冠脉腔内影像技术临床应用进展

期刊: 养生科学 DOI: PDF下载

刘达1 陈凤英2

1.内蒙古医科大学,内蒙古自治区 呼和浩特 010000

摘要

本篇综述阐述了血管内成像技术在冠状动脉疾病诊断治疗中的关键作用和临床应用情况。冠脉腔内影像技术主要有血管内超声(Intravascular ultrasound IVUS)和光学相干断层扫描(Optical coherence tomography OCT),叙述了二者的成像原理和各自的优缺点,如OCT的高分辨率但是因成像条件限制了应用场景,IVUS的高组织穿透性,重点讨论它们在复杂冠状动脉病变介入治疗中的证据支持。强调了二者在改善患者预后和确保手术成功方面的关键作用。也讲述了二者在现有临床应用中的不足之处,如测量指标不统一等。探讨了这些成像技术推动当代介入心脏病学向前发展,并展望了未来可能的发展方向。


关键词

血管内超声检查;光学相干断层成像;经皮冠状动脉介入治疗;腔内影像学

正文

 

引言:心血管疾病在全球范围内仍然是一个严峻的健康挑战,其中冠状动脉疾病(Coronary artery disease CAD)是发病率和死亡率的主要疾病之一。经皮冠状动脉介入治疗(Percutaneous coronary intervention PCI)通过恢复冠状动脉的血流和缓解冠状动脉粥样硬化狭窄病变患者的症状,CAD的主要治疗手段,但PCI术后仍有内膜增生再狭窄及急性慢性血栓形成等并发症,如何治疗和降低PCI术后并发症一直是我们关注和研究的课题。在此背景下,血管内超声(IVUS)和光学相干断层扫描(OCT)发挥了关键作用,为研究冠状动脉病理和优化手术操作方式提供新的思路。传统冠脉造影通过透视间接法反映血管情况,显示血管切面情况,在血管内注入造影剂后进行透视,通过更换体位反映血管的情况,由于是通过透视显示血管情况,存在短缩现象,分辨率低,目前无统一测量工具,主要依据主观判断进行诊断,不同术者对于狭窄的诊断存在差异,且可能主观的高估狭窄程度。尤其在处理复杂病变时,现有治疗方案往往难以达到更完美的效果。随着腔内影像学技术的引入,冠状动脉介入治疗领域迎来了重要的进展[1]

血管内成像技术在20世纪90年代初被引入临床,首次使得动脉粥样硬化斑块的负荷能够在体内进行评估,并检测斑块的特征[2]。近年来,IVUS和OCT的临床应用证明了它们在评估斑块形态和病理生理特征方面的潜在价值。这些技术不仅帮助医生更准确地诊断评估和治疗冠状动脉疾病,还在改善接受医疗和介入治疗的患者的预后中发挥了关键作用[3]这些作用已被多次实验证实,如RENOVATE-COMPLEX-PCI[4]实验发现在具有复杂冠状动脉病变的患者中,与血管造影引导的 PCI 相比,血管内成像技术引导的 PCI 患者术后的心脏原因、靶血管相关心肌梗死或靶血管血运重建导致的复合死亡风险更低(7.7%,12.3%,p=0.08)

1.光学相干断层扫描OCT):光学相干断层扫是一种高分辨率的血管成像技术,最初于1991年应用于眼科疾病,随后逐渐在心血管领域得到应用[5]其成像原理基于可旋转的单根光纤与成像透镜的结合,通过引导发射的近红外光至血管壁,再利用干涉仪测量组织反射光,从而生成高质量的血管横截面图像[6]。对比IVUS,OCT优点在于其高分辨率分辨率,但组织穿透性较低。由于OCT的波长短于红细胞直径的8mm,因此OCT会发生血液的反向散射,因此如果没有血液的清除,就无法看到血管壁。在现有技术条件下,可较精准的自动化测量血管内直径,此外,由于其优越的分辨率,OCT测量的再现性优于IVUS[7]。对于严重钙化的病变,IVUS无法测量钙化的深度而OCT可以(但是对监测钙化病变的敏感度IVUS高于OCT)。缺点在于1.由于成像需要使用造影剂完全充盈管腔清除血液所以不能用于主干血管或分叉开口处血管病变。2.仅可显示血管管腔内情况,无法观察血管整体情况,术者仅可通过血管内直径选择支架大小。3.在成像过程中大量推注造影剂的压力可能对冠脉造成不利影响,如冠脉内夹层等。4.肾功能不全病人可能出现术后肾功能的进一步恶化。5.对于严重狭窄导管无法通过的病变无能为力。其对于冠脉复杂病变患者预后的改善已得到多次实验验证:OCTOBER [8] 通过1200人分别进行OCT介导的PCI与普通PCI并进行中位数2年的随访发现对于冠状动脉分叉病变的患者,OCT 引导的 PCI 与血管造影引导的 PCI 相比,2 年时 MACE 的发生率较低10.1%,14.1%,P=0.035)iSIGHT [9]实验证明经oct介导的支架扩张不劣于IVUS引导的支架扩张,并优于ca引导。OPTICO BVS [10]实验证明在6月时普通PCI术植入的支架于经OCT植入的支架相比最小支架内直径无明显差异,但OCT引导的支架扩张率显著优于普通PCI引导(84.5% vs. 76.5%,p=0.010)。Kala P, Cervinka P, J[11]实验发现OCT引导的支架相比于ca引导的支架在术后9个月时支架内狭窄的发生率要小很多6%vs 18%; p = 0.0002)

2.血管内超声(IVUS)血管内超声利用高频超声技术,是另一种在心血管介入治疗中广泛使用的成像技术。它通过将小型的超声探头置入血管腔内来实现成像。当导管进入冠状动脉时,超声探头会发出声波穿透周围的血管结构,当它们遇到不同类型的组织如血管壁或斑块成分不等量的声波会反射回超声探头,然后被转换成电信号。这些信号经过处理后可以构建出血管的横截面图像。这些图像以灰度显示,不同的组织密度对应不同的阴影。提供了有关血管尺寸、斑块组成和支架部署特征的宝贵信息。IVUS与OCT相比,尽管分辨率稍低,但能够提供更深入的组织穿透深度,从而更全面地评估血管的结构和病变特征。它特别适用于评估斑块的组成成分、血管壁的厚度和形态。在复杂PCI手术中特别是涉及分支开口处的病变此项优势使医生能够更准确地定位冠脉内病变,优化治疗方案,从而提高手术的成功率和患者的预后[12-13]。IVUS相较于OCT具有以下优点:1.可显示血管全层,为术者提供完整的解剖结构。2.在造影时不需使用造影剂,相较于OCT使用的患者范围更广。Rathod KS[14]指出,OCT与IVUS在提高术者对于血管的认识方面是互补的,都有不可或缺的作用。Liu XM[15]经过实验发现对于复杂冠脉病变的患者,经IVUS行药物洗脱支架植入术对比经普通冠脉造影引导的患者1年MACE事件显著下降,特别是心源性死亡的风险,而且三年的死亡率要低(4.7%vs. 16.0%, p<0.048)。值得一提的是IVUS指导带来的对于预后的改善已得到广泛的认可,而OCT对于预后的改善仍存在疑问,也有实验发现OCT对于患者预后的改善相较于普通造影无明显改善[16]。这可能与现在应用的药物洗脱支架本身不良事件发生率较低相关。而OCT引导的介入治疗与IVUS引导的介入治疗对比也有实验[17]证明OCT的作用不劣于IVUS

成像特点对比


ivus

oct

支架位置及扩张

++

+++

冠脉钙化

+++

++

边缘解剖

++

+++

开口或分叉处病变

+++

+

易损板块识别

-

+++

坏死核心

+

++

血栓

+

+++

 

临床应用:对于什么样的血管情况需使用腔内影像学辅助诊治暂无明确定论,中国经皮冠状动脉介入治疗指南(2016)建议对于复杂冠脉病变患者推荐IVUS指导的优化支架置入 (IIa),对于慢性闭塞病人可使用IVUS协助判断闭塞起始点及帮助判断导丝是否走行在真腔内以提高手术成功率。OCT可帮助确定支架失效原因(IIa),优化支架植入(IIb),光学相干断层扫描2023年中国专家共识[18]指出OCT的使用指征包括1.评估冠状动脉造影不能明确的病变;2.指导和优化PCI效果;3.识别介入治疗失败的原因并指导治疗策略。2018年欧洲心血管协会指南对于PCI的优化以及寻找支架内血栓形成或再狭窄的原因将OCT检查列为IIa类推荐。2021年美国心脏病学会(ACC)、美国心脏协会(AHA)和心血管血管造影与干预学会(SCAI)指南,可流程性的应用腔内影像学检查,特别是对于左主干病变或复杂病变患者。对左主干血管造影中度狭窄患者使用IVUS评估病变严重程度。确定支架内再狭窄原因(IIA)。2024年ESC指南中对于左主干病变,分叉处病变及长病变使用OCT和IVUS指导介入治疗(IA)。以上指南均对于复杂病变使用腔内影像学检查指导治疗给出了高证据水平推荐。

血管内成像技术有以下适用场景:

1介入治疗前,确定罪犯血管及斑块类型,支架内再狭窄时的原因。介入治疗中,协助制定合理的正确的治疗策略,确定支架长度、直径,植入部位,最优化支架扩张。介入治疗后,明确支架情况,如扩张不充分,变形,移位组织脱垂等。

2在急性冠脉综合征(Acute coronary syndrome ACS)患者中,斑块破裂和斑块侵蚀是两种常见的斑块不稳定性表现,其发生率分别为60% - 65%和30% - 35%。此外,钙化结节也是一种较为罕见但存在的病变形式,其发生率为5%。这些不稳定斑块可能导致血管内血栓形成,是ACS发生的主要机制之一[19]。OCT作为一种高分辨率的腔内影像学技术,对于识别和评估冠脉血管内的微观结构非常有价值。能够清晰地显示血管内膜的细微结构,如纤维帽、巨噬细胞和胆固醇结晶,协助临床手术医生准确判断斑块的稳定性和病变的严重程度。特别是在确定是否存在纤维帽破裂等情况时,帮助医生确定更稳妥的治疗策略,如是否需要支架植入。例如Kala研究[20]发现,经过OCT检查后,约三分之一的患者可避免不必要的支架植入,改为继续药物治疗,这与近来出现的“介入无残留”理念吻合。此外,当发生支架内再狭窄时,OCT还能够测量支架与血管壁的距离,评估内膜增生情况以及支架的展开情况和周围解剖结构。这些详细的信息可以帮助医生准确诊断再狭窄的原因,有助于制定后续治疗方案,包括是否需要再次介入治疗。在行介入治疗前行OCT检查还有一些特殊的作用。 

3介入治疗中及术后并发症预防:OCT血管造影有助于识别支架边缘落脚点,确定最佳支架长度,从而消除视觉选择的模糊性,选择合适的落脚点减少斑块负荷避免再次出现斑块破裂。支架植入并扩张后再次检查可测得支架内面积,支架梁距离血管内膜距离,支架衔接处情况,避免出现支架扩张不良或贴壁不良,减少支架内再狭窄的发生率。

未来发展:OCT与IVUS各自存在优势,Rathod KS[14]也指出二者应互补使用,但腔内影像学检查一个缺点就是操作相对于普通造影存在时间、经济等额外负担。已有文章提出将二者的导管融合从而一次进行两种检查[21-22],混合导管旨在克服个体成像模式固有的局限性。IVUS擅长于提供详细的解剖信息,而OCT为微结构和检测易损斑块提供了更高的分辨率。通过整合这些技术,混合导管有望全面评估冠状动脉病变,但未见相关的临床报道。优化指标无明确标准,经腔内影像学检查可发现多种可优化指标,包括但不限于最小支架面积,支架扩张率,血流指数,支架植入后组织脱垂等, OCTOBER [8]最佳支架扩张指残余管腔狭窄小于10%。而RENOVATE-COMPLEX-PCI[4]最佳支架扩张指非左主干病变残余管腔狭窄小于10%。支架面积大于平均参考面积80%或IVUS测定管腔面积大于5.5mm²、OCT测定管腔面积大于4.5mm²。对于左冠状动脉主干狭窄,以左冠状动脉主干远端绝对最小支架面积大于7 mm2、左冠状动脉主干近端绝对最小支架面积大于8 mm2,二者对同种病变的治疗效果并无统一标准。而且对于相同的病变OCT与IVUS的测量结果不同,从上文对于最佳支架扩张血管测量直径的差异可以看出二者之间的差异。欧洲经皮冠状动脉介入治疗协会(European Association of Percutaneous Cardiovascular Interventions,EAPCI)专家共识[23]对于腔内影像学支架优化目标为:1)IVUS的最小支架面积>5.5 mm2,OCT的最小支架面积>4.5 mm2,支架扩张>80%;(2)支架边缘夹层角度<60°,长度<2 mm;(3)支架边缘斑块负荷<50%且无脂质池;(4)无组织脱垂;(5)支架贴壁不良的轴向距离<0.4 mm且长度< 1 mm。与IVUS相比,经OCT指导植入支架的平均尺寸更小,也许可以用OCT对于组织的穿透性劣于IVUS解释。相对的,IVUS可能高估血管内直径从而误导术者选择更大直径的支架。无论何种都可能对患者造成不利影响。随着AI技术发展,利用AI技术自动化分析,机器学习及AI可辅助腔内影像学图像的解读,如自动识别斑块类型,测量纤维帽厚度,最小管腔直径,为支架落脚点提供参考意见等。还有研究致力于使用大量历史病例数据训练AI从而为临床医生提供治疗方案24-25]。以上研究都有利于减少阅片人之间的误差,规范化治疗。

在腔内影像学的快速发展和广泛应用下,其在临床医学中的角色日益重要。医生们能够以前所未有的精细度直接观察和评估血管内的解剖结构及病理变化。这些技术不仅提升了介入治疗的成功率和安全性,还为术后并发症的预防和管理提供了宝贵的数据特别是随着大数据和人工智能的引入,腔内影像学在个体化治疗方案制定中的作用也愈加突出。未来,我们可以期待这些技术的进一步创新和整合,也许可以通过AI自动识别图像,使临床诊断更加高效快捷,进一步提升临床决策的质量。为患者提供更标准化、更安全的诊疗方案,推动心血管医学的发展迈向新的高度。

参考文献:

[1]Katritsis D, Lythall DA, Cooper IC, et al. Assessment of coronary angioplasty: comparison of visual assessment, hand-held caliper measurement and automated digital quantitation[J]. Cathet Cardiovasc Diagn, 1988, 15(4): 237-42.

[2]Huang D, Swanson EA, Lin CP, et al. Optical coherence tomography[J]. Science, 1991, 254(5035): 1178-81.

[3]Hoang V, Grounds J, Pham D, et al. The Role of Intracoronary Plaque Imaging with Intravascular Ultrasound, Optical Coherence Tomography, and Near-Infrared Spectroscopy in Patients with Coronary Artery Disease[J]. Current Atherosclerosis Reports. 2016, 18(9): 57.

[4]Lee JM, Choi KH, Song YB, et al. Investigators. Intravascular Imaging-Guided or Angiography-Guided Complex PCI[J]. The New England Journal of Medicine, 2023, 388(18): 1668-1679.

[5]Terashima M, Kaneda H, Suzuki T. The role of optical coherence tomography in coronary intervention[J]. Korean Journal of Internal Medicine, 2012, 27(1):1-12.

[6]Prati F, Regar E, Mintz GS, Arbustini E, et al. Expert review document on methodology, terminology, and clinical applications of optical coherence tomography: physical principles, methodology of image acquisition, and clinical application for assessment of coronary arteries and atherosclerosis[J]. European Heart Journal, 2010, 31(4): 401-15.

[7]Gerbaud E, Weisz G, Tanaka A, et al. Multi-laboratory inter-institute reproducibility study of IVOCT and IVUS assessments using published consensus document definitions[J]. European Heart Journal-Cardiovascular Imaging, 2016, 17(7): 756-64.

[8]Holm NR, Andreasen LN, Neghabat O, et al. OCT or Angiography Guidance for PCI in Complex Bifurcation Lesions[J]. The New England Journal of Medicine, 2023, 389(16): 1477-1487.

[9]Liu XM, Yang ZM, Liu XK, et al. Intravascular ultrasound-guided drug-eluting stent implantation for patients with unprotected left main coronary artery lesions: A single-center randomized trial[J]. Anatolian Journal of Cardiology. 2019, 21(2): 83-90.

[10]Ueki Y, Yamaji K, Barbato E, et al. Randomized Comparison of Optical Coherence Tomography Versus Angiography to Guide Bioresorbable Vascular Scaffold Implantation: The OPTICO BVS Study[J]. Reviews in Cardiovascular Medicine, 2020, 21(10): 1244-1250.

[11]Kala P, Cervinka P, Jakl M, et al. OCT guidance during stent implantation in primary PCI: A randomized multicenter study with nine months of optical coherence tomography follow-up[J]. International Journal Of Cardiology, 2018, 250: 98-103.

[12]García-García HM, Mintz GS, Lerman A, et al. Tissue characterisation using intravascular radiofrequency data analysis: recommendations for acquisition, analysis, interpretation and reporting. EuroIntervention[J]. EuroIntervention, 2009, 5(2): 177-89.

[13]Mintz GS, Nissen SE, Anderson WD, et al. American College of Cardiology Clinical Expert Consensus Document on Standards for Acquisition, Measurement and Reporting of Intravascular Ultrasound Studies (IVUS). A report of the American College of Cardiology Task Force on Clinical Expert Consensus Documents[J]. Journal Of The American College Of Cardiology, 2001, 37(5): 1478-92.

[14]Holm NR, Andreasen LN, Neghabat O, et al. OCT or Angiography Guidance for PCI in Complex Bifurcation Lesions[J]. The New England Journal of Medicine, 2023, 389(16): 1477-1487.

[15]Liu XM, Yang ZM, Liu XK, et al. Intravascular ultrasound-guided drug-eluting stent implantation for patients with unprotected left main coronary artery lesions: A single-center randomized trial[J]. Anatolian Journal of Cardiology, 2019, 21(2): 83-90.

[16]周鹏,刘臣,谭宇等. 光学相干断层成像指导与冠状动脉造影指导直接经皮冠状动脉介入治疗6个月随访结果的比较[J]. 中华心血管病杂志, 2020, 48(03): 217-222.

[17]Kang DY, Ahn JM, OCTIVUS Investigators. Optical Coherence Tomography-Guided or Intravascular Ultrasound-Guided Percutaneous Coronary Intervention: The OCTIVUS Randomized Clinical Trial. Circulation. 2023 Oct 17;148(16):1195-1206. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.123.066429. Epub 2023 Aug 27. PMID: 37634092.

[18]中华医学会心血管病学分会,中华心血管病杂志编辑委员会.光学相干断层成像技术在冠心病介入诊疗中应用的中国专家共识[J].中华心血管病杂志,2023,51(2):109-124.

[19]Naghavi M, Libby P, Falk E, et al. From vulnerable plaque to vulnerable patient: a call for new definitions and risk assessment strategies: Part I[J]. Circulation, 2003, 108(14):1664-72.

[20]Kala P, Cervinka P, Jakl M, et al. OCT guidance during stent implantation in primary PCI: A randomized multicenter study with nine months of optical coherence tomography follow-up[J]. International Journal Of Cardiology, 2018, 250: 98-103.

[21]Terashima M, Kaneda H, Honda Y, et al. Current status of hybrid intravascular ultrasound and optical coherence tomography catheter for coronary imaging and percutaneous coronary intervention[J]. Journal of the American College of Cardiology, 2021, 77(5): 435-443.

[22]Ono M, Kawashima H, Hara H, et al. Advances in IVUS/OCT and Future Clinical Perspective of Novel Hybrid Catheter System in Coronary Imaging[J]. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 2020, 7:119.

[23]RäberL, MintzGS, KoskinasKC, et al. Clinical use of intracoronary imaging. Part 1: guidance and optimization of coronary interventions. An expert consensus document of the European Association of Percutaneous Cardiovascular Interventions[J]. Eur Heart J, 2018, 39(35): 3281-3300.

[24]Carpenter HJ, Ghayesh MH, Zander AC, et al. Automated Coronary Optical Coherence Tomography Feature Extraction with Application to Three-Dimensional Reconstruction[J]. Tomography. 2022, 8(3): 1307-1349.

[25]Moon IT, Kim SH, Chin JY, et al. Accuracy of Artificial Intelligence-Based Automated Quantitative Coronary Angiography Compared to Intravascular Ultrasound: Retrospective Cohort Study. JMIR Cardio[J]. 2023, 7: e45299.

作者简介:刘达(1999—),男,内蒙古赤峰人,汉族,在读研究生,研究方向为急诊医学。

 


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