适用于动脉粥样硬化斑块早期检测的微型三功能血管内窥镜探头的研究

Cardiac-cerebral vascular diseases contribute to the most deaths in China and in the whole world. The major cause (86%) of cardiovascular death in heart attacks and the major cause (45%) of deaths from brain aneurysm are due to less obtrusive plaques known as “vulnerable plaques” that rupture suddenly and trigger a blood clot or thrombus that blocks blood flow. Early detection of plaque lesions is the first and necessary step in preventing the lethal consequences of atherosclerosis. Diagnosis of the latent vulnerability of a plaque lesion relies on both tissue structural and chemical compositions. To achieve this goal, we propose to develop a trimodality intravascular endoscopic system that integrates optical coherence tomography (OCT), near-infrared fluorescence (NIRF) and intravascular photoacoustic (IVPA) together into one single catheter (around 1mm diameter). The combined system has the ability to image and quantify three critical characteristics of vulnerable plaques (thin fibrous cap, inflammation and large lipid pool).

随着国家经济的快速发展，心脑血管疾病的发病率也日渐提高，严重威胁着人们的身体健康。心脑血管疾病一旦发病致残致死率极高，据统计约有86%的心源性猝死和约45%的脑动脉瘤的死亡病例是由易破损的动脉粥样硬化斑块突然破裂造成的。积极预防和早期诊疗是降低患者死亡率最基础有效的手段。但目前由于血管内成像手段的限制，对动脉粥样硬化斑块（尤其是高危易破损斑块）很难进行准确的早期评估诊断。针对此问题，我们计划设计一种整合三种成像手段的微型血管内窥镜探头，将光学相干层析成像（OCT），近红外荧光成像（NIRF）和血管内光声成像（IVPA）三种成像手段有机的结合于直径约1mm的微型探头中。此三功能分别针对高危易破损斑块的三种主要特征（薄纤维帽，炎症反应，脂质内核）进行高精度的成像甄别。提供高精度，高特异性识别的动脉硬化斑块结构和病理信息，大幅提高早期诊断的准确率，预防突发性的斑块破裂。

随着经济的发展，人群中心脑血管疾病的发病率也大幅度提高。临床数据显示，约86%的心源性猝死和约45%的脑动脉瘤的死亡病例是由易破损动脉粥样硬化斑块的突然破裂造成的。目前最有效的降低死亡率的措施是预防与早期诊疗。 .目前对于动脉粥样硬化的诊断手段主要以血管成像技术为主，血管造影术一直是临床诊断动脉粥样硬化的标准手段。相对于血管造影术等体外成像的方法而言，血管内窥镜技术有其明显的优势。小型的成像内窥镜可以通过微创手术直接进入血管检测，可更准确的得到血管壁上斑块的精细结构和化学组成。目前较常见的内窥镜技术主要有，血管内超声成像技术，血管内光学相干层析成像技术(OCT)，近红外荧光成像技术，光声成像技术等。这些成像技术都有着各自的优势，如OCT成像可通过对斑块进行高分辨率成像清晰分辨纤维帽厚度，光声成像技术可以选择特异性吸收波长对斑块内核的脂质物体积做准确评估，而荧光成像可以特异性的针对斑块活跃度进行评价，诊察高炎症反应。但单独一种成像手段无法同时满足对于动脉粥样硬化斑块的全部特征的显示，基于此问题本项目提出使用三模态联合成像的方式对动脉硬化斑块进行早期诊断的设计。主要研究内容为将OCT成像，光声成像，荧光成像集成在一根血管内窥镜中，完成一个直径1mm的三功能血管内窥镜。并为此提供配套数据采集和处理系统。经研究目前已完成三功能整合内窥镜的装配和测试，直径可达到0.98mm满足设计要求。系统成像速率可达30帧/模态/秒，完成系统实时成像要求。在项目完成过程中设计装配了三种不同的内窥镜实施方案，其中基于原有设计的内窥镜可完成最初设计要求，但系统整体由声学和光学双重系统组成，成本高操作较复杂。因此在完成项目任务的基础上进行了更进一步的探索，希望通过全光系统模式可以降低系统复杂度节约成本。此项目的经验与结果为下一步生物在体实验打下很好的基础，为可能的临床实验提供技术保证。并探索全新全光方式为进一步提高系统集成度和成本打下基础。