冠状动脉内光学相干断层扫描(optical coherence tomography,OCT)是目前在临床应用中最高分辨率的血管内成像技术。最近,三维频域光学相干断层扫描(3D frequency-domain OCT,3D FD-OCT)在经皮冠状动脉介入治疗(percutaneous coronary intervention,PCI)中的临床应用研究不断增多,3D FD-OCT技术因其优秀的分辨率为临床医生显示冠状动脉内腔结构提供了可能。但是,当前3D FD-OCT指导PCI方面正处于探索过程中,其临床应用前景尚未完全明朗。
分辨率对支架表面内皮覆盖和再狭窄评价的影响
传统的金属裸支架(BMS)内膜增生覆盖厚度>500 μm或更高,药物洗脱支架抑制内膜增殖和延迟内皮化,一般内膜增殖厚度小于100 μm,2D FD-OCT可以清楚地显示DES后内膜覆盖情况。但如果支架表面仅有数层内皮细胞覆盖,目前的2D FD-OCT的分辨率尚无法识别数层内皮细胞,因此,支架表面没有内膜覆盖并不完全意味着支架表面没有内皮细胞覆盖。由于2D FD-OCT经过三维重建后图像的分辨率下降,因此,3D FD-OCT用于评价DES后内膜覆盖程度价值不大。
另外,DES后仍存在再狭窄,而其发病机制还不清楚。2D FD-OCT不仅可以评价增殖内膜的分布和范围,而且可发现再狭窄组织的形态学变化。临床研究认为,支架再狭窄部位可以发生新的动脉粥样硬化斑块形成。支架内增殖的组织随时间变迁可发展成为新的动脉粥样硬化斑块。OCT研究报告提示,支架后新的动脉粥样硬化斑块可能是支架血栓和再狭窄的重要机制。同样可能因分辨率下降使3D FD-OCT在用于评价支架后再狭窄方面价值有限。
3D-OCT处于“离线实时三维重建”,尚无法实现“在线实时三维重建”。未来的研究重点是期待突破3D FD-OCT技术“一键启动”的瓶颈,实现3D FD-OCT技术从工厂走向临床实践,通过不断提高金属小梁自动检测能力、通过专用的定量分析软件提高三维重建后的分辨率。
本刊评论:经纬明晰方向 空间拓展效能
目前,OCT成像技术经过近10年的发展,临床应用日趋成熟。最近,3D FD-OCT开始在临床应用,3D FD-OCT技术因其优秀的分辨率及成像速度将会更加准确地显示血管内腔的微细结构改变,从而可以对冠心病介入治疗方法进行评价和指导,进一步提高冠心病的防治水平。
3D FD-OCT技术日臻成熟
OCT利用弱相干光干涉仪的基本原理,检测生物组织不同深度层面对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号,通过扫描,可得到生物组织二维或三维结构图像。早期的时域OCT (TD-OCT),是把从同一时间从组织中反射回来的光信号与机械旋转的参照反光镜反射回来的光信号叠加、干涉,然后成像的,成像速度1~2mm/s。由于光不透过红细胞,因此,在TD-OCT进行成像时需要对血管内血液进行处理,操作相对比较复杂,临床大规模应用受到限制。频域OCT(FD-OCT)成像时可以通过指引导管内注射造影剂(<15 ml,3~4 ml/s),一次成像可以达50 mm。因此,在进行OCT成像时不需要阻断血流,OCT成像更简单、快速而安全,也使得FD-OCT 在PCI中的应用日益增多。
FD-OCT的特点是参考臂的参照反光镜固定不动,通过改变光源光波的频率来实现信号的干涉。FD-OCT分为两种:(1)激光扫描OCT(SS-OCT),这种OCT利用波长可变的激光光源发射不同波长的光波;(2)光谱OCT(SD-OCT),它利用高解像度的分光光度仪来分离不同波长的光波。新一代FD-OCT最大的优势是更高速度的扫描,每秒钟的扫描帧数为100帧,回撤速度大20mm/s,因此只需注射一次造影剂就可完成冠状动脉血管的成像,彻底摈弃了球囊阻断血流的方法,大大提高了操作的安全性。FD-OCT在扫描速度提高的同事图像的分辨率也得到了提高,更清楚的看到病变的微细结构特征。
最近,3D FD-OCT开始在临床应用,技术上采用频率可变的光源外加固定的反光镜,使得成像速度大大加速,技术允许25mm/s的镜头回拉速度,避免了要求较近的血管狭窄。3D FD-OCT三维重建后的图像类似内窥镜或血管镜成像,获得的图像结果是动态视频的“飞图”。这个动态视频可以从血管内观察血管近端到血管远端结构改变,也可以观察血管远端到血管近端结构改变。同时还可以获得从血管外面观察血管纵切面视图。3D FD-OCT进一步拓宽了OCT检查的适应症,左主干病变、开口病变等均可获得满意的图像。
易损斑块识别与支架置入
3D FD-OCT的高分辨率可以准确测量置入不同类型药物洗脱支架后内膜增殖程度(NIH),可以用于测量反映支架内再狭窄(ISA)特征的体积参数,如绝对ISA体积、修正ISA体积和最大ISA面积等,也可以测量每个支架丝与血管壁最大距离,这种支架贴壁不良可以用于预测未来支架内膜增殖情况。不过,未来需要进一步研究阐明长期的临床随访中合理的NIH和ISA取值范围,以改善远期预后。
目前,有多个药物洗脱支架后随机临床试验均采用OCT作为评价工具。目前研究报告所入选患者仅有数百例,对于评价事件发生率较低的支架血栓而言,显然数量不足,也不能真正反映现实中的真实情况。有研究显示,裸金属支架后早期再狭窄组织特征主要表现为均质性内膜增生,与此相反,裸金属支架后晚期再狭窄组织特征表现为富含脂质的增殖内膜、内膜破裂和血栓形成。随后在药物洗脱支架后再狭窄组织特征中也发现类似结果。OCT可以发现支架内增殖内膜特征,如内膜破裂和TCFA。
利用3D FD-OCT的高分辨率可以用于长期随访生物可降解支架的降解过程。已证明 3D FD-OCT在评价支架和血管壁之间的形态学改变方面特别有用。3D FD-OCT用于评价生物可降解支架的研究尚在进行中,随着在临床应用的日益普及,相信不久的未来会有大量的研究结果问世。
易损斑块在ACS的发病及进展过程中起到非常重要的作用。3D FD-OCT可以在生物体内实时检测出易损斑块,有助于临床医生准确地掌握冠状动脉疾患的病情和提出恰当的治疗方案。3D FD-OCT可以精确显示粥样硬化斑块的微结构特征,同时能显示管壁结构和管腔形态,可以识别薄的纤维帽,从而识别易损斑块、检测到斑块破裂、纤维帽破裂和冠状动脉血管内血栓等。
与其他影像学技术的比较
现有资料表明,在PCI术前和术后,3D FD-OCT表现出与IVUS类似的高安全性,较IVUS在左主干显像中有更高的精确性。3D FD-OCT可以提供比IVUS更加准确测量药物洗脱支架后增殖内膜的面积和体积,尤其是在评价药物洗脱支架后早期薄层的内膜增殖特别有用,在定量分析管腔形态与IVUS比较没有差异。
3D FD-OCT之前的其他类似侵入性冠状动脉血管三维成像技术应用于临床,包括CAG的分辨率100~200mm、计算机断层扫描的分辨率300~500mm、IVUS的分辨率100~150mm和冠状动脉内窥镜的分辨率200mm。与这些血管三维成像技术相比,3D FD-OCT技术因其优秀的分辨率能让医生清晰地看到血管内腔的微细结构改变。
CAG是目前诊断冠心病最常用的影像学手段和“金标准”,该项技术也有它的局限性。IVUS和3D FD-OCT等冠状动脉内成像评价技术填补了CAG在诊断和介入治疗中的不足,可以更好地指导介入医生做出正确策略并提高疗效。
总之,3D FD-OCT技术综合利用了光学技术、半导体激光技术、光学纤维传导技术和计算机图像处理技术等实现了准确、快速三维成像,技术已经日臻成熟。3D FD-OCT可以提供近于组织学检查的超高分辨率图像,是早期发现不稳定斑块和破裂斑块的最佳技术,能够提供冠状动脉病变的解剖、形态学的信息。3D FD-OCT采用专用的OCT高速成像导管,无需阻断血流,通过直接注射造影剂即可完成成像,操作简单方便且安全,相信这一技术将会更加广泛应用于冠心病的诊断和治疗,使冠心病诊治水平得到更大提高。