CCEC·前沿技术-NIRS|预测高危斑块的新利器!

自1980年冠状动脉血管镜(Coronary Angioscopy)应用于冠状动脉搭桥手术术中的血管观察开始,腔内影像学技术在冠心病诊疗领域逐步得到了广泛的关注及应用,目前临床常用的腔内影像技术包括血管内超声(IVUS)及光学相干断层扫描(OCT),两者均通过空间分辨率,对比度和穿透深度信息,提供了冠状动脉的断层或横截面图像,包括管腔、血管壁、斑块负荷、斑块组成和分布,甚至血管周围结构信息。大量的研究证实这些技术可以在冠状动脉介入治疗(PCI)中起到重要的辅助作用。



随着技术的发展进步,近红外光谱(NIRS)及各类衍生技术也应运而生,这些技术提供了更多关于斑块形态和病理生理学的信息,或许可以解决IVUS或者OCT的部分不足之处。



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NIRS技术及其优势

近红外光谱 (near-infrared spectroscopy, NIRS) 是近年来发展较为迅速的一种近红外光谱成像技术,是介于可见光(ⅥS)和中红外光(MIR)之间的电磁波,利用近红外光在物质中的吸收、散射和透射等特性,通过对光谱信息进行分析,实现对样品特性的快速而准确的评估。


(图源自网络)

相比较于传统的影像技术,NIRS技术有以下优势:

1.检测斑块组织的化学成分:NIRS技术可以提供斑块内部的化学成分信息,包括脂质、胶原和血红蛋白等。这有助于更全面地了解斑块的构成,特别是对于含有大量脂质和脂蛋白的不稳定斑块。

2.提供关于斑块炎症状态的信息:NIRS技术能够检测组织中的炎症标志物,这对于识别斑块的炎症状态对于不稳定斑块的评估至关重要。

3.深度渗透:NIRS的光学特性使其能够穿透一定深度的组织,因此可以用于评估斑块的深部结构,而不仅仅局限于表面。



NIRS通过分析冠状动脉斑块的近红外吸收特性来识别脂质成分,从而为识别易损斑块提供了化学成分信息,由于胆固醇在近红外光谱上有很好的穿透特征,可以检测富脂质核心并通过脂质核心负荷指数 (Lipid Core Burden Index,LCBI) 和任何4mm段的最大LCBI(max LCBI 4mm)对脂质积累进行明确量化,为富脂质核心斑块 (lipid core plaques, LCP)的化学测量提供了直接检测方法

但NIRS仅能提供脂质的定量分析,无法对斑块进行形态学评估,近红外光谱与腔内影像技术融合成为一种新的趋势。

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NIRS-IVUS融合

2019年发表的LRP研究,验证了患者层面的maxLCBI4mm与易损患者(可能经历非罪犯MACE的患者)之间存在关联,定义了富脂质斑块与MACE事件的关联性,首次验证了NIRS与IVUS融合技术具有一定的临床意义


患者水平预后MACE事件率

斑块水平预后MACE事件率

作为最早的获FDA批准的NIRS融合成像技术,NIRS-IVUS成像系统将50MHz旋转式IVUS和NIRS融合在一根导管上,进行匹配成像,在2021年发表的PROSPECT II 研究,应用NIRS/IVUS识别易损斑块并预测远期不良临床事件,首次将商业化的一体导管用于临床研究,IVUS可测量斑块结构,NIRS可标定脂质成分,两者融合可以更好的识别易损斑块

但NIRS-IVUS有其不足之处,IVUS分辨率有限,不足以显示重要的微结构如薄纤维帽和巨噬细胞积累,融合后因缺乏深度分辨的能力而受到限制,只能区分血管脂质在圆周上的位置,这种方式不能提供关于脂质沉积维度的信息,而这对于评估易损性、监测病变进展和动脉脂质的病理生理是必要的,并且NIRS受到血液干扰,随着穿透血液深度的增加,NIRS的脂质检测性能会有所下降。


(图源自网络)


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NIRS-OCT融合

相比较于IVUS,光学相干断层扫描(OCT)具有目前腔内影像技术里最高的分辨率,可以识别结构特征,脂质核心,纤维帽厚度和血栓等,NIRS通过定量识别脂质的性能可以弥补OCT的不足,二者结合,为易损斑块的诊断和治疗提供了更多的思路和可能性。

2021年发表于European Heart Journal 的研究对CLIMA研究数据进行了再分析, OCT衍生的脂质核心负荷指数(LCBI)的形态特征和预后意义,结果显示具有高脂质含量和薄纤维帽的患者具有更高的不良事件风险


研究中使用的NIRS-OCT融合技术使用的是双模态成像系统和导管,用于OCT和近红外光谱(NIRS)同时进行显微结构和成分成像,其采用双纤维排列将两种成像模态结合,一根光纤用光投照组织并收集OCT的反射信号,另一根采集光纤采集血管壁深部的化学成分信号。这项技术OCT和NIRS共用同一光源,但是使用了不同光路及不同光谱。双模态导管的不足之处在于两个探头会让导管的外径更大,从而降低其通过性,且NIRS无法提供深度信息,难以区分量化浅/深层的LCP。


目前最新在研的NIRS-OCT融合技术是基于分光谱的NIRS-OCT,该融合成像只使用到了单探头,外径更小,共用同一光路,同一光谱,OCT干涉光谱+NIRS吸收光谱均在1200-1300的峰值之间,能最大程度同步获得有效3D空间的形态结构与化学成分信息。

与传统NIRS脂质信息不同的是,该项技术可以将检查处脂质含量概率以彩色形式表现同时进行定量分析,将脂质含量分级标注,从而辅助临床更好的评估易损斑块。利用分光谱技术,增加了3D分布信息,使检测到的脂质成分带有深度信息,一次回撤即可获取脂质成分及其深度信息,有望缩短医生对脂质成分深度信息的学习曲线。




传统腔内影像学如IVUS及OCT能够提供血管及斑块的形态学信息,也可以在一定程度上辅助识别易损斑块,但无法做到对脂质负荷的精确定量,对易损斑块远期事件发生率的预测能力不足。NIRS技术对脂质成分的定量分析可以提供更精准的评估信息,也能够对冠脉斑块的组成成分进行识别。两种技术的融合成像将成为未来的发展趋势,为临床提供更有效的工具,有助于对易损斑块制定更合理的治疗措施,预防心血管事件的发生。


参考文献

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3.近红外光谱 – 百度百科

4.European Heart Journal (2017) 38, 400–412 

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9.微信公众平台:【CCI创新周讯】腔内影像学融合的前世今生 – CCI心血管医生创新俱乐部

10.SPECTROSCOPIC UNWANTED SIGNAL FILTERS FOR DISCRIMINATION OF VULNERABLE PLAQUE AND METHOD THEREFOR, US 2004/0024298 Al

11.European Heart Journal-Cardiovascular Imaging (2022).

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