血管内超声和光学相干断层成像在冠状动脉介入治疗中的应用对比

钟玥 饶莉

血管内超声（IVUS）和光学相干断层成像（optical coherence tomography，OCT）作为成熟的冠状动脉血管内成像技术，已成为冠状动脉造影的重要补充手段。IVUS的优势在于透射深度大，在管腔结构之外可获取血管壁结构；而OCT 则空间分辨率高，与组织学结果高度相关。随着无需球囊阻断血流的频域光学相干断层成像（FD-OCT）的不断推广，OCT 临床实用性增强。本文就最新研究进展中IVUS 与FD-OCT 的成像方式、对病变血管的评估效用及对介入治疗的指引作用进行对比，以探讨冠状动脉介入治疗影像学未来的发展方向。

一、IVUS 与OCT 成像方法学的对比及新进展

IVUS 是以导管介入为基础、以声波作为成像介质的冠状动脉内成像技术，已投入临床应用近三十年。因超声波具有良好的穿透力，在无须阻断血流的情况下，IVUS的透射深度最高可达8 mm，能清晰反映血管壁的内膜、中膜和外膜[1]。目前可用的探头频率为20 ～45 MHz。高频IVUS 在增加轴向分辨率的同时，来自血液的反射波增多，血液与血管内膜的对比度下降。总体来看，IVUS 的轴向分辨率仅为100 ～200 μm[1]，为其最大的缺陷。传统的灰阶IVUS 图像不能区分斑块不同成分的异质性，因而，各种图像后处理技术应运而生，目前投入临床使用的有虚拟组织学血管内超声（virtual histology，VH-IVUS）[2]、整合背向散射血管内超声（integrated backscatter， IB-IVUS）[3]和iMAP-IVUS[4]系统。以上三种分析方法均利用了反向散射的超声射频信号，通过运算处理不同组织的不同回声频率，对斑块的组织成分进行模拟成像和定量分析。但不透光的钙化成分会遮挡回声，导致对钙化成分后方区域识别困难；同时由于数学模型中缺少血栓的算法，导致以上技术皆不能识别血栓。

OCT 作为近十年来新兴的血管内成像技术，亦通过导管介入后以近红外线作为光源，利用光波的干涉法则进行成像，经过重建从而显示组织图像[5]。光波的频率范围远高于声波，故OCT 的分辨率约为IVUS 的10 倍，轴向分辨率可达4 ～10μm。OCT 成像探头直径为0.014 in（1 in=2.54 cm），仅为IVUS 成像探头直径的一半，可避免探头对血管的阻塞，较之IVUS，更易对一些狭窄严重的病变进行成像[6]。而新一代的FD-OCT 成像系统应用频率范围更大的红外线，通过改变光源频率，可得到更高的成像速度；由于其不需要完全阻断冠状动脉血流，还可以降低既往使用OCT 时球囊阻断血流造成缺血事件的发生率。虽然显示开口病变仍有一定的难度，但其可用于左主干病变[7]。这一进展使得OCT 实时指引冠状动脉介入治疗手术的操作成为可能。但由于血液及管壁对光波的衰减作用，FD-OCT 的透射深度最大仅为2 mm，使其不能完整评估血管壁的病变情况[6]。此外，FD-OCT 仍需使用对比剂冲刷血管，以排除红细胞对成像的干扰，增加了患者肾功能损害的风险。最近有研究显示，在FD-OCT 操作中使用低分子右旋糖酐冲刷血管，其成像质量并不逊于使用对比剂[8]。

二、IVUS 与OCT 对病变血管的评估效用对比

1.评估易损斑块

与冠状动脉造影相比，IVUS 与OCT 均提供了更加微观的病变血管形态学信息，可以于活体内探测冠状动脉粥样硬化斑块的成分，如纤维、脂质、钙化等[4,9]。易损斑块破裂是急性冠状动脉综合征的诱因之一，而易损斑块中的一大类型为薄帽纤维粥样斑块（thin cap fi bro atheroma，TCFA）。TCFA 在病理学上被定义为纤维帽厚度＜65 μm且有坏死脂质核心的斑块[10]。OCT 以高达10 μm 的空间分辨率，可准确检测TCFA 甚至其周围炎性细胞的浸润[9,11]。Uemura 等[12]使用OCT 对69 例冠状动脉造影无显著意义的斑块追踪观察7 个月发现，TCFA（OR 20.0，P＜0.01）与斑块微通道（OR 20.0，P＜0.01）是斑块进展的预测因素。而IVUS 受分辨率的限制，不能从纤维帽厚度上准确区分TCFA；但随着IVUS 图像后处理技术的应用，使得IVUS 图像定量分析成为可能，赋予了IVUS 识别TCFA 的能力。Miyamoto 等[13]使用IB-IVUS 系统与OCT 对比观察TCFA，发现IVUS 图像下的脂质池面积＞55%、纤维区域＜41%以及血管重构指数＞1 亦是判断TCFA 的良好指标。IVUS 的优势在于透射深度大，能够以整个血管壁为背景评估病变及其与周围环境的关系，由此衍生出IVUS特有的观测指标：血管重构指数和斑块负荷[2]。血管重构指数是指病变处外弹力膜面积和参考血管外弹力膜面积之比值。斑块负荷以粥样斑块的面积与同一截面上外弹力膜面积之比值来表示，而斑块面积默认为外弹力膜面积减去管腔面积。PROSPECT 试验旨在研究IVUS 图像对急性冠状动脉综合征的预测能力[14]，对697 例急性冠状动脉综合征患者首次治疗后长达3 年的前瞻性随访发现，非罪犯病变处斑块负荷≥70%更易导致急性冠状动脉综合征的复发（HR 5.03，95%CI 2.51 ～10.11，P＜0.001）。虽然目前对未引起血流动力学改变的易损斑块施行介入干预是不合理的[15]，但IVUS 与OCT 所提供的斑块信息丰富了研究者对冠状动脉粥样硬化自然病程的认知，为预后研究提供了清晰可靠的依据。

2.评估管腔狭窄程度

IVUS 与OCT 可协助判断在冠状动脉造影中处于临界状态的病变是否需要行介入治疗。冠状动脉临界病变定义为冠状动脉造影术所发现的管腔直径狭窄程度40%～70%的病变。是否对临界病变进行介入干预，取决于狭窄所带来的血流动力学损害严重程度。血流储备分数（FFR）是评价血流动力学损害的生理学金标准。Gonzalo 等[16]将IVUS 和OCT 测得的最小管腔面积与FFR 相比较，发现二者的特异性均不高（IVUS 65%，OCT 63%），但对直径≤3 mm的管腔测量OCT 较IVUS 有优势（AUC：0.77 比0.63）。此结果说明，在目前技术条件下影像学指标不能完全代替生理学指标，除管腔面积以外，病变长度、斑块负荷、参考血管管径、病变处心肌细胞活性都会影响血流动力学参数[17]。故对于非左主干的临界病变，若IVUS 测得的最小管腔面积≥4.0 mm2，可不考虑行介入治疗；反之，则应行FFR检测或结合面积狭窄率、斑块负荷、病变长度等指标综合考虑[15]。目前对于OCT 尚无公认的狭窄测量界值。

鉴于IVUS 已有丰富的研究数据为基础制定各种测量值的临界指标，OCT 作为一项新兴技术，管腔测量值与IVUS 的差异一直备受关注。因早期的时域光学相干断层成像（TD-OCT）需要球囊阻断血流，改变了管腔灌注压，干扰了与成像时无须阻断血流的IVUS 的比较。而FDOCT 无需球囊阻断血流，扫描过程中对管腔压力的改变较小，使其与IVUS 测量结果比较的干扰因素更小。OPUSCLASS 研究[18]在5 个中心的100 例患者与5 个已知参数的仿真模具中对比了IVUS 与FD-OCT 对病变血管评估的可靠性，结果显示，二者的相关性良好（r=0.95，P＜0.001），但OCT 评估模具的管腔面积最接近已知参数，而IVUS测量的最小管腔面积大于OCT［（3.68±2.06）mm2比（3.27±2.22）mm2，P＜0.001］，该差异在越小的管腔及未进行支架置入的节段越显著。这种差异性进一步说明，在使用IVUS 及OCT 指导冠状动脉介入治疗的过程中，需针对二者制定不同的参考标准。尽管该试验证实了在能达到的透射范围内，OCT 测量的准确性高于IVUS，但这一优势能否在指导冠状动脉介入治疗中进一步改善患者预后尚有待大样本随机对照试验的证实。

三、IVUS 与OCT 实时指引支架置入术的应用对比

随着成像速度的提高，IVUS 与OCT 均可用于指导冠状动脉介入治疗；通过对病变血管及临近参考血管的形态学观察估测支架尺寸和球囊扩张压力，选择可完全覆盖病变的支架置入位点；支架置入后计算最小支架内面积，观察是否存在支架膨胀不全、支架边缘夹层、支架内组织脱垂、支架贴壁不良，从而评估是否需球囊后扩张或追加支架置入等早期干预，以优化支架置入，获得最佳临床结果。FD-OCT 的分辨率为IVUS 的10 倍，对血管内膜清晰的显示便于软件系统进行精准的自动测算[19]，与IVUS 繁琐的计算过程相比，操作者能更迅速提取信息以决定操作步骤。但OCT 透射深度低，不能扫描血管外弹力膜面积，指导手术时需依靠病变近端的参考血管以估算扩张目标，曾有观点认为，此缺陷可能使支架尺寸及扩张压力的选择均偏小，导致术后支架内面积较小。最近，Bezerra 等[20]在227 组配对图像中比较TD-OCT、FD-OCT 和IVUS 后发现，FDOCT 与IVUS 测量的参考血管尺寸差异无统计学意义，介入术后即刻支架内最小管腔面积也无差异，而术后随访中OCT 观察到支架内面积较小，可能与OCT 在测量管腔面积时能准确区分新生内膜有关。但OCT 在指引支架置入术时不能计算血管重构指数及斑块负荷，这可能导致支架放置位点不能较好地覆盖狭窄管腔。Habara 等[21]将70 例冠状动脉造影已发现病灶的稳定或不稳定型心绞痛患者随机分为两组，对比IVUS 与OCT 对冠状动脉介入术的指导作用，发现术后OCT 组支架近端的斑块负荷大于IVUS 组［（44.2±11.6）%比（36.5±8.6）%，P=0.02］。Imola 等[22]进行的一项回顾性配对研究对比了15 例支架术后心肌梗死患者与15 例术后无心肌梗死患者的OCT 图像，发现术后心肌梗死患者支架边缘未完全覆盖脂质池的出现率远高于对照组（66% 比13%，P=0.009），提示支架置入时不能完全覆盖脂质池可能增加术后再发心肌梗死的风险。事实上，稳定的狭窄病变与血栓形成风险高的不稳定斑块各有其形态学特点，IVUS 能够结合斑块负荷等指数较好地评估狭窄程度，而OCT 的高分辨率适用于探测与急性冠状动脉综合征相关的不稳定因素，IVUS 与OCT 对介入手术指导的优势应根据不同类型的病变而论。

血管内成像技术的使用对介入治疗后临床结果有无改善，一直是研究者关注的重点。一项对7 个随机临床试验的Meta 分析[23]结果显示，与单独使用冠状动脉造影相比，IVUS 指引的裸金属支架置入减少了再狭窄和靶病变再血管化的发生率，但对死亡率及心肌梗死发生率无影响。而IVUS 指引下的药物洗脱支架置入，对术后再狭窄的发生率无影响，但降低了术后支架内血栓的发生率[24]。一项综合了1 个随机临床试验与10 个观察性研究的Meta 分析[25]显示，使用IVUS 指引药物洗脱支架置入术后死亡率与单独使用冠状动脉造影相比有所下降（HR 0.59，95%CI 0.48 ～0.73，P＜0.001），其原因可能与IVUS 减少了支架内血栓的形成有关。而FD-OCT 因投入临床使用的时间较短，相关临床结果的研究报道较少。Prati 等[26]对700 例患者进行配对观察研究后发现，在335 例使用冠状动脉造影联合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应用了球囊后扩张，以纠正支架贴壁不良、膨胀不全及残余血栓，使12.4%已置入支架的血管进行了再次支架置入以纠正支架边缘夹层及残余管腔狭窄；与单独使用冠状动脉造影相比，OCT 指导的药物洗脱支架置入降低了术后一年内的死亡率及心肌梗死发生率（OR 0.49，95%CI 0.25 ～0.96，P=0.037）。但由于缺乏IVUS 与OCT 在大规模人群中的直接对比研究，目前尚不能回答在冠状动脉支架介入术中何者能带来最优的临床结果。

综上所述，IVUS 与OCT 在冠状动脉内成像中各有优势，未来的发展必然会趋向于相互补充。已有导丝可融合IVUS 与OCT 探头，结合二者的优势于体外完成IVUS 与OCT 的共面同时成像[27]，不久的将来有望应用于活体。而冠状动脉内成像发展的目标在于完成形态学与生理学统一，即影像信息能同时描绘病变的形态特征和生理功能。无论是通过将IVUS、OCT 及FFR 融合于同一导丝，或是通过不断提高成像技术的分辨率，以实现从细胞层面评估病变处心肌功能及检测细胞与周围环境的相互作用，未来冠状动脉内血管成像必将会呈现出一个全新的世界。

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