脑部血管疾病领域的新突破：小型光学相干断层扫描成像探头的临床应用

2024-05-28 Tue
脑部血管疾病领域的新突破：小型光学相干断层扫描成像探头的临床应用学术背景与研究动机近年来，脑部血管疾病如脑动脉瘤、缺血性中风、动脉夹层和颅内动脉粥样硬化病（intracranial atherosclerotic disease，ICAD）的介入治疗逐渐成为首选方法。然而，当前的成像技术在空间分辨率和对比度方面存在局限，导致准确诊断和治疗监控存在一定困难。数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）、计算机断层扫描（computed tomography，CT）和磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）等常用的成像手段无法充分显示动脉壁病变、动脉瘤形态以及植入装置的详细情况。此外，术中和术后可能出现的并发症，如血栓形成或装置未能与动脉壁充分接触，也难以被现有技术察觉。
为了克服这些挑战，有必要发展一种能够在高分辨率下准确显示动脉组织和金属装置的成像技术。光学相干断层扫描（optical coherence tomography，OCT）以其高灵敏度、高动态范围和高分辨率的成像能力，能够提供详细的原位体积显微镜图像，已在冠状动脉疾病中得到广泛应用。尽管如此，现有的成像导管不适用于安全导航和可靠地显示人脑复杂的颅内动脉解剖结构。为了应对这一问题，本研究开发了一种灵活的小型内窥镜设备——神经OCT（neuro OCT，NOCT）探头，并首次在人体中应用，期望实现对脑部复杂血管的高分辨成像。
作者与论文来源这篇研究论文由Vitor M. Pereira等人撰写，他们分别来自以下机构：加拿大多伦多圣迈克尔医院神经外科（St Michael’s Hospital, Toronto）、阿根廷布宜诺斯艾利斯Sagrada Familia临床中心（Clínica Sagrada Familia, Buenos Aires）、美国马萨诸塞大学医学院（University of Massachusetts Chan Medical School, Worcester）等。该论文发表在2024年5月15日出版的《Science Translational Medicine》期刊上。
研究流程研究对象与方法该研究在32名接受神经血管介入治疗的患者中进行。NOCT探头是一个具有高程度小型化和机械柔性的设备，能够在脑部复杂的血管环境中获得无伪影图像。NOCT系统使用快速旋转的近红外激光进行四ier域成像，轴向分辨率接近10微米。探头的外径为0.39毫米，可通过0.021英寸内径的标准神经血管微导管输送到目标动脉段。为了获得图像质量，采用短暂的对比剂注射，清除动脉腔内的血液。在2秒钟的时间内，探头快速旋转并收回，通过螺旋形光模式全面捕捉动脉壁和植入装置。
主要实验结果NOCT的高分辨率成像成功地对脑部前后循环的动脉进行体积显微镜成像。这包括内颈动脉（internal carotid artery, ICA）、中脑动脉（middle cerebral artery, MCA）、椎动脉、基底动脉和后脑动脉等的远端段。捕捉到的病理包括脑动脉瘤、缺血性中风、动脉狭窄、动脉夹层和颅内动脉粥样硬化病。与传统X射线成像方法相比，NOCT提供了无伪影、高分辨率的颅内动脉病变和神经血管装置的可视化。
在动脉瘤治疗方面，NOCT揭示了在右后交通动脉动脉瘤（posterior communicating artery aneurysm）中存在血栓和装置未贴合现象。这项信息帮助优化了药物治疗和介入程序。此外，NOCT在评估复发性动脉瘤时，清晰展示了装置的配置和动脉墙的微结构，提供了更详细的诊断信息，指导了后续治疗决策。
针对颅内动脉粥样硬化病，NOCT能够详细描绘斑块的微结构、组成和炎症标志，如巨噬细胞积聚和胆固醇结晶。在急性中风干预和血栓切除手术中，NOCT有助于识别正常动脉外观与病理状态之间的区别，包括缺损性动脉病和动脉炎，指导治疗方案的制定。
结论与研究价值NOCT作为一种诊断工具，在颅内动脉中实现了体积高分辨率的详细描绘，补充了现有成像技术的不足。NOCT提供的信息有助于优化神经介入手术，个性化患者管理，创新现有治疗设备和技术，促进相关生理机制的研究。这项技术不仅可用于动脉墙、装置和腔内物体的评估，还能高分辨率地观察亚蛛网膜腔、穿透动脉和静脉等。
研究亮点高分辨率成像：NOCT提供了颅内动脉和相关装置的无伪影、高分辨率成像，有助于更准确的诊断和治疗监控。
实用性强：NOCT探头能够通过标准神经血管微导管输送，兼容现有的临床流程。
详细病理表现：NOCT揭示了斑块的微结构、动脉壁的病理特征和血栓形成等信息，为治疗方案的制定提供了重要依据。
安全性良好：在32名患者的应用中，NOCT显示出较高的安全性和可耐受性，没有观察到相关的急性不良事件。
附加信息研究详细了NOCT在不同临床情境中的应用，包括动脉瘤的诊断和治疗监测、颅内动脉粥样硬化的评估和管理、缺血性中风的血栓切除过程，以及术后随访等。此外，NOCT技术在亚蛛网膜腔及其他解剖区域的应用也展示了其广泛的潜力。未来研究有望进一步验证NOCT在改善临床结果和减少并发症方面的作用，并探讨其在揭示新病理机制中的潜力。
资料与方法
研究设计：本研究是一项观察性概念验证研究，旨在评估NOCT在颅内动脉中的应用，未进行随机化、盲法或样本量计算。
NOCT系统：成像主机使用中央波长为1300纳米的快扫激光，每秒捕获20万个扫描线。成像探头具有0.39毫米的最大外径和190厘米的插入长度，结合0.021英寸微导管用于目标血管的定位。
数据采集与分析：NOCT数据通过快速对比剂注射，以每秒250帧的速度捕集。研究共完成75次扫描（96.2%的成功率），生成约37799张横截面图像，详细分析了图像质量和相关病理特征。
本研究结果表明，NOCT技术为颅内动脉体积显微成像提供了前所未有的细节和诊断信息，为神经介入手术和脑血管疾病的管理提供了新的工具。未来进一步研究有望揭示其在临床应用中的更多潜力和价值。