光學相干斷層掃描在冠狀動脈介入中應用進展

賈小偉，張 蛟 綜述 劉惠亮 審校

光學相干斷層掃描在冠狀動脈介入中應用進展

賈小偉，張 蛟 綜述 劉惠亮 審校

光學相干斷層掃描；血管內超聲；冠狀動脈介入；支架

1 光學相干斷層掃描系統和技術

光學相干斷層掃描(optical coherence tomography，OCT)是一種依靠光的相干性來獲取人體器官斷層圖像的成像方式。1990年發明OCT后，即于1991年被首次用于體外對視網膜和冠狀動脈進行研究，并于1996年首次用于眼科臨床，現被廣泛應用于其他領域[1]。與血管內超聲(intravascular ultrasound，IVUS)相比，OCT(10～20 μm)的分辨率大約是IVUS(100～150 μm)的10倍[2]。它不僅可以區分纖維斑塊、鈣化斑塊及脂質斑塊等組織學特征，還可以提供夾層、組織脫垂、血栓及支架貼壁不良(incomplete stent apposition，ISA)等一系列信息，而且在經皮冠狀動脈介入治療(percutaneous coronary intervention, PCI)術后的隨訪中，能對支架柱的覆蓋及ISA情況進行評估。

1.1 T-D OCT 第一代OCT為時域-OCT(time-domain OCT，TD-OCT)，其成像速度慢，需要在目標區域的近端使用低壓擴張的球囊阻斷血流，再用0.9%的氯化鈉溶液或乳酸林格液沖掉冠狀動脈內的血液，達到短暫消除紅細胞的目的。OCT作為一種新興技術，在推動冠狀動脈成像技術發展的同時，也給臨床帶來一些挑戰，如低壓球囊阻斷和紅細胞沖洗技術可造成短暫的冠脈缺血，患者可感到胸痛、胸悶等不適，心電圖也可能發生變化。近年來Kataiwa 等[3]報道，可以利用指引導絲連續不斷地釋放右旋糖酐-40或造影劑來代替球囊阻斷，進而起到阻斷血流的作用。

1.2 FD-OCT 新一代的OCT成像系統，即FD-OCT，其最大的優點是更高速度的掃描，每秒鐘的掃描幀數為100幀，回撤速度可達20 mm/s，因此只需注射一次造影劑就可完成冠狀動脈成像，徹底摒棄了球囊阻斷血流的方法，避免成像過程中較長時間的心肌缺血，大大提高了操作的安全性[4]。FD-OCT在掃描速度提高的同時圖像的分辨率也得到了提高，能夠更加清晰地看到病變微細結構的特征。FD-OCT拓寬了OCT檢查的適應證，如左主干病變、開口病變等均可獲得滿意的圖像。

2 評價冠狀動脈病變

2.1 斑塊成分 OCT的高分辨率(10～15 μm)使它能區分內、外彈力膜及內膜、中膜和外膜，這是IVUS(分辨率為100～150 μm)無法比擬的[5]。同時，OCT基于其偏振特性還能區分不同組織的成像特點。高雙折射偏振轉換使OCT能夠識別纖維組織、膠原以及脂質成分。低雙折射轉換能夠反映鈣化。通過將低、高雙折射圖像與OCT圖像疊加，組織結構便會據其成分不同顯現出來。Yabushita等[6]通過與尸體標本進行對比研究后報道了不同類型斑塊的OCT圖像特點：(1)纖維斑塊，伴有低衰減的均質高信號區；(2)鈣化斑塊，邊界清晰的低信號區；(3)富含脂質斑塊，邊界不清的低信號區。通過與病理標本對比發現，OCT鑒別富含脂質斑塊的敏感性和特異性高達90%以上[6]。2014年Ueda等[7]通過FD-OCT檢查發現，TCFA與點狀鈣化共存是擇期PCI手術相關心肌損傷很強的預測因子，從而證實了FD-OCT在PCI中危險分層的有用性。

2.2 識別不穩定斑塊 OCT除了識別富含脂質斑塊外，其較高的分辨率還能識別覆蓋脂質核的薄帽(小于100 μm)纖維斑塊，這是其他儀器設備很難實現的[8]。尸檢結果發現，急性冠狀動脈綜合征患者(acute coronary syndromes，ACSs)的“罪犯”病變一般為易損斑塊[9]。該斑塊的早期診斷可以指導臨床對伴或不伴有臨床癥狀的冠心病患者使用更強的藥物或介入治療以改善臨床預后和轉歸。

OCT對易損斑塊的定義是伴有薄的纖維帽(最薄的纖維帽厚度小于65 μm)的富含脂質斑塊(脂質弧≥2個象限)[10]。Kubo等[11]分別用OCT、IVUS和冠狀動脈造影對急性心肌梗死患者的罪犯病變進行評估，他們證實OCT對識別“罪犯”斑塊破裂和侵蝕的敏感性最高。最近的一項與雙重近紅外光譜學-血管內超聲( near-infrared spectroscopy-intravascular ultrasound ，NIRS-IVUS )對比分析表明，OCT定義的易損斑塊其血管正性重構更加明顯，斑塊及脂質核負荷也更重[12]。另外，OCT還能根據信號衰減曲線的不同對不穩定斑塊中經常觀察到的紅、白血栓進行區分[13]。OCT也能評估炎性細胞的浸潤(主要為巨噬細胞)，這是不穩定斑塊另一個特征。MacNeill等[14]根據OCT評估證實了ACS患者的斑塊具有高密度的巨噬細胞，破裂斑塊的密度高于非破裂斑塊。

如上所述，許多學者對OCT在斑塊組織形態學特點上的應用進行了報道。然而，Manfrini等[15]通過與組織學對比后發現其對不同類型斑塊的識別率不盡相同(纖維粥樣硬化斑塊為45%，纖維鈣化斑塊為68%，纖維斑塊為83%)。原因是OCT對隱藏于厚纖維帽后的脂質核和鈣質沉積的滲透力較低，而且脂質核和鈣質沉積在OCT影像上均表現為低信號區域，很難辨別。另外，正如灰階IVUS，區分脂質與鈣質是個主觀的過程，其精確性主要依賴于術者的技術。所以，建立OCT的客觀診斷標準迫在眉睫。

3 評價冠狀動脈支架治療的即刻效果

OCT由于其較高的分辨率，能夠提供支架置入后即刻血管壁組織脫垂、夾層，以及血栓等一系列信息[16,17]，這是其他方法所不及的。如冠狀動脈造影和IVUS無法發現的自發夾層及切割球囊擴張后內膜的多重撕裂等。

3.1 支架柱貼壁情況 藥物洗脫支架(drug-eluting stents，DESs)置入后支架內血栓的形成不僅與夾層、組織脫垂、血栓有關，而且與支架貼壁不良息息相關[16]。評估支架貼壁不良時應認識到OCT所使用的近紅外光不能穿透金屬支架柱。支架柱在OCT圖像上表現為伴有強烈表面反射和典型背后偽影的線性結構，而且每個支架柱的近管壁面不能被觀察到。因此必須明確支架柱與血管內膜貼壁是否良好或測量支架柱的表面反射點與毗鄰管壁之間的距離，當然還要考慮到支架柱本身的厚度。為了對支架貼壁不良進行精確評估，幾種支架柱OCT測量值的精度已經得到了明確，它們與支架柱本身的厚度差別很小，而且可重復性高，說明OCT評估支架柱的貼壁情況切實可行[17]。

3.2 評價的局限性 如上所述，OCT在PCI前后評估管壁結構的能力優于冠狀動脈造影和IVUS等其他影像學手段，PCI過程中應用OCT也是合理的，而且前途很好，然而迄今為止其臨床意義的評估僅僅停留在研究階段，未必涉及到臨床轉歸。此外，OCT有其固有的局限性，比如其有限的滲透深度和(或)掃描范圍，不能很好地呈現伴有較大斑塊負荷的病變或者大血管的整個管壁結構。而且，一代TD-OCT需要通過球囊阻斷血流，從而使PCI變得更加復雜，阻礙了這項技術在開口病變處的應用，包括左主干(病變)。最新FD-OCT系統不需要阻塞冠狀動脈，而且其回撤速度快，因此可能更適用于PCI[4]。OCT在PCI中的臨床意義仍有待進行大規模的臨床試驗探究。

4 評價冠狀動脈支架術后遠期效果

4.1 支架柱的覆蓋與支架貼壁不良 藥物洗脫支架能夠明顯抑制新生內膜增生。一項OCT與IVUS的研究表明，2/3的雷帕霉素藥物洗脫支架被厚度<100 μm的新生內膜覆蓋，這超出了IVUS的分辨能力范圍[18]。所以，OCT是對置入DES的患者進行隨訪時最有用的工具，而且能憑借其較高的分辨率識別薄的新生內膜。近年來，晚期支架內血栓形成是應用DES治療時患者最擔心的問題。新生內膜(或再生內皮)延遲或不能覆蓋裸露的支架柱被認為是血栓形成的一個重要因素。Inoue等[19]采用OCT就依維莫司藥物洗脫支架置入后支架柱-管壁距離及斑塊類型對急性支架柱貼壁不良的影響進行了隨訪研究，表明持續支架柱貼壁不良與隨訪期間支架內血栓的發生密切相關，這也是發生晚期支架內血栓的基石。

OCT和血管鏡是活體評價支架內膜覆蓋的有效方法。雖然血管鏡所提供的視角比較寬，但當碰到像紆曲血管這樣的解剖結構時，它可能會影響到對整個血管壁的觀察。盡管血管鏡能夠直接對血管腔和內皮表面進行觀察，但它卻不能對管壁的內部結構進行評價。因此，與血管鏡相比OCT可能會提供更多的量化數據。關于介入前后及后續隨訪的系列OCT研究已經對支架置入后的組織覆蓋情況進行了評估[18,20-22]。

目前，對支架柱的組織覆蓋情況有幾種分類方法[20,23]。通常每間隔1 mm對支架柱進行一次評價，同時對支架柱的數目、橫截面積、支架/人群基線資料進行分析。對同一支架內支架柱的觀察依賴于另一個支架柱。許多研究都借助OCT證實，與金屬裸支架(bare metal stents，BMSs)相比，DES置入后新生內膜的覆蓋會發生延遲，這一點與病理學數據是統一的。通過對不同類型的DESs進行對比研究后發現，與一代DESs相比，二代DESs在支架置入后其血管愈合更可觀、新生內膜覆蓋更完美，支架貼壁不良的發生率也較低[21]。另外，與穩定性心絞痛患者相比，ACS患者(尤其是ST段抬高型心肌梗死)的血管愈合過程更慢[24]。支架重疊或分叉也會影響到支架柱的內膜覆蓋[25]。

因此，筆者希望通過OCT獲得更多詳細信息，幫助確定不同類型DESs置入后其新生內膜的特點、再狹窄及血栓形成的促成因素，以及抗血小板藥物的正確使用方法和期限。

4.2 再狹窄組織的特征 OCT能夠對覆蓋支架柱的組織學特點提供新的見解。幾項相關研究就再狹窄組織成分在OCT的表現形式進行了報道。在對BMS置入后為期1年的早期隨訪時發現，其典型的再狹窄組織(主要由平滑肌細胞增生形成的新生內膜)在OCT圖像上表現為勻質結構[26]。然而，在為期超過5年的極晚期階段，可以發現再狹窄組織主要是由脂質沉積或鈣化形成的非均質結構，偶伴內膜、新生內膜內微血管或管腔內材料的破裂[27]。對于DESs而言，即使是在早期階段，其再狹窄組織的結構、反向散射光及組成成分也表現出多態性[28]。OCT圖像的上述變異可能是由于組成成分的多樣性引起的，包括成熟或不成熟的平滑肌細胞以及持久性纖維蛋白或像蛋白多糖等細胞外基質[28]。所以OCT能夠就覆蓋支架柱的組織提供非常重要信息。

5 在冠狀動脈介入中的發展方向

如上所述，OCT是一種新穎的、前途非常光明的成像方式，它具有區別于其他像IVUS、血管鏡等傳統成像方式的特點。但是，到目前為止OCT還沒有建立其臨床體系，應用起來也沒有IVUS方便。新一代的FD-OCT有望使OCT在PCI中的應用變得更加簡單快捷。隨著OCT在韓國、日本、我國，以及歐洲的受關注程度越來越大，關于OCT方面的研究也越來越多。希望通過這些研究，使OCT在未來PCI中的臨床作用得以充分展示。筆者相信FD-OCT比TD-OCT的臨床用途要強大的多。

[1] Huang D, Swanson E A, Lin CP,etal. Optical coherence tomography [J]. Science, 1991, 254(5035):1178-1181.

[2] Brezinski M E, Tearney G J, Bouma B E,etal. Imaging of coronary artery microstructure (in vitro) with optical coherence tomography[J]. Am J Cardiol, 1996, 77(1): 92-93.

[3] Kataiwa H, Tanaka A, Kitabata H,etal. Safety and usefulness of non-occlusion image acquisition technique for optical coherence tomography [J]. Circ J, 2008, 72(9):1536-1537.

[4] Takarada S, Imanishi T, Liu Y,etal. Advantage of next-generation frequency-domain optical coherence tomography compared with conventional time-domain system in the assessment of coronary lesion [J]. Catheter Cardiovasc Interv, 2010, 75(2): 202-206.

[5] Jang I K, Bouma B E, Kang D H,etal. Visualization of coronary atherosclerotic plaques in patients using optical coherence tomography: comparison with intravascular ultrasound[J]. J Am Coll Cardiol, 2002, 39(4): 604-609.

[6] Yabushita H, Bouma B E, Houser S L,etal. Characterization of human atherosclerosis by optical coherence tomography [J].Circulation, 2002,106(13):1640-1645.

[7] Ueda T, Uemura S, Watanabe M,etal. Colocalization of thin-cap fibroatheroma and spotty calcification is a powerful predictor of procedure-related myocardial injury after elective coronary stent implantation [J]. Coron Artery Dis, 2014. [Epub ahead of print]

[8] Kume T, Akasaka T, Kawamoto T,etal. Measurement of the thickness of the fibrous cap by optical coherence tomography [J]. Am Heart J, 2006,152(4):755-755.

[9] Virmani R, Kolodgie F D, Burke A P,etal. Lessons from sudden coronary death a comprehensive morphological classification scheme for atherosclerotic lesions[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2000,20(5):1262-1275.

[10] Jang I K, Tearney G J, MacNeill B,etal. In vivo characterization of coronary atherosclerotic plaque by use of optical coherence tomography [J].Circulation, 2005,111(12):1551-1555.

[11] Kubo T, Imanishi T, Takarada S,etal. Assessment of culprit lesion morphology in acute myocardial infarction ability of optical coherence tomography compared with intravascular ultrasound and coronary angioscopy [J]. J Am Coll Cardiol, 2007, 50(10): 933-939.

[12] Roleder T, Kovacic J C, Ali Z,etal. Combined NIRS and IVUS imaging detects vulnerable plaque using a single catheter system: a head-to-head comparison with OCT [J]. EuroIntervention, 2014. [Epub ahead of print]

[13] Kume T, Akasaka T, Kawamoto T,etal. Assessment of coronary arterial thrombus by optical coherence tomography [J]. Am J Cardiol, 2006, 97(12): 1713-1717.

[14] MacNeill B D, Jang I K, Bouma B E,etal. Focal and multi-focal plaque macrophage distributions in patients with acute and stable presentations of coronary artery disease[J]. J Am Coll Cardiol, 2004, 44(5): 972-979.

[15] Manfrini O, Mont E, Leone O,etal. Sources of error and interpretation of plaque morphology by optical coherence tomography [J]. Am J Cardiol, 2006, 98(2): 156-159.

[16] Gonzalo N, Serruys P W, Okamura T,etal. Optical coherence tomography assessment of the acute effects of stent implantation on the vessel wall: a systematic quantitative approach [J]. Heart, 2009, 95(23): 1913-1919.

[17] Terashima M, Rathore S, Suzuki Y,etal. Accuracy and reproducibility of stent-strut thickness determined by optical coherence tomography[J].J Invasive Cardiol, 2009, 21(11): 602-605.

[18] Matsumoto D, Shite J, Shinke T,etal. Neointimal coverage of sirolimus-eluting stents at 6-month follow-up: evaluated by optical coherence tomography[J]. Eur Heart J, 2007, 28(8): 961-967.

[19] Inoue T, Shinke T, Otake H,etal. Impact of strut-vessel distance and underlying plaque type on the resolution of acute strut malapposition: serial optimal coherence tomography analysis after everolimus-eluting stent implantation[J]. Int J cardiovasc imaging, 2014, 30(5): 857-865.

[20] Katoh H, Shite J, Shinke T,etal. Delayed neointimalization on sirolimus-eluting stents: 6-month and 12-month follow up by optical coherence tomography [J]. Circ J, 2009, 73(6): 1033-1037.

[21] Kim J S, Jang I K, Fan C,etal. Evaluation in 3 months duration of neointimal coverage after zotarolimus-eluting stent implantation by optical coherence tomography: the ENDEAVOR OCT trial[J]. JACC Cardiovasc Interv, 2009, 2(12): 1240-1247.

[22] Tanaka N, Terashima M, Rathore S,etal. Different patterns of vascular response between patients with or without diabetes mellitus after drug-eluting stent implantation optical coherence tomographic analysis[J]. JACC Cardiovasc Interv, 2010, 3(10): 1074-1079.

[23] Guagliumi G, Sirbu V. Optical coherence tomography: high resolution intravascular imaging to evaluate vascular healing after coronary stenting [J]. Catheter Cardiovasc Interv, 2008, 72(2): 237-247.

[24] Guagliumi G, Costa M A, Sirbu V,etal. Strut coverage and late malapposition with paclitaxel-eluting stents compared with bare metal stents in acute myocardial infarction optical coherence tomography substudy of the harmonizing outcomes with revascularization and stents in acute myocardial infarction (HORIZONS-AMI) trial[J]. Circulation, 2011, 123(3): 274-281.

[25] Gutiérrez-Chico J L, Regar E, Nüesch E,etal. Delayed coverage in malapposed and side-branch struts with respect to well-apposed struts in drug-eluting stents in vivo assessment with optical coherence tomography[J]. Circulation, 2011, 124(5): 612-623.

[26] Kume T, Akasaka T, Kawamoto T,etal. Visualization of neointima formation by optical coherence tomography [J]. Int Heart J, 2005, 46(6): 1133-1136.

[27] Habara M, Terashima M, Nasu K,etal. Difference of tissue characteristics between early and very late restenosis lesions after bare-metal stent implantation: an optical coherence tomography study [J]. Circ Cardiovasc Interv, 2011, 4(3): 232-238.

[28] Nagai H, Ishibashi-Ueda H, Fujii K. Histology of highly echolucent regions in optical coherence tomography images from two patients with sirolimus-eluting stent restenosis [J]. Catheter Cardiovasc Interv, 2010, 75(6): 961-963.

(2014-05-03收稿 2014-06-10修回)

(責任編輯 武建虎)

賈小偉，碩士研究生，醫師，E-mail：jiaxiaowei1226@sina.com

100039北京，武警總醫院心血管內科

劉惠亮，E-mail：lhl518@vip.sina.com

R543.3