光学相干断层成像与血管内超声在冠状动脉介入术中的应用效果

韦艳 李爱琴 赵鹏 杨长宝 晋辉 毋领娟 柴文文 郑海军

(焦作市人民医院心内科,河南 焦作 454002)

经皮冠状动脉介入(PCI)术前必须准确掌握冠状动脉靶病变状况,既往冠状动脉造影(CAG)术作为评估冠状动脉状况的金标准,曾被广泛用于指导PCI治疗。但因CAG 的分辨率较低,只能显示冠状动脉的二维轮廓,对靶血管的狭窄程度只有粗略了解,而无法显示管腔内立体结构、血管壁组成全貌、斑块及血栓〔1〕。而随着血管内超声(IVUS)和光学相干断层成像(OCT)的出现,很好地克服了CAG的上述缺陷,因为二者可将微小的探头置于冠状动脉血管内断层成像,可准确地测量管腔直径、清晰观察血管内壁、辨别斑块性质,从而为选择手术方式、优化手术过程、预防术后并发症及术后随访等方面提供重要指导〔2〕。2018年欧洲心脏病学会心肌血运重建指南已经推荐对合适的患者应用IVUS或OCT指导PCI治疗以优化支架置入〔3〕。由于两种检测技术的原理不同,表现在具体的应用上侧重也有所不同。二者的优势和不足,均值得进一步研究和探讨,目前有关此类的前瞻性临床研究少有报道。本文探讨光学相干断层成像与血管内超声在冠状动脉介入术中的应用效果。

1 对象与方法

1.1研究对象 选取2020年1月至2021年5月在焦作市人民医院心内科经CAG已确诊为不稳定型心绞痛并需要PCI的患者102例(128个病变)。纳入标准：(1)年龄40～80岁;(2)诊断均符合2007年中华医学会心血管病学分会制定的不稳定型心绞痛(UAP)的诊断标准〔4〕,CAG证实至少有1处缺血相关血管狭窄>70 %;(3)符合行PCI手术适应证,而无PCI禁忌证;(4)同时适合并完成了IVUS和OCT检测,并获得良好可分析的图像,临床资料完整;(5)患者及家属签署知情同意书。排除标准：(1)冠状动脉完全闭塞、无保护左主干和左主干口部病变;(2)严重心脏瓣膜疾病、严重心律失常、重度心力衰竭或血流动力学不稳定;(3)严重肝肾功能不全、风湿免疫性疾病、内分泌代谢性疾病、特发性肺动脉高压、恶性肿瘤、精神病、电解质紊乱及严重感染;(4)严重的凝血功能障碍、抗凝禁忌或对比剂过敏;(5)不能配合医生完成治疗或相关操作,临床资料不完整。本研究己经过焦作市人民医院伦理委员会的批准(伦理编号：202002)。

1.2方法 先常规进行充分肝素化抗凝。若常规CAG发现管腔狭窄较重,IVUS或OCT通过困难,或存在游离血栓,或心肌梗死溶栓治疗(TIMI)血流分级≤2级,应先用直径≤2.0 mm的扩张球囊进行低压预扩张,或行反复血栓抽吸,恢复冠脉前向血流至TIMI 3级,生命体征平稳。若无用药禁忌,应向冠脉靶病变血管内注射硝酸甘油150～300 μg,以防治导管诱发的冠脉痉挛。之后分别在术前、预处理(旋磨联合切割)后、支架置入后及术后12个月随访时,对靶病变依次行IVUS和OCT检测。两种检测方法均由同一组技术人员完成,排除质量差图像。最终选择2位与课题无关经验丰富的影像学专业医师,根据统一标准对收集的影像参数独立进行离线分析。

1.2.1IVUS检测 采用型号H749iLab220C270 IVUS诊断系统(美国Boston Scientific公司)检测,探头为2.5 F,频率为40 MHz。先将6 F指引导管经桡动脉或股动脉送到冠状动脉口,送入指引导丝到靶血管远端,顺着导丝方向将超声检测探头送至靶病变的远端。让超声探头由远及近自动回撤至病变近端,回撤速度1 mm/s,成像速度30帧/s。图像应包括靶病变前后5 mm的区域,持续录像采集。之后应用IVUS系统的软件进行定性和定量分析。

1.2.2OCT检测 采用型号为C7-XR OCT的OCT系统(美国Jude Medical公司)检测。通过指引导丝将C7 Dragonfly成像导管(工作长度135 cm,外径2.7 F)送至超过靶病变斑块远端或支架远端约1 cm处,并连接OCT成像系统。确认导管的同轴性后通过指引导管快速注射对比剂(左冠6～8 ml,右冠4～5 ml),同时点击开始记录冠状动脉血管影像。让成像导管由远及近自动回撤,回撤速度10～25 mm/s,成像速度100帧/s。图像应包括靶病变前后5 mm的区域。之后利用OCT系统的软件进行定性和定量分析。

1.3术前检测 冠状动脉斑块成分特征：(1)斑块成分：包括脂质斑块、纤维斑块、钙化斑块、混合斑块;(2)斑块特征：斑块侵蚀、斑块破裂、钙化结节、薄帽纤维粥样斑块(TCFA)、红、白血栓。斑块侵蚀：纤维帽完整,未见斑块破裂,或伴血栓形成,血栓下斑块结构可识别;斑块破裂：脂质斑块的纤维帽连续性中断,管腔和斑块内核相通或斑块内脂质空腔形成〔5〕;钙化结节：结节样钙化突出到管腔内,伴纤维帽破裂,可伴血栓形成;TCFA：具有巨噬细胞浸润且富含坏死脂质核心,在一个斑块内脂质成分占据2个象限,即180 °,纤维帽厚度<65 μm〔6〕;偏心斑块：斑块未累及整个血管周壁,且最厚处与最薄处比值超过2∶1;红血栓：因富含红细胞,OCT的近红外光不能穿透血栓在表面被反射回来,呈现高背反射和强衰减性,不能见到血栓之外的血管结构;白血栓：因富含血小板,OCT的近红外光能穿透血栓不被反光,呈现低背反射,信号均匀,弱衰减性,可以见到血栓之外的血管结构。病变管径相关参数：包括近端参考血管直径、近端参考血管面积、远端参考血管直径、远端参考血管面积、靶病变最小管腔直径、靶病变最小管腔面积、靶病变长度、斑块负荷、血管重构指数、内衬纤维帽厚度。近/远端参考血管管腔面积/直径：靶病变两端5 mm以内的正常血管段,具有完整的中膜结构(≥180 °),选取3个截面,取平均值;斑块负荷：(外弹力膜横截面积-管腔横截面积)/外弹力膜横截面积;血管重构指数：病变处的外弹力膜横断面积/平均参考血管外弹力膜面积〔7〕;平均血管外弹力膜面积=(远端参考血管外弹力膜面积+近端参考血管外弹力膜面积)/2。

1.4支架置入后及远期随访检测 (1)支架置入后及远期并发症：包括支架贴壁不良,支架边缘夹层,支架内残余血栓,支架内斑块/血栓脱垂。支架贴壁不良：支架小梁内侧与管壁的距离≥200 μm;支架边缘夹层：支架边缘(5 mm以内)线样组织长度≥200 μm,且明显地与管壁分离或对比剂滞留;支架内斑块/血栓脱垂：支架置入后,支架内突入管腔的组织,且与支架架丝相连,当突入组织面积>10%的管腔面积,厚度≥500 μm。组织脱垂按成分不同,可分为斑块脱垂和血栓脱垂。斑块脱垂通常表面光滑且无明显的信号衰减,而血栓脱垂通常表面不规则并伴有强衰减。(2)支架内管径参数：最小支架内直径,最小支架内面积,最大支架内直径,最大支架内面积。

1.5统计学方法 采用SPSS22.0软件进行配对样本t检验、Kappa一致性检验(Kappa≥0.75说明两种方法诊断结果一致性较好;0.4≤Kappa<0.75一致性一般;Kappa<0.4一致性较差)和χ2检验。

2 结 果

2.1术前靶病变斑块成分及特性 102例患者共检测出128处靶病变,术前OCT脂质斑块、纤维斑块的检出率均明显低于IVUS,混合斑块、斑块侵蚀及斑块破裂的检出率均明显高于IVUS(P<0.05);两种方法钙化斑块、钙化结节检出率差异均无统计学意义(P>0.05);上述指标均为Kappa≥0.75,说明两种方法诊断结果一致性较好,具有良好的相关性。OCT检出TCFA 62个,红、白血栓57个,IVUS不能识别TCFA及红、白血栓。见图1、表1。

表1 PCI术前后两种方法检测靶病变相关参数比较

A1：脂质斑块,内膜增厚,呈边界模糊的低信号区;A2：脂质斑块,回声强度低于血管外膜回声的软斑块。B1：纤维斑块,内膜增厚,呈明亮、均一的强信号区。B2：纤维斑块：回声强度与外膜相似或高于血管外膜回声,但无声影。C1：钙化斑块,内膜增厚,呈轮廓明显、边界清晰的低信号区。C2：钙化斑块,病变回声强,超过外膜组织的回声,伴后方声学遮挡现象(后面的无回声区)。D1：斑块破裂,脂质斑块纤维帽连续性中断,管腔和斑块内核相通或斑块内脂质空腔形成。D2：斑块破裂,不能显示脂质斑块的纤维帽,斑块内脂质空腔呈现片状低回声区。E1：典型TCFA病变,具有巨噬细胞浸润且富含坏死脂质核心,在1个斑块内脂质成分占据2个象限,纤维帽厚度<65 μm。E2：不能显示纤维帽,无法明确TCFA病变图1 各种斑块OCT和IVUS图像

2.2术前靶病变管径参数 OCT与IVUS检出的近端参考血管直径、近端参考血管面积、远端参考血管直径、远端参考血管面积、靶病变最小管腔直径、靶病变最小管腔面积及靶病变长度差异均无统计学意义(P>0.05);IVUS能检测出斑块负荷及血管重构指数,而OCT不能检测出斑块负荷及血管重构指数;OCT能检测出内衬纤维帽厚度,而IVUS不能检测出内衬纤维帽厚度。见表1。

2.3支架置入后即刻检测 OCT支架贴壁不良、支架边缘夹层、支架内残余血栓及支架内斑块脱垂检出率均明显高于IVUS(P<0.05);上述指标均为Kappa≥0.40且<0.75,说明两种方法诊断结果一致性一般;支架植入后两种方法检测的最小支架内直径、最小支架内面积、最大支架内直径及最大支架内面积差异均无统计学意义(P>0.05)。见表1。

2.4术后12个月随访检测 102例患者(128处靶病变)中发生心脏猝死、心力衰竭死亡、脑出血死亡、糖尿病酮症酸中毒死亡、交通事故意外死亡各1例,住址变动失联3例,患者拒绝再次冠状动脉内影像检测5例,共失访13例。完成随访89例患者,对应术前记录109处靶病变。再次用两种方法复查,OCT晚期支架贴壁不良、支架边缘夹层及支架内斑块/血栓脱垂检出率均明显高于IVUS(P<0.05),上述指标均为Kappa≥0.40且<0.75,说明两种方法诊断结果一致性一般;两种方法检测的最小支架内直径、最小支架内面积、最大支架内直径及最大支架内面积差异均无统计学意义(P>0.05)。见表1。

2.5血管重构在斑块中的分布 正性重构病变多见于脂质斑块、偏心斑块、TCFA及斑块破裂;负性重构多见于钙化斑块。正性重构多发生急性ST段抬高型心肌梗死及不稳定型心绞痛。见表2。

表2 血管重构在斑块中分布〔n(%)〕

3 讨 论

本研究结果显示,OCT识别易损斑块的能力明显优于IVUS。这是因为新一代的频域OCT(FD-OCT)光源采用频率可变的近红外光,波长1 250～1 370 nm。依据光学干涉原理,通过改变光源光波的频率来实现信号的干涉。探测器收集组织反向散射回来的光信号后,经过计算机Fourier转换便可得到显示不同深度组织内部微观结构的高解析度断层图像。因其波长较短,OCT具有比声学成像更高的轴向分辨率(12～15 μm)及横向分辨率(20 μm),已接近组织学水平,被誉为活体组织显微镜,并可对其进行三维重建〔8〕。与IVUS相比,更易对一些狭窄严重的病变进行成像,且图像非常清晰。不但能从血管腔组织学层面准确地鉴别靶病变处斑块成分(脂质斑块呈现边界模糊、高背反射和强衰减低信号区域,在其表面可见高信号带的纤维帽;纤维斑块呈现同质、高信号和弱衰减区域,其中有时可见内、外弹力膜;钙化斑块呈现边缘锐利、边界清晰、厚度均匀的低信号或不均匀区域,且无遮挡现象),而且还能清楚地显示靶病变处斑块的特性,尤其是对组织学检查定义的易损斑块(包括斑块破裂、TCFA、微小或点状钙化)及斑块内微血管的识别,OCT的诊断均具有较高的敏感性(90%)和特异性(79%)〔9〕。OCT还能够检测易损斑块TCFA纤维帽的厚度(<65 μm)、纤维帽中巨噬细胞及新生内膜滋养微血管(直径50～100 μm),巨噬细胞的特征为高反射、强衰减的点状或条带状结构,且常在其后形成放射状光影。Prati等〔10〕研究证实,OCT检出的易损斑块已成为患者后期随访发生主要不良心血管事件的独立预测因素(HR7.54,95%CI：3.1～18.6,P<0.001)。其次,根据红细胞不透光性的特性,OCT信号在血栓结构当中衰减的原理,OCT便能有效分辨出红(红细胞)、白(血小板)血栓,且仅红血栓有遮挡现象(后面组织无显现)〔11〕。IVUS是利用斑块的密度差异对超声波的回声强弱来对斑块性质进行分辨,斑块钙化回声最强,伴随声学遮挡现象(后面的无回声区);纤维斑块回声中等;脂质斑块回声最弱〔12〕。斑块回声有强到弱依次为钙化斑块≥纤维斑块≥脂质斑块。IVUS轴向分辨率(100～150 μm)及横向分辨率(150～300 μm)均较低,为其最大的弱点,不能测量纤维帽厚度(<65 μm)和纤维帽中巨噬细胞的含量,也就无法检出TCFA。探测低回声软斑块时,若未发现厚而高密度的纤维帽,仅能提示可能是易损斑块,对斑块纤维帽完整性及斑块局部炎症反应等细微变化的观察能力明显不足〔13〕。IVUS探测到管腔中呈不规则的模糊影像,提示存在血栓,但无法识别红、白血栓〔14〕。由于IVUS探测不同组织的回声特征非常相近,图像清晰度较差,仅能显示斑块的大致轮廓,很难辨别区分斑块的成分及特性〔15〕。因此本文中IVUS混合斑块、斑块侵蚀及斑块破裂检出率均低于OCT。而IVUS脂质斑块及纤维斑块的检出率均高于OCT,并不能说明IVUS对脂质斑块、纤维斑块鉴别诊断价值高于OCT,反而正是因为IVUS较低的分辨率,无法准确鉴别混合斑块、斑块破裂、斑块侵蚀,因此误将混合斑块判断成了脂质斑块或纤维斑块,导致这两类斑块的例数增加。因此,OCT 对易损斑块鉴别能力优于IVUS〔16〕。对于钙化斑块或钙化结节边缘清晰锐利,在两种检测方法中均能清楚地显示,这与既往许多文献报告相一致〔17〕。但因为OCT透射深度不够,不推荐用于检测左主干病变。

评估斑块负荷及血管重构 IVUS评估斑块负荷及血管重构具有独特的优势,IVUS虽分辨率不及OCT,但对病变的透射深度(4～8 mm)却优于OCT(1～2 mm),通过组织回声特性的差异,能直观、准确地显示冠状动脉横断面解剖结构全层,能清晰完整地显示动脉管腔的三层膜状结构：依次为内膜、中膜、外膜及外膜组织。并且能够准确测量血管直径、脂质池容积和病变长度,得到量化的斑块负荷及血管重构指数〔18〕,便于术前手术策略的选择及支架直径和长度的选取。而由于OCT穿透力较差,对于稍大斑块负荷较重的斑块,OCT无法探查到斑块深部;对于直径>4 mm的冠脉,它无法测评参考血管直径、血管重构指数及斑块负荷,选取支架直径也难以达到最佳状态,不利于指导PCI术式的正确选择〔19〕。血管重构指数反映了动脉粥样硬化进展中血管壁的发展方向,>1.05为正性重构,<0.95 为负性重构。已有研究证实,斑块中的脂质核心体积与重构指数成正相关,即脂肪核心体积越大,正性重构就越显著,斑块就越不稳定〔20〕。本文结果发现,正性重构多见于脂质斑块、偏心斑块、TCFA及斑块破裂,这几类正性重构斑块从IVUS图像上分析含有较多的脂质成分,斑块负荷较重;从OCT图像上观察正性重构斑块多伴有斑块破裂(纤维帽中断,合并空洞形成)、纤维帽较薄(<65 μm)或富含脂质和大量巨噬细胞浸润。已有研究显示,支架植入过程中出现无复流、组织脱垂及术后不良的心血管事件与术前发现正性重构密切相关〔21〕;支架术后出现晚期支架内血栓形成、晚期获得性支架贴壁不良、支架边缘狭窄多与支架术后血管正性重构密切相关〔22〕。这是由于正性重构的病变在病理生理学上处于病变增殖期,炎症反应处于激活状态,斑块较极稳定,易促发生斑块破裂而导致急性冠状动脉综合征(ACS)〔23〕。因此,IVUS发现正性重构可预测即将发生严重的心血管不良事件,对于治疗策略的选择具有重要的指导意义。本文结果显示,负性重构的病变多见于钙化斑块、纤维斑块等相对稳定的斑块,发生年龄多>65岁,多见于糖尿病、发生部位多见于冠状动脉分叉或开口处。目前其病理发生机制尚未明确,可能与血管壁损伤、全身炎症或先天因素等有关。提示对于CAG显示的冠状动脉严重狭窄,尤其年龄>65岁、糖尿病患者,且病变位于分叉或开口处时,应注意有无负性重构的病变,其相对于CAG的指导意见有可能会改变术者的治疗策略。在本文中负性重构的病变多是2支或以上病变患者,推测另外一支靶病变才是发生UAP的主要病因,因为负性重构多诱发稳定型心绞痛〔24〕。其次,斑块负荷与斑块的稳定性也密切相关,斑块的负荷增加,提示斑块的易损性增加。纤维帽厚度<52 μm及斑块负荷≥76%为斑块破裂的临界点〔25〕。

本研究结果说明,IVUS与OCT均可用于测定冠状动脉管腔面积及狭窄程度。但通过仔细比较二者靶病变各种管径参数的均数发现,无论是平均管腔直径还是平均管腔面积,OCT的检测值均稍小于IVUS。虽然统计学上无显著差异,但也可能是本文参与研究样本量较小的原因。此差异若真实存在,说明可能存在OCT高估了病变程度,或IVUS低估了病变程度。而有学者同时对5个已知管腔大小的体外模型进行研究,分别用OCT和IVUS进行测量,结果显示OCT的平均管腔面积等同于模型的实际管腔面积,最接近实际的数值,变异度较小;而IVUS则高估了模型管腔面积的5%〔26〕。因此,造成二者测量数值差异可能是由于OCT的分辨率较高,能够清晰地显示IVUS无法显示的管腔内的细微结构,如微小的血栓、组织的脱垂和管壁微小夹层等。OCT测量的管腔面积实际上是减去了这部分面积,从而导致测量值略小于IVUS测量值。其次是在心动周期的不同时相测量也会对冠状动脉管径测量值产生影响,心脏收缩期管径充盈测量值会变大,心脏舒张期管径回缩测量值会变小。IVUS的回撤速度(0.5～2.0 mm/s)采录一个序列的成像要用30～50 s,这其中包含了几十个心动周期,IVUS对血管腔的测量在收缩期和舒张期的偏差可达12%;OCT的回撤速度(10～25 mm/s),完成一个序列的成像仅需3～5 s,这其中只包含几个心动周期。但OCT采录是在收缩期和舒张期图像混合而成,无法区分哪一期,由此可能引起了测量值不同于IVUS。

本研究说明,术后12个月时靶病变已有明显变化,开始出现术后并发症,故选取术后12个月作为研究时间点。支架置入后即刻检测及术后12个月随访中,OCT支架贴壁不良、支架边缘夹层及支架内斑块/血栓脱垂检出率均高于IVUS。由于OCT分辨率比IVUS清晰度高10倍,成像迅速,可清晰地呈现血管三维立体图像,不但能及时发现支架贴壁不良、支架边缘夹层及支架内斑块/血栓脱垂,指导术者及时干预,而且还可观察支架置入后动脉血管内膜修复、血管内是否有新生的斑块、内膜增生等情况,从而避免近期和远期不良事件发生〔27〕。从本文结果分析,支架贴壁不良多发生在钙化病变和斑块负荷较重的偏心性纤维病变〔28〕,可能原因是支架置入前对靶病变预处理不够充分。因此,对于纤维偏心斑块应进行充分预扩张,严重钙化病变应进行旋磨或球囊切割术。支架置入后,OCT一旦发现支架贴壁不良应及时应用非顺应性球囊进行高压后扩张支架后应再次行OCT检查,以确保扩张达标。支架置入术后出现血管夹层多因操作损伤血管壁,易发生在支架边缘,OCT更容易发现。通过立即置入支架来补救。并尽量从OCT显示的冠状动脉夹层远端正常处覆盖内膜撕裂片,以维持管腔,防止夹层扩展或血肿压闭管腔。

综上,IVUS组织穿透力较强,探查范围及深度较广,在管腔结构之外可获取血管壁完整结构,能够评估斑块负荷及血管重构,在术前支架选取和优化支架植入方面占优势〔29〕;而OCT空间分辨率更高,图像更清晰,可高效地观察冠脉斑块表面形态及管壁的细微结构,如纤维帽厚度、微小夹层、滋养血管、巨噬细胞活性及支架置入后的贴壁情况,与组织学结果高度相关,在术后评价疗效及并发症方面具有得天独厚的优势〔30〕。事实上,两者各有优缺点,是互为补充而不是互相取代的关系。如果能够做到合二为一进行优势互补,才是未来血管内成像技术最佳的发展方向〔31〕。本研究为单中心研究,样本量较少,存在局限性,更科学的结论有待多中心扩大样本进一步研究。