科研進展

深圳先進院等合作研發業內首個心血管腔內光聲-超聲-OCT三模態成像系統

時間:2021-04-14  來源:醫工所 文本大小:【 |  | 】  【打印

  動脈粥樣硬化斑塊破裂是引發急性心梗的主要原因,由于斑塊易損性(vulnerability)的診斷需要全面獲取斑塊結構、成分和炎癥信息,因而在體成像識別和診斷易損斑塊(vulnerable plaque)長期以來一直是心血管醫學研究中的重大挑戰。臨床廣泛使用的血管內超聲、OCT等腔內影像學工具,能夠提供斑塊負荷、薄纖維帽等斑塊形態信息,但都無法準確獲得斑塊成分和炎癥等與其易損性密切相關的病理信息;最新發展的近紅外光譜技術,能夠識別斑塊脂質成分,但無法提供具有深度信息的三維脂質成像。因此,要想在臨床上準確可靠地識別易損斑塊、對病變進行風險評級,就迫切需要在腔內成像技術和工具方面有所突破。 

  近期,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所生物醫學光學與分子影像研究中心副主任龔小競團隊與復旦大學附屬中山醫院心內科葛均波院士領銜的臨床團隊,以及宋亮博士聯合創辦的深圳北芯生命科技有限公司三方密切合作,在心血管易損斑塊成像識別和診斷方向上取得重要進展,成功研發出業內首個具有在體成像潛力的血管內光聲-超聲-OCT多模態成像系統。該系統在僅有0.9mm外徑的精密成像導管內同時集成了超聲、OCT及最新的光聲光譜成像技術。該系統不僅可觀察血管壁的整體形態與微觀結構,還可同時對斑塊的脂質成分進行三維成像識別,并提供其量化的濃度信息,有望成為更準確診斷易損斑塊的創新技術工具。 

  相關成果發表在生物醫學光學領域的旗艦期刊Biomedical Optics Express2021,12(4):1934-1946IF3.921)。該研究的共同第一作者是深圳先進院的助理研究員張進珂、冷吉和復旦大學附屬中山醫院李晨光副主任醫師,復旦大學附屬中山醫院的葛均波院士及深圳先進院龔小競副研究員、解志華助理研究員為共同通訊作者。 

  研究團隊提出了多模態的成像方法,利用超聲的大穿透深度能力,觀察血管狹窄和斑塊負荷;利用OCT的精細結構分辨能力,提供纖維帽的細節信息;利用光聲光譜技術,實現斑塊的脂質成分識別和脂質濃度量化。綜合各成像模態的優勢,設計和搭建了世界上首個可在體成像的血管內多模態(光聲-超聲-OCT)成像系統,通過光電復合旋轉傳輸器件帶動微型成像導管進行旋轉-回撤成像,可同時獲取血管壁的整體形態、微觀結構、脂質識別及其濃度量化的多維度信息。為了滿足臨床活體介入成像的需求,該團隊設計并研制的多模態融合微型成像導管外徑僅有0.9mm,具有臨床轉化的潛力和高度可行性。該工作對推動易損斑塊生理病理演化和破裂機制的深入研究,以及急性心腦血管病的早期預防和介入干預,具有重要意義。 

  相關研究成果的取得,得益于產學研醫的多方共同合作,深圳先進院和復旦大學附屬中山醫院過去數年一直密切開展醫工合作,并得到深圳北芯生命科技有限公司的工程開發力量支持。該課題研究得到國家自然科學基金重大儀器項目、國家自然科學基金面上項目、國家自然科學基金青年項目、科技部數字診療重點專項課題等項目支持。 

  論文鏈接:doi.org/10.1364/BOE.420724 

 

  .a)冠狀動脈(右側照片)血管內多模態成像結果。光聲(PA)能識別脂質并與膠原成分進行區分,OCT能觀察血管壁精細結構與支架貼壁情況,超聲(US)能觀察到血管壁整體結構信息;(b)光聲光譜成像結果(1690nm1720nm1750nm),并基于此實現脂質濃度的量化與空間分布成像(最右圖); (c) 血管內多模態融合微型成像導管結構示意圖與實物圖,其外徑為0.9 mm 

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