stringtranslate.com

Эндоскопическая оптическая когерентная томография

Эндоскопическая оптическая когерентная томография , также внутрисосудистая оптическая когерентная томография , представляет собой катетерную визуализационную процедуру оптической когерентной томографии (ОКТ). [1] Она позволяет получать изображения высокого разрешения изнутри кровеносного сосуда с использованием оптических волокон и лазерной технологии .

Одно из его основных применений — коронарные артерии , которые часто лечатся эндоскопическими , минимально инвазивными хирургическими процедурами. [2] Были предложены и исследуются другие применения для периферических артерий и нейроваскулярных процедур. Нейроваскулярные применения потребовали значительных технологических разработок из-за крайне извилистой анатомии цереброваскулярной системы.

Внутрисосудистая ОКТ быстро создает трехмерные изображения с разрешением приблизительно 15 микрометров, что является улучшенным разрешением по сравнению с внутрисосудистым ультразвуком и коронарной ангиографией , другими методами визуализации. [3] Это дает дополнительную информацию, которая может быть использована для оптимизации лечения и контроля сосудистых заболеваний .

Теория

ОКТ аналогичен медицинскому ультразвуку , измеряя обратное отражение инфракрасного света, а не звука. Время, необходимое для отражения света от исследуемой ткани, используется для измерения расстояний. Однако из-за высокой скорости света время обратного отражения нельзя измерить напрямую, вместо этого оно измеряется с помощью интерферометрии . [4]

OCT измеряется с использованием методов временной области (TD-OCT) или частотной области (FD-OCT). Коммерчески доступная коронарная технология OCT основана на методах частотной области, что приводит к быстрым процедурам получения данных (от 1 до 2 секунд). Внутрикоронарная OCT использует ближний инфракрасный свет на длине волны 1300 нм и может визуализировать микроструктуру артериальной стенки, ее размер и терапевтические устройства с высокой точностью.

История

Внутрисосудистый ОКТ был разработан для визуализации артериальных заболеваний с разрешением выше, чем у других доступных методов, таких как рентгеновская ангиография и внутрисосудистое ультразвуковое исследование. ОКТ позволяет оценивать характеристики атеросклеротических бляшек с разрешением приблизительно 15 мкм (или лучше) и нашел применение для руководства коронарными вмешательствами на основе катетера (т. е. чрескожными коронарными вмешательствами). Первый отчет об эндоскопическом ОКТ появился в 1997 году в журнале Science, исследуя различные приложения, включая гастроэнтерологию и дыхательные пути. [5] Первое внутрисосудистое использование in vivo в доклинической модели было сообщено в 1994 году [6] , а первое в клинической визуализации у людей — в 2003 году. [7] Первый катетер и система визуализации ОКТ были коммерциализированы LightLab Imaging, Inc., компанией, базирующейся в Массачусетсе, образованной после передачи технологии в 1997 году из лаборатории Фудзимото (MIT). [8]

На раннем этапе технология ОКТ во временной области требовала медленного получения данных (длительностью более 10 секунд), что требовало использования методов окклюзии баллона для вытеснения крови из артериального просвета, непрозрачного для ближнего инфракрасного света. Это препятствовало более широкому внедрению в течение нескольких лет. Около 2008-2009 годов появление лазеров с быстрым источником развертки позволило разработать внутрисосудистую ОКТ в области Фурье (FD-OCT). [9] [10] Это позволило впервые быстро получить данные длинного коронарного сегмента за пару секунд, что позволило сделать неокклюзионные кратковременные инъекции контраста для очистки артериального просвета от крови. Первоначальная демонстрация FD-OCT для коронарной визуализации была достигнута в 2008-2009 годах [11] [3] , что значительно ускорило клиническое внедрение, начиная с 2009 года.

Сердечно-сосудистые применения

После получения нормативных разрешений в основных регионах в период с 2009 по 2012 год на быстрое приобретение ОКТ в области Фурье использование внутрикоронарной ОКТ быстро возросло. Она используется для диагностики коронарных заболеваний, планирования вмешательства, оценки результатов процедур и предотвращения осложнений.

В последнее десятилетие клинические преимущества коронарной ОКТ были систематически исследованы. Несколько исследований связали использование внутрисосудистой визуализации, такой как ВСУЗИ и ОКТ, с лучшим расширением стента, метрика, тесно связанная с лучшими клиническими результатами у пациентов, страдающих ишемической болезнью сердца и инфарктом миокарда. [12] [13] [14]

Были проведены более крупные рандомизированные клинические испытания. В 2023 году двойное слепое проспективное исследование продемонстрировало улучшение заболеваемости и смертности при коронарных бифуркационных вмешательствах: «Среди пациентов со сложными поражениями коронарных артерий ЧКВ под контролем ОКТ было связано с более низкой частотой MACE в течение 2 лет, чем ЧКВ под контролем ангиографии». [15] Хотя не все исследования показали значимые результаты, [16] на сегодняшний день несколько исследований продемонстрировали преимущества использования внутрисосудистой визуализации в исходах для пациентов во время коронарных вмешательств. [17] [18] Использование внутрисосудистой визуализации для коронарного вмешательства описано в текущих рекомендациях по кардиологии.

Данные, опубликованные в конце 2016 года, показали, что ежегодно проводится более 150 000 процедур интракоронарной оптической когерентной томографии, и ее внедрение быстро растет со скоростью ~10-20% каждый год. [19]

Оценка морфологии просвета артерии является краеугольным камнем критериев внутрисосудистой визуализации для оценки тяжести заболевания и руководства вмешательством. Высокое разрешение ОКТ-визуализации позволяет с высокой точностью оценить площадь просвета сосуда , микроструктуру стенки, расположение и расширение внутрикоронарного стента. [20] [21] ОКТ обладает улучшенной способностью по сравнению с внутрисосудистым ультразвуком проникать и очерчивать кальций в стенке сосуда, что делает его хорошо подходящим для руководства сложными стратегиями вмешательства в сосудах с поверхностной кальцификацией. ОКТ обладает способностью визуализировать эрозию коронарных бляшек и фиброзные колпачки, покрывающие липидные бляшки. [22]

Нейроваскулярные применения

За последнее десятилетие были достигнуты значительные успехи в эндоваскулярном лечении инсульта, включая аневризмы головного мозга, внутричерепной атеросклероз и ишемический инсульт. [23] Было предложено использовать внутрисосудистую ОКТ как ключевую технологию, которая может улучшить текущие процедуры и методы лечения. [24] Однако современные внутрикоронарные катетеры ОКТ не предназначены для навигации и надежной визуализации извилистых цереброваскулярных артерий. [25]

Недавно были предложены различные (проводные) катетеры OCT, специально разработанные для цереброваскуляризации человека, [26] названные нейрооптической когерентной томографией ( n OCT). Было проведено первое клиническое исследование для изучения безопасности, осуществимости и клинического потенциала. [27] Были продемонстрированы первоначальные применения для лечения аневризм головного мозга и внутричерепного атеросклероза [28] [29] [30], показывающие будущий потенциал. [31]

Технологии

Самым важным технологическим достижением был катетер и разработка быстрой длины волны, качающейся в ближнем инфракрасном диапазоне. Волоконно-оптический катетер/эндоскоп требовал быстрого выравнивания двух оптических волокон с сердечниками 8 мкм (одно вращающееся) по свободному пространству. Дистальный конец имеет фокусирующий компонент (обычно GRIN или шаровую линзу).

Современная внутрикоронарная оптическая когерентная томография использует лазер с качающимся источником для создания изображений ОКТ на высокой скорости (т. е. примерно 80 000 кГц - линий A-сканирования в секунду) для завершения получения 3D-объема ОКТ коронарных сегментов за несколько секунд. [32] Первая внутрисосудистая FD-OCT была представлена ​​на рынке в 2009 году (ЕС и Азия) и в 2012 году (США). В 2018 году два внутрикоронарных катетера ОКТ стали клинически доступны для использования в коронарных артериях, имея размер в диаметре от 2,4F до 2,7F. [ необходима цитата ]

Аксиальное разрешение современных коммерческих систем составляет менее 20 микрометров, что отделено от латерального разрешения катетера. Наивысшее разрешение ОКТ позволяет получать изображения микроструктурных особенностей сосудов in vivo на беспрецедентном уровне, что позволяет визуализировать атеросклероз стенки сосуда, патологию и взаимодействие с терапевтическими устройствами на микроскопическом уровне. [33]

Последние разработки включают сочетание ОКТ со спектроскопией и флуоресценцией в одном катетере визуализации [34] [35] и миниатюризацию катетера визуализации. [36]

Безопасность

Безопасность внутрисосудистой визуализации, включая внутрикоронарную ОКТ и внутрисосудистое ультразвуковое исследование , была изучена несколькими исследованиями. Недавние клинические испытания сообщили об очень низком уровне самоограничивающихся, незначительных осложнений у более чем 3000 пациентов, где во всех случаях не наблюдалось никакого вреда или продления пребывания в больнице. Было показано, что внутрикоронарная оптическая когерентная томография безопасна среди гетерогенных групп пациентов с различными клиническими условиями. [37]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Gora MJ, Suter MJ, Tearney GJ, Li X (май 2017 г.). «Эндоскопическая оптическая когерентная томография: технологии и клинические приложения [Приглашенный]». Biomedical Optics Express . 8 (5): 2405–2444. doi :10.1364/BOE.8.002405. PMC  5480489. PMID  28663882 .
  2. ^ Кумар А, Ядав Н, Сингх С, Чаухан Н (июль 2016 г.). «Минимально инвазивная (эндоскопически-компьютерная) хирургия: техника и обзор». Annals of Maxillofacial Surgery . 6 (2): 159–164. doi : 10.4103/2231-0746.200348 . PMC 5343621. PMID  28299251 . 
  3. ^ ab Bezerra HG, Costa MA, Guagliumi G, Rollins AM, Simon DI (ноябрь 2009 г.). «Внутрикоронарная оптическая когерентная томография: всесторонний обзор клинических и исследовательских приложений». JACC. Cardiovascular Interventions . 2 (11): 1035–1046. doi :10.1016/j.jcin.2009.06.019. PMC 4113036. PMID  19926041 . 
  4. ^ Huang D, Swanson EA, Lin CP, Schuman JS, Stinson WG, Chang W и др. (ноябрь 1991 г.). «Оптическая когерентная томография». Science . 254 (5035): 1178–1181. Bibcode :1991Sci...254.1178H. doi :10.1126/science.1957169. PMC 4638169 . PMID  1957169. 
  5. ^ Tearney GJ, Brezinski ME, Bouma BE, Boppart SA, Pitris C, Southern JF и др. (июнь 1997 г.). «Эндоскопическая оптическая биопсия in vivo с оптической когерентной томографией». Science . 276 (5321): 2037–2039. doi :10.1126/science.276.5321.2037. PMID  9197265.
  6. ^ Fujimoto JG, Boppart SA, Tearney GJ, Bouma BE, Pitris C, Brezinski ME (август 1999). «Высокоразрешающая in vivo внутриартериальная визуализация с оптической когерентной томографией». Heart . 82 (2): 128–133. doi :10.1136/hrt.82.2.128. PMC 1729132 . PMID  10409522. 
  7. ^ Bouma BE, Tearney GJ, Yabushita H, Shishkov M, Kauffman CR, DeJoseph Gauthier D и др. (март 2003 г.). «Оценка внутрикоронарного стентирования с помощью внутрисосудистой оптической когерентной томографии». Heart . 89 (3): 317–320. doi :10.1136/heart.89.3.317. PMC 1767586 . PMID  12591841. 
  8. ^ "Biomedical Optical Imaging and Biophotonics Group". www.rle.mit.edu . Получено 2024-05-22 .
  9. ^ de Boer JF, Cense B, Park BH, Pierce MC, Tearney GJ, Bouma BE (ноябрь 2003 г.). «Улучшенное отношение сигнал-шум в спектральной области по сравнению с оптической когерентной томографией во временной области». Optics Letters . 28 (21): 2067–2069. Bibcode :2003OptL...28.2067D. doi :10.1364/OL.28.002067. PMID  14587817.
  10. ^ Adler DC, Chen Y, Huber R, Schmitt J, Connolly J, Fujimoto JG (декабрь 2007 г.). «Трехмерная эндомикроскопия с использованием оптической когерентной томографии». Nature Photonics . 1 (12): 709–716. Bibcode : 2007NaPho...1..709A. doi : 10.1038/nphoton.2007.228. ISSN  1749-4885.
  11. ^ Tearney GJ, Waxman S, Shishkov M, Vakoc BJ, Suter MJ, Freilich MI и др. (ноябрь 2008 г.). «Трехмерная микроскопия коронарных артерий с помощью внутрикоронарной оптической визуализации в частотной области». JACC. Cardiovascular Imaging . 1 (6): 752–761. doi :10.1016/j.jcmg.2008.06.007. PMC 2852244. PMID 19356512  . 
  12. ^ Wijns W, Shite J, Jones MR, Lee SW, Price MJ, Fabbiocchi F и др. (декабрь 2015 г.). «Оптическая когерентная томография во время чрескожного коронарного вмешательства влияет на принятие решений врачом: исследование ILUMIEN I». European Heart Journal . 36 (47): 3346–3355. doi :10.1093/eurheartj/ehv367. PMC 4677272 . PMID  26242713. 
  13. ^ Хабара М., Насу К., Терашима М., Канеда Х., Йокота Д., Ко Э. и др. (апрель 2012 г.). «Влияние частотно-доменной оптической когерентной томографии на оптимальную имплантацию коронарного стента по сравнению с внутрисосудистым ультразвуковым контролем». Кровообращение. Кардиоваскулярные вмешательства . 5 (2): 193–201. doi : 10.1161/CIRCINTERVENTIONS.111.965111 . PMID  22456026. S2CID  3025748.
  14. ^ Vergallo R, Porto I, D'Amario D, Annibali G, Galli M, Benenati S и др. (апрель 2019 г.). «Коронарный атеросклеротический фенотип и заживление бляшек у пациентов с рецидивирующими острыми коронарными синдромами по сравнению с пациентами с долгосрочной клинической стабильностью: исследование оптической когерентной томографии in vivo». JAMA Cardiology . 4 (4): 321–329. doi :10.1001/jamacardio.2019.0275. PMC 6484796 . PMID  30865212. 
  15. ^ Holm NR, Andreasen LN, Neghabat O, Laanmets P, Kumsars I, Bennett J, et al. (Октябрь 2023 г.). «OCT или ангиографическое руководство по ЧКВ при сложных бифуркационных поражениях». The New England Journal of Medicine . 389 (16): 1477–1487. doi :10.1056/NEJMoa2307770. PMID  37634149. S2CID  261231045.
  16. ^ Али З.А., Ландмессер У., Маэхара А., Мацумура М., Шлофмиц Р.А., Гуальюми Г. и др. (октябрь 2023 г.). «ЧКВ под контролем оптической когерентной томографии и ЧКВ под контролем ангиографии». Медицинский журнал Новой Англии . 389 (16): 1466–1476. doi : 10.1056/NEJMoa2305861. ПМИД  37634188.
  17. ^ Kang DY, Ahn JM, Yun SC, Hur SH, Cho YK, Lee CH и др. (октябрь 2023 г.). «Чрескожное коронарное вмешательство под контролем оптической когерентной томографии или внутрисосудистого ультразвукового исследования: рандомизированное клиническое исследование OCTIVUS». Circulation . 148 (16): 1195–1206. doi :10.1161/CIRCULATIONAHA.123.066429. PMID  37634092.
  18. ^ Stone GW, Christiansen EH, Ali ZA, Andreasen LN, Maehara A, Ahmad Y и др. (март 2024 г.). «Имплантация коронарного стента с лекарственным покрытием под контролем внутрисосудистой визуализации: обновленный сетевой метаанализ». Lancet . 403 (10429): 824–837. doi :10.1016/S0140-6736(23)02454-6. PMID  38401549.
  19. ^ Swanson EA, Fujimoto JG (март 2017 г.). «Экосистема, которая обеспечила перевод ОКТ из фундаментальных исследований в клинические и коммерческие условия [Приглашенный]». Biomedical Optics Express . 8 (3): 1638–1664. doi :10.1364/BOE.8.001638. PMC 5480569. PMID 28663854  . 
  20. ^ Ughi GJ, Adriaenssens T, Onsea K, Kayaert P, Dubois C, Sinnaeve P и др. (февраль 2012 г.). «Автоматическая сегментация изображений оптической когерентной томографии in vivo для оценки расположения и покрытия распорок стента». Международный журнал кардиоваскулярной визуализации . 28 (2): 229–241. doi :10.1007/s10554-011-9824-3. PMID  21347593.
  21. ^ Yabushita H, Bouma BE, Houser SL, Aretz HT, Jang IK, Schlendorf KH и др. (сентябрь 2002 г.). «Характеристика атеросклероза человека с помощью оптической когерентной томографии». Circulation . 106 (13): 1640–1645. doi :10.1161/01.CIR.0000029927.92825.F6. PMID  12270856.
  22. ^ Кини А.С., Венгренюк Ю., Йошимура Т., Мацумура М., Пена Дж., Бабер У. и др. (февраль 2017 г.). «Толщина фиброзной капсулы по данным оптической когерентной томографии in vivo». Журнал Американского колледжа кардиологов . 69 (6): 644–657. дои : 10.1016/j.jacc.2016.10.028. ПМИД  27989887.
  23. ^ Nogueira RG, Ribó M (сентябрь 2019 г.). «Эндоваскулярное лечение острого инсульта». Stroke . 50 (9): 2612–2618. doi :10.1161/STROKEAHA.119.023811. PMID  31340728.
  24. ^ Chen CJ, Kumar JS, Chen SH, Ding D, Buell TJ, Sur S и др. (апрель 2018 г.). «Оптическая когерентная томография: будущее применение в цереброваскулярной визуализации». Stroke . 49 (4): 1044–1050. doi :10.1161/STROKEAHA.117.019818. PMID  29491139.
  25. ^ Gounis MJ, Ughi GJ, Marosfoi M, Lopes DK, Fiorella D, Bezerra HG и др. (январь 2019 г.). «Внутрисосудистая оптическая когерентная томография для нейроинтервенционной хирургии». Stroke . 50 (1): 218–223. doi :10.1161/STROKEAHA.118.022315. PMC 6541539 . PMID  30580737. 
  26. ^ Ughi GJ, Marosfoi MG, King RM, Caroff J, Peterson LM, Duncan BH и др. (июль 2020 г.). «Система нейроваскулярной высокочастотной оптической когерентной томографии позволяет проводить in situ цереброваскулярную объемную микроскопию». Nature Communications . 11 (1): 3851. Bibcode :2020NatCo..11.3851U. doi :10.1038/s41467-020-17702-7. PMC 7395105 . PMID  32737314. 
  27. ^ Pereira VM, Lylyk P, Cancelliere N, Lylyk PN, Lylyk I, Anagnostakou V и др. (Май 2024 г.). «Объемная микроскопия церебральных артерий с помощью миниатюрного оптического когерентного томографического зонда». Science Translational Medicine . 16 (747): eadl4497. doi :10.1126/scitranslmed.adl4497. PMID  38748771.
  28. ^ King RM, Peker A, Anagnostakou V, Raskett CM, Arends JM, Dixit HG и др. (сентябрь 2023 г.). «Высокочастотная оптическая когерентная томография — предикторы окклюзии аневризмы после лечения с помощью отвода потока в доклинической модели». Журнал нейроинтервенционной хирургии . 15 (9): 919–923. doi :10.1136/jnis-2022-019275. PMID  36002288.
  29. ^ Anagnostakou V, Epshtein M, Ughi GJ, King RM, Valavanis A, Puri AS и др. (Май 2022 г.). «Трансваскулярная in vivo микроскопия субарахноидального пространства». Журнал нейроинтервенционной хирургии . 14 (5): 420–428. doi :10.1136/neurintsurg-2021-018544. PMID  35115394.
  30. ^ Caroff J, King RM, Ughi GJ, Marosfoi M, Langan ET, Raskett C и др. (ноябрь 2020 г.). «Продольный мониторинг покрытия тканей отклоняющим поток стентом после имплантации в бифуркационную модель с использованием нейроваскулярной высокочастотной оптической когерентной томографии». Нейрохирургия . 87 (6): 1311–1319. doi :10.1093/neuros/nyaa208. PMC 7666887 . PMID  32463884. 
  31. ^ Cooney E (2024-05-15). «Чтобы обнаружить риск инсульта, крошечный зонд действует «как микроскоп» внутри кровеносных сосудов мозга». STAT . Получено 2024-05-17 .
  32. ^ Yun SH, Tearney G, de Boer J, Bouma B (ноябрь 2004 г.). «Оптическая когерентная томография с импульсным и сканирующим источником в спектральном диапазоне с уменьшенными артефактами движения». Optics Express . 12 (23): 5614–5624. Bibcode :2004OExpr..12.5614Y. doi :10.1364/opex.12.005614. PMC 2713045 . PMID  19488195. 
  33. ^ Tearney GJ, Regar E, Akasaka T, Adriaenssens T, Barlis P, Bezerra HG и др. (март 2012 г.). «Консенсусные стандарты для получения, измерения и отчетности исследований внутрисосудистой оптической когерентной томографии: отчет Международной рабочей группы по стандартизации и валидации внутрисосудистой оптической когерентной томографии». Журнал Американского колледжа кардиологии . 59 (12): 1058–1072. doi :10.1016/j.jacc.2011.09.079. PMID  22421299.
  34. ^ Fard AM, Vacas-Jacques P, Hamidi E, Wang H, Carruth RW, Gardecki JA и др. (декабрь 2013 г.). «Оптическая когерентная томография — система спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне и катетер для внутрисосудистой визуализации». Optics Express . 21 (25): 30849–30858. Bibcode :2013OExpr..2130849F. doi :10.1364/OE.21.030849. PMC 3926541 . PMID  24514658. 
  35. ^ Ughi GJ, Wang H, Gerbaud E, Gardecki JA, Fard AM, Hamidi E и др. (ноябрь 2016 г.). «Клиническая характеристика коронарного атеросклероза с помощью двухмодальной ОКТ и автофлуоресцентной визуализации в ближнем инфракрасном диапазоне». JACC. Cardiovascular Imaging . 9 (11): 1304–1314. doi :10.1016/j.jcmg.2015.11.020. PMC 5010789 . PMID  26971006. 
  36. ^ Bezerra HG, Quimby DL, Matar F, Mohanty BD, Bassily E, Ughi GJ (июль 2023 г.). «Высокочастотная оптическая когерентная томография (HF-OCT) для предоперационной коронарной визуализации: первое исследование на людях». JACC. Cardiovascular Imaging . 16 (7): 982–984. doi :10.1016/j.jcmg.2023.01.013. PMID  37407126.
  37. ^ ван дер Сиде Дж.Н., Каранасос А., ван Дитцхейзен Н.С., Окамура Т., ван Геунс Р.Дж., Валгимигли М. и др. (апрель 2017 г.). «Безопасность оптической когерентной томографии в повседневной практике: сравнение с внутрисосудистым ультразвуком». Европейский кардиологический журнал – Визуализация сердечно-сосудистой системы . 18 (4): 467–474. дои : 10.1093/ehjci/jew037 . ПМИД  26992420.