血管内成像技术在法医学尸体检验中的应用

李洋，魏智彬，丁雨菡，易旭夫

（四川大学华西基础医学与法医学院，四川 成都 610041）

20世纪八九十年代，以血管内超声（intravascular ultrasound，IVUS）和光学相干断层成像（optical coherence tomography，OCT）为代表的血管内成像技术开始应用于临床[1-2]。其在探讨动脉粥样硬化疾病的发病机制、经皮冠状动脉介入（percutaneous coronary intervention，PCI）术前血管评估、术中支架置入指导和术后再狭窄预测方面发挥着重要作用[3]。法医学尸体检验中，涉及血管病变或损伤的案例多见，血管内成像技术可以在微创尸体检验基础上提供与组织病理学分辨率相近的声（光）学图像。通过对冠状动脉病变内部特征评估和存在解剖困难的血管损伤或病变明确性质，血管内成像技术在血管相关猝死案例中复杂死因和伤病关系分析方面优势明显，是对传统尸体检验和新兴虚拟解剖的良好补充。

1 IVUS和OCT技术的特点

IVUS以其良好的组织穿透力，在不阻断血流的前提下，穿透深度最高可达8mm，能清晰反映血管壁全层结构[1]。但目前IVUS可用探头频率为20～40MHz，透视深度 4～8 mm 的轴向分辨率仅为 100～200 μm[4]。虽然各种图像后处理技术通过运算处理不同组织的不同回声频率已达到对斑块的组织成分进行模拟成像和定量分析，但部分钙化斑块对回声遮挡，成像中所形成的伪像、导管直径的大小、数学模型中缺少血栓的算法等对其实际临床应用产生一定限制[5]。OCT作为近十年来新兴的血管内成像技术，主要分为时域OCT和频域OCT两大类。时域OCT通过光学延迟线的快速变化来实现纵向深度扫描（即A扫描），其成像速度受到一定限制；频域OCT，即光学频域成像（optical frequency domain imaging，OFDI），则是通过测量干涉信号的光谱并对其进行快速傅里叶变换来获得纵向深度信息，兼具快速成像能力和OFDI系统简单化和平衡探测优势[6-7]。OFDI轴向分辨率约为IVUS的 10 倍，可达 4～10 μm，其探头直径 0.014 in（1 in=2.54cm），仅为IVUS成像探头一半，对一些管腔细小的血管分支和狭窄严重的病变操作更具可行性[8]。虽然OFDI无需球囊完全阻断冠脉血流且可以获得更高的成像速度，但血液及管壁对光波的衰减作用，使其最大透射深度仅为2 mm，不能完整评估血管壁的病变情况[8]。OCT当前在我国主要应用于对冠状动脉介入术前病变评估、介入术中支架贴壁情况评价、介入术后内膜覆盖完整性和支架内再狭窄及程度随访等[9]。哈尔滨医科大学附属第二医院、中国人民解放军总医院、阜外医院、上海市东方医院等多家医院的临床研究团队在OCT临床应用方面进行了大量探索，肯定了OCT高分辨率图像在评估易损斑块以及指导支架选择、置入的重要临床意义[10]。涂圣贤等[10]报道，计划融合血管内OCT成像与血流储备分数计算的方法，将高精度影像解剖特征与生理功能相融合同时提供高精度的斑块组织学与血流动力学信息，有望构建应用于介入导管室优化冠心病诊疗的一站式评估系统。

目前，已出现两种血管内成像相结合的应用模式，将OCT分辨率高、组织相关性好的优势与IVUS穿透性高、成像范围广的优势相结合，对冠状动脉血管的评价提供更全面准确的信息[11]。IVUS和OCT临床应用的大量可行性数据已在前期源于尸体的评估中证实。实际上，将IVUS和OCT相结合应用于法医学尸体检验中，可以最大程度地发挥其微创尸体检验和特有“声学活检”“光学活检”优势，在保留血管完整性的基础上全面评估冠状动脉病变及内部特征、明确存在解剖困难的血管损伤或病变性质，为法医学中血管相关猝死案例的复杂死因和伤病关系分析提供更加全面、直观的可视化证据。

2 传统尸体检验中冠状动脉检查面临的问题

冠状动脉疾病（coronary artery disease，CAD）是目前全球的头号死因和非可疑猝死的最常见原因，准确评估CAD的病变范围和严重性至关重要[12-13]。然而，在传统法医学尸体检验中，针对冠状动脉的大体检查主要包括管状动脉开口和血管本身。通过对开口的检查，明确开口位置相对于瓣膜的高度、开口是否存在缺如、开口大小以及开口周围情况等。通过对血管本身的检查，明确左、右冠状动脉及主要分支的分布类型、是否已行冠状动脉手术（如冠状动脉搭桥或支架手术）、管腔是否存在狭窄（包括病变的性质、狭窄的部位和程度）等。

CAD的死后诊断主要通过直接观察横断面来确定主要心外膜动脉狭窄的严重程度，是一种基于概率的方法[14]。虽然该方法有利于主干冠状动脉狭窄程度观察，但其针对主干起始段、终末段以及其他重要分支（如窦房结支、房室结支）可操作性差，存在漏诊风险[15]。传统冠状动脉检查局限于病变血管狭窄程度的观察，忽略病变血管狭窄长度的测量，而对已行支架置入术的冠状动脉，由于支架的阻挡，冠状动脉横切检查也将丧失可行性[16]。在活体，扩张的冠状动脉横断面几乎是圆形的，死后由于血液循环停止，冠状动脉壁丧失原有血流和血压支持，管腔可能会出现一定程度塌陷，而减压对正常和异常冠状动脉解剖结构的不同作用将加剧管腔狭窄视觉评估的局限性[14]。此外，间断横切是一种一次性、破坏性的检查方法，而局部的切割、挤压作用也可能造成病变区部分结构和特征信息丢失。

常规尸体冠状动脉检查由于受取材方法、取材部位、操作者经验等影响较大，对于冠状动脉无明显狭窄或仅存在轻微病变的冠心病猝死者，斑块性质（是否为易损斑块）和继发病变（如斑块内出血、斑块破裂、血栓形成、钙化、动脉瘤或夹层形成等）的鉴别能力十分有限。传统光学显微镜检查由于受冠状动脉取材部位、操作经验、后期固定以及制片（如脱钙、包埋等）等多个环节影响，实践中经常无法得到更加全面和细微、可以反映冠状动脉病变内部特征或继发改变的组织病理学材料。仅对肉眼可见且病变较严重的有限冠状动脉横断面进行切片观察，无法获取冠状动脉病变涉及的纵向范围特征信息，也无法对冠状动脉病变严重性形成客观统一量化标准，这些是全球法医学家和基层法医病理学工作者无法回避的挑战。

3 IVUS和OCT在法医学尸体检验中的应用

3.1 优化死后CAD检查评估体系

相关文献[17]报道，动脉粥样硬化斑块自发性破裂继发血栓形成是急性冠状动脉事件和猝死最常见的潜在原因。薄帽纤维粥样斑块（thin cap fibro atheroma，TCFA）作为存在自发破裂高风险的易损斑块的一种，在病理学上以“纤维帽厚度＜65μm，且伴有坏死脂质核心和纤维帽附近或内部活化巨噬细胞”为特征[18-19]，是约80%心脏性猝死患者的罪魁祸首[19]。对此，我们必须尽可能转变传统尸体冠状动脉“粗放式”检查操作，克服对易损斑块和继发病变的重视不足，进一步优化死后CAD评估体系。传统挑战带来了死后CT冠状动脉造影（postmortem CT coronary angiography，PMCTA）的效用研究。然而，与组织病理学相比，其可实现的空间分辨率和对血管壁自身成像的能力都是有限的[20]。随着IVUS图像后处理技术和OFDI的成功临床应用，CAD在组织病理学检查方面被微创虚拟解剖替代已成为可能。MAUROVICH-HORVAT等[21]从三个存在CAD的供体心脏获得9条冠状动脉制成379块组织切片，分别利用PMCTA、IVUS和OFDI对体外标本冠状动脉斑块特征进行不同模式下的比较研究，发现OFDI在明确斑块成分和病变分级上（如OFDI中纤维斑块与早期病变相关、富含脂质的斑块与晚期病变相关）呈现出与组织病理学检查最强的相关性，而其对TCFA检测的灵敏度和特异性已分别达100%和81%，观察者之间也呈现出良好的一致性。可以预见，对于大多数冠状动脉无明显狭窄或仅存轻微病变的猝死尸体的死亡原因确定，OFDI等新型OCT成像技术因其兼具微创性、可重复性和高组织相关性等优势，在全面、准确评估斑块成分、斑块性质和继发病变方面，较之传统组织病理学检查具有更明显的优势和广阔的应用前景。2013年，ADLAM等[20]将冠状动脉OCT应用于法医学尸体检验，通过介入的方法实现右冠状动脉可视化，将OCT成像导管通过导丝引入右冠状动脉远端，以10mm/s（541帧，54mm/回）的速度拉回，获得了清晰的尸体右冠状动脉全长纵断面、横断面和三维重建图像。逐帧评估证实右冠状动脉没有显著的动脉粥样硬化及管腔狭窄证据，这同样得到了大体病理学、组织病理学和OCT的比较图像，首次证明了OCT在原位冠状动脉上提供与组织病理学分辨率相近的冠状动脉组织结构图像的可行性。然而，此研究中OCT记录的血管直径约为2mm，小于活体中冠状动脉主干血管预期直径。ADNAN等[14]对来自4只猪心脏的6根冠状动脉分别用生理盐水逐渐再加压，并且使用冠状动脉压力导丝和OCT系统来记录冠状动脉内压力和血管内成像，研究显示，用OCT对冠状动脉再加压的评估是可行的，再加压对冠状动脉的尺寸有显著的影响，其近端与远端平均横截面积分别由3.3 mm2增至8.4 mm2、由2.5 mm2增至7.4 mm2。这一研究从侧面进一步说明，传统尸体检验手段存在过高估计塌陷冠状动脉管腔狭窄程度的可能。实际上，IVUS和OCT等血管内成像技术具有“虚拟解剖”的特性，其在发挥“声-光学活检”高分辨率优势基础上并不改变血管结构的完整性，而通过死后冠状动脉再加压，可以在接近生前水平评价冠状动脉狭窄程度，较之传统解剖和组织学检查具有天然优势。

事实上，新技术的应用带来的不仅仅是方法、手段的革新，往往伴随着既往评价体系朝着更具客观性、科学性和全面性的方向发展。随着IVUS和OCT等成像技术在尸体冠状动脉中的应用，既往对冠状动脉的检查和评价也应适时调整。因此，我们提出以下建议：（1）有针对性地对既往存在高血压、高血脂等慢性病史，而死亡之前存在打斗、情绪激动等诱因的猝死者行血管内成像筛查；（2）对生前已行PCI或搭桥术等涉及医源性因素的死者先行血管内成像技术，以在尸体原位评估冠状动脉术区和植入物情况；（3）利用IVUS和OCT腔内快速不间断探查特点，对冠状动脉左前降支及左、右旋支病变所致管腔狭窄程度和狭窄长度综合量化评估；（4）利用冠状动脉OCT微探头优势，对冠状动脉主干终末段以及其他重要分支（如窦房结支、房室结支）的“虚拟活检”评估；（5）注意将OCT高分辨率和IVUS高穿透性优势相结合，以对冠状动脉壁全层提供更全面准确的信息；（6）利用OCT高组织相关性特点，重视对冠状动脉无明显狭窄或仅存在轻微病变的猝死者的斑块成分、斑块性质和继发病变分析；（7）利用死后冠状动脉再加压OCT技术，在接近生前冠状动脉压水平评价相应管腔狭窄程度。

3.2 辅助评估存在解剖困难的血管病变

尸体检验作为一种有目的的实践活动，在解剖工作开始之前，法医病理学工作者必须结合案情调查、病历资料、尸表征象等明确解剖重点。在怀疑涉及血管疾病或损伤的案件中，局部血管解剖往往对死因的明确及伤病关系的判定起至关重要的作用，而对于存在解剖困难、走行复杂的血管（如椎动脉、颈内动脉穿颅段、婴幼儿上矢状窦、四肢血管、盆腔血管等）或管径细小的血管分支，传统解剖手段很难达到预期。即使对于不存在位阻效应或走行较固定的大血管，由于传统解剖具有一次性和破坏性，常常导致对血管损伤或病变部分的破坏或遗漏，丧失了进一步行组织病理学检查的解剖基础。死后IVUS和OCT对重点部位血管先行介入成像，可以在确保血管完整性的基础上明确血管损伤或病变的性质、部位、范围、程度等，同时原位获取相应节段血管损伤或病变的细微特征达到近乎虚拟组织活检的目的。HOFFMANN等[22]证实了使用血管内OCT成像技术获得颅内动脉瘤血管标本成像信息的可行性，而如薄壁结构、血管壁形态的改变、邻近血管、小血管出口和动脉分支等指标对于颅内动脉瘤的诊断和破裂风险评估是有价值的。CHESHIRE等[23]应用两种OCT技术对婴幼儿硬脑膜和上矢状窦进行死后成像研究，识别了许多类似血管的结构，为婴幼儿头部外伤后硬脑膜下出血来源可能是硬脑膜血管丛血液渗漏之学说提供了形态学支持。而CHOI等[24]利用最新三维IVUS可视化技术对动脉粥样硬化模型的髂股动脉节段成像，以帮助评估弯曲动脉结构上斑块的三维分布，并且改善了动脉粥样化成分的三维可视化成像，在尸体下肢血管检查方面优势巨大。

实际工作中，法医病理学工作者要善于结合死者生前资料和尸体现象，发挥IVUS和OCT优势，对可疑尸体进行微创靶向检验。对此，我们提出以下建议：（1）对生前存在头痛、偏瘫等症状的死者，建议经桡动脉介入对颈部动脉和颅内血管腔内成像明确是否存在动脉粥样硬化和斑块继发病变、动脉瘤或血管畸形等；（2）对外伤后颅内出血猝死者，建议经颈动脉介入对颅底血管腔内成像明确是否存在脑底血管畸形或动脉瘤，为伤病关系分析提供解剖学依据；（3）对生前存在胸腰背部撕裂性疼痛猝死者，建议通过股动脉介入对胸腹主动脉血管行腔内成像，明确是否存在动脉瘤破裂；（4）对突然死亡伴有血浆D-二聚体升高的长期卧床患者，建议经股静脉介入对下肢髂股腘静脉检查明确是否存在下肢深静脉血栓。

4 结语和展望

在法医学尸体检验中，涉及血管病变或损伤的猝死案例较为多见。IVUS和OCT成像技术在实现高组织相关性虚拟活检成像的同时不涉及介入路径及病变区血管完整性破坏。逐步实现血管内成像技术常规化、标准化和规范化，可以为法医学中血管相关猝死案例复杂死因和伤病关系分析提供更加全面、直观的可视化证据。通过对该类案件标准成像数据的整理分析，有望在法医病理学中建立血管损伤或疾病相关“声学活检”“光学活检”的标准化数据库，为法医学尸体检验和临床CAD诊断、治疗效果评估提供更加科学、客观的流行病学大数据支持。需要指出的是，虽然IVUS和OCT作为新型成像技术已彰显出巨大的应用前景，但我们必须认识到，其在法医学尸体检验中的应用仍然存在一定问题和局限性，例如：对于冠状动脉管腔完全堵塞者，血管内成像技术已失去应用价值；对于残留管腔内径接近探头外径者，操作者技术水平要求随之提高，血管壁、狭窄区斑块和继发病变等结构人为破坏的风险也将上升；该技术目前主要用于涉及血管损伤或疾病的新鲜尸体检验，尚不能替代死后计算机断层扫描（postmortem computed tomography，PMCT）和死后磁共振成像（postmortem magnetic resonance imaging，PMMRI）完成系统性虚拟解剖。实际工作中，要学会将IVUS和OCT成像技术与传统尸体解剖和病理组织学检查有机结合，以更好地为法医学服务。