新的心血管成像方法可以更好地观察危险斑块

发布时间：2024-03-12 16:57:21 栏目：精选百科

导读 研究人员开发了一种新的基于导管的设备，该设备结合了两种强大的光学技术，以形象可以在动脉内部积聚的危险斑块，这些斑块为心脏提供血液。...

研究人员开发了一种新的基于导管的设备，该设备结合了两种强大的光学技术，以形象可以在动脉内部积聚的危险斑块，这些斑块为心脏提供血液。通过提供有关斑块的新细节，该设备可以帮助临床医生和研究人员改进预防心脏病和中风的治疗方法。



当脂肪、胆固醇和其他物质积聚在动脉壁上时，就会发生动脉粥样硬化，这会导致这些血管变得粗大和僵硬。如果血管内的动脉粥样硬化斑块破裂或部分脱落，可能会导致心脏病发作或中风。

研究小组成员劳拉·马库(Laura Marcu)说：“动脉粥样硬化，导致心脏病发作和中风，是西方社会中死亡的第一大原因 - 超过了所有癌症类型，因此是一个主要的公共卫生问题。”戴维斯. “先进的血管内成像工具可以实现更好的临床管理，通过提供更准确的信息来帮助心脏病专家制定治疗方案或支持新疗法的开发，从而使患者受益。”

在 Optica 出版集团期刊《生物医学光学快报》中，研究人员描述了他们的新型灵活设备，该设备结合了荧光寿命成像 (FLIM) 和偏振敏感光学相干断层扫描 (PSOCT)，可捕获有关动脉粥样硬化斑块的成分、形态和微观结构的丰富信息。这项工作是与马萨诸塞州总医院Wellman 光医学中心的 OCT 专家 Brett Bouma 和 Martin Villiger 的合作项目。

该论文的第一作者 Julien Bec 表示：“通过进一步的测试和开发，我们的设备可用于纵向研究，在不同时间点从同一患者身上获得血管内成像，从而提供斑块演变或对治疗干预措施的反应的图片。” 。“这对于更好地了解疾病的演变、评估新药和治疗的疗效以及指导用于恢复正常血流的支架置入手术非常有价值。”

获得前所未有的视野

科学家对动脉粥样硬化如何随着时间的推移形成和发展的了解大部分来自于死后冠状动脉标本的组织病理学研究。尽管血管内超声和血管内 OCT 等成像系统的发展使得研究活体患者的斑块成为可能，但仍然需要改进的方法和工具来研究和表征动脉粥样硬化。

为了满足这一需求，研究人员开展了一项为期多年的研究项目，以开发和验证多光谱 FLIM 作为血管内成像模式。FLIM 可以深入了解细胞外基质(细胞之间的蛋白质支架)的组成、炎症的存在以及动脉内的钙化程度等特征。在早期的工作中，他们将 FLIM 与血管内超声结合起来，在这项新工作中，他们将其与 PSOCT 结合起来。PSOCT 提供高分辨率形态信息以及双折射和去偏振测量。当一起使用时，FLIM 和 PSOCT 提供了前所未有的关于斑块形态、微观结构和生化成分的信息。

Bec 说：“双折射提供了有关斑块胶原蛋白的信息，斑块胶原蛋白是一种有助于稳定病变的关键结构蛋白，而去极化则与导致斑块不稳定的脂质含量有关。” “从整体上讲，这种混合方法可以提供迄今为止报告的所有血管内成像方式的最详细图片。”

将两种成像模式集成到一台设备中

开发与冠状动脉导管插入术兼容的多模态血管内成像系统在技术上具有挑战性。它需要非常薄(小于 1 毫米)的柔性导管，以便能够在剧烈曲折的血管中进行操作。大约 100 帧/秒的高成像速度对于限制心脏运动伪影并确保动脉内正确成像也是必要的。

为了将 FLIM 和 PSOCT 集成到单个设备中而不影响任一成像模式的性能，研究人员使用了 Marcu 实验室和其他研究小组先前开发的光学组件。实现高 PSOCT 性能的关键是新设计的旋转准直器，具有高光通量和高回波损耗(反射回光源的功率与入射到设备上的功率之比)。他们开发的导管系统与目前临床使用的血管内成像设备具有相似的尺寸和灵活性。

在用人造组织测试新系统以展示特征良好的样本的基本功能后，研究人员还表明，它可以用于测量从猪身上摘除的健康冠状动脉的特性。最后，猪心脏的体内测试表明，混合导管系统的性能足以支持临床验证工作。这些测试均表明，FLIM-PSOCT 导管系统可以同时获取四个不同光谱带上的共同配准 FLIM 数据以及 PSOCT 后向散射强度、双折射和去偏振信息。

接下来，研究人员计划使用血管内成像系统对离体人类冠状动脉中的斑块进行成像。通过将使用系统获取的光信号与病理学家专家识别的斑块特征进行比较，他们可以更好地了解 FLIM-PSOCT 可以识别哪些特征，并使用它来开发预测模型。他们还计划继续进行测试，以支持该系统在患者身上的临床验证。