì)支架內(nèi)再狹窄患者的內(nèi)膜厚度進(jìn)行精確測(cè)量，結(jié)合患者的臨床特征，對(duì)支架內(nèi)再狹窄的病理機(jī)制和預(yù)防治療進(jìn)行探討。隨著支架工藝的升級(jí)，會(huì)有一些新型頸動(dòng)脈支架不斷上市。通過(guò)OCT技術(shù)可以在研發(fā)階段，對(duì)新型支架在血管內(nèi)的細(xì)節(jié)表現(xiàn)進(jìn)行觀察記錄，為后期臨床試驗(yàn)積累資料。此外，對(duì)于血管炎等頸動(dòng)脈病變，應(yīng)用OCT技術(shù)可以獲得更多的病變信息，并能指導(dǎo)臨床治療。

目前血管內(nèi)OCT技術(shù)在頸動(dòng)脈系統(tǒng)中的應(yīng)用還有一些不足，主要包括：成像導(dǎo)管較為昂貴，不能在臨床廣泛推廣；成像效果對(duì)血管要求較高，對(duì)于頸動(dòng)脈較粗的患者，血液沖洗不夠充分，成像范圍有限，圖像質(zhì)量較差；掃描范圍較為有限，目前僅能在頸動(dòng)脈起始部約5 cm的范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，較長(zhǎng)病變的圖像不能完全獲取。但OCT技術(shù)本身也在不斷發(fā)展，圖像掃描速度和成像質(zhì)量都會(huì)進(jìn)一步提高。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，新型的FD-OCT可以獲得100 000～200 000 axial scans/s的掃描速度[26]。今后的血管內(nèi)OCT可以每秒獲得200幀圖像，這可以縮短操作時(shí)間，掃描更長(zhǎng)的病變，獲得更多的圖像信息。此外，應(yīng)用后期圖像處理軟件，可以基于OCT軸位圖像重建3D圖像，更加充分地展示血管內(nèi)病變結(jié)構(gòu)，并通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算，獲取腦血管血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)[27]。此外，可以依據(jù)大量的圖像特征，借助人工智能技術(shù)，對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊性質(zhì)以及其他常見(jiàn)頸動(dòng)脈病變進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，輔助臨床診斷。

綜上，血管內(nèi)OCT技術(shù)可以在頸動(dòng)脈系統(tǒng)中得以應(yīng)用。通過(guò)OCT技術(shù)可以獲取高分辨率圖像，繼而對(duì)頸動(dòng)脈病變進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估。在頸動(dòng)脈支架置入過(guò)程中應(yīng)用OCT技術(shù)可以對(duì)支架的釋放情況和釋放后的血管結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行評(píng)估。隨著OCT技術(shù)的發(fā)展，其在頸動(dòng)脈系統(tǒng)中的應(yīng)用有著較為廣闊的前景。

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