郭炳辰 涂应锋 于波

分子成像（molecular imaging）于1999年由哈佛大学Weissleder等［1］提出，是一种新颖、多学科的技术，可定义为在分子和细胞水平上实时可视化，极大地增进我们对各种类型血栓，尤其是对早期血栓病理生理特点和诊疗的了解。在心血管疾病诊疗中，血栓的分子成像具有高特异性、高灵敏性及高分辨率等特点［2］。分子成像主要包括超声分子成像、磁共振成像（magnatic resonance imaging，MRI）、核素成像［正电子发射断层扫描/单光子发射计算机断层扫描（positron emission tomography/single-photon emission computed tomography，PET/SPECT）］、光学成像以及多模态成像等。非分子成像主要是在形态和功能上对疾病进行可视化研究，其核心要素是高分辨成像设备和高灵敏性、高特异性的靶向对比剂，主要包括血管内超声（intravascular ultrasound，IVUS）、光学相干断层成像（optical coherence tomography ，OCT）、OCT-IVUS联合成像、CT血管造影（computed tomography angiography，CTA）、心血管磁共振成像（cardiovascular magnetic resonance，CMR）以及血管镜与血管造影等。

1 分子成像

1. 1 超声分子成像

超声分子成像是将对比剂递送到血管系统中的特定部位，并在导致血栓形成的表面标志物的部位特异性表达。超声分子成像的先决条件在于对比剂的可用性。超声对比剂（ultrasound contrast agent，UCA）有效地使超声波反向散射，可以被检测并与周围组织区分［3］。目前，常用的UCA有微泡（micro-bubble，MB）、纳米气泡（nanobubble，NB）、相变对比剂（phase change contrast agent，PCCA）和回声脂质体（echogenic liposome，ELIP）［4］。Wang等［5］通过两个单链抗体（single-chain variable fragment，scFv）与单链尿激酶纤溶酶原激活剂（single-chain urokinase plasminogen activator，scuPA）双缀合的方式，制备了一种靶向超声诊断微泡（targeted therapeutic micro-bubbles，TT-MBs），用于血栓的诊断以及纤溶和溶栓治疗的监测。用6%的三氯化铁诱导小鼠左颈动脉血栓形成后，对诱发血栓的小鼠模型进行颈动脉超声成像。这些靶向TT-MBs与活化血小板上的血小板糖蛋白Ⅱb/Ⅲa受体特异性结合，从而实现对动脉粥样硬化血栓形成的实时分子成像。此外，对比增强超声已被广泛用于动脉粥样硬化血栓形成的早期诊断［6］，可以对MB或其他纳米粒子进行靶向选择和检测［7］。WU等［8］向小鼠的双侧颈动脉应用花生四烯酸诱导血栓形成后，并对小鼠的双侧颈动脉进行超声分子成像，在剪切力作用下，MB对血小板糖蛋白Ⅱb/Ⅲa受体具有优异的亲和力。PCCA具有高敏感性和高组织对比度，对少量结合剂更敏感，但MB提供的对比度大于PCCA提供的对比度［9］。以上研究均表明，超声分子成像能够提供血栓成分和活动性的信息，因此，超声分子成像在动脉粥样硬化血栓的早期诊断和治疗方面具有广泛的发展前景，能为动脉粥样硬化血栓的早期检测和识别提供一种相对简单，有效且可行的分子成像模式。

1. 2 MRI

MRI可以在动脉粥样硬化斑块存在的情况下识别血栓，根据成像目标的选择，可以区分活动的、新形成的血栓和陈旧的血栓［10］。MRI对血栓成像的关键在于高弛豫率的MR分子探针的设计上，以提高动脉粥样硬化血栓的成像。目前，已经开发了多种具有半衰期长、弛豫率高和不良反应小等优点的MR对比剂，如Gd-二亚乙基三胺五乙酸（gadolinium diethylenetriaminepentaacetic acid，Gd-DTPA），超顺磁性氧化铁（superparamagnetic iron oxide，SPIO）和超小超顺磁性氧化铁颗粒（ultra-small superparamagnetic iron oxide particle，USPIO）等［11］。MR对比剂（如Gd-DTPA和SPIO）已成功封装到聚乳酸共聚羟基乙酸（polylactic acid copolymeric glycolic acid，PLGA）的纳米颗粒中，可以使用MRI对其进行成像，并同时评估其对血栓的成像能力［12］。Ao等［13］的初步研究中，利用含氟烷气体和Gd-DTPA的PLGA纳米气泡制备了可通过超声分子成像和 MRI的多峰对比剂，使Gd-DTPA的血栓靶向能力、成像能力和弛豫时间得到进一步的提高。Liu等［14］证明了使用新型四氧化三铁（Fe3O4）的PLGA纳米颗粒（Fe3O4-PLGA-cRGD）进行动脉血栓形成MRI成像的可行性。Fe3O4-PLGA-cRGD可以更好地显示血栓成分和活性，具有出色的血栓靶向性和MRI成像效果。Myerson等［15］研究全氟化碳纳米颗粒在凝血酶成像和治疗早期血栓中的作用，将全氟化碳纳米颗粒与凝血酶抑制药D-苯丙氨酰基-L-脯氨酰基-L-精氨酰基-氯甲基酮（D-phenylalanyl-L-prolyl-L-arginylchloromethyl ketone，PPACK）偶联，并在颈动脉急性血栓形成的小鼠模型中递送。MRI显示这些PPACK纳米颗粒具有选择性聚集在血栓表面的能力，从而可以对高凝血酶活性区域进行成像。全氟化碳纳米颗粒还可以作为抗栓药和溶栓药的载体，成功地在急性和凝血部位表现出局部抗血栓形成和血栓溶解的作用，且不良反应小［16］。Zhang等［17］成功构建了具有双配体的光声/磁共振（photoacoustic/magnetic resonance，PA/MR）双模态纳米颗粒，在体内高剪切应力下，PA/MR双模态纳米颗粒增强了对混合血栓的靶向能力，在PA/MR双模态成像中进行血栓成像和指导溶栓治疗。这些纳米颗粒对血栓具有良好的亲和力，通过被动靶向或表面修饰方式赋予血栓成像对比度或将药物递送至靶向部分，来完成引导配体的靶向作用［18］。以上研究均表明，通过制备半衰期长、弛豫率高、靶向性高及不良反应小的新型MR对比剂，可以增强MRI在血栓分子成像上的靶向性和特异性。

1. 3 核素成像

核素成像的基本原理是通过放射性核素标记物，可以无创地在分子水平监测体内细胞代谢及功能，主要包括SPECT和PET。SPECT和PET已开始在血栓形成和易损斑块相关各种分子过程的评估中发挥作用［19］。Andrews等［20］报告了一种新的凝血因子ⅫⅠa导向的光学和PET放射性示踪剂用于体内血栓的无创成像，这种基于99mTc-NC100668的凝血因子ⅫⅠa靶向放射性示踪剂，可以作为光学近红外荧光（nearinfrared fluorescence，NIRF）探针和PET放射性示踪剂对动脉血栓成像。18氟标记的纳米颗粒（18F-GP1）是一种新型PET示踪剂，可与活化血小板表面的血小板糖蛋白Ⅱb/Ⅲa受体特异性结合［21］。Chae等［22］选取14 d内有动脉血栓形成的体征或症状，或最近接受了动脉干预手术，18F-GP1给药前5 d内通过常规成像证实动脉血栓形成的成年患者，在注射18F-GP1后获得了全身动态18F-GP1的PET/CT图像，从而分析18F-GP1清除率和代谢产物形成。所选患者均检测到动脉血栓形成，同时18F-GP1具有良好的生物分布和药动学特征。Oliveira等［23］在血栓形成的大鼠模型中，通过多峰SPECT/PET成像显示了与不同放射性示踪剂68镓、111铟或99锝（68Ga、111In或99mTc）偶联的血纤维蛋白结合肽能够与动脉血栓特异性结合。Blasi等［24］证明，使用PET示踪剂64铜（64Cu）缀合的血纤维蛋白结合肽，单次全身PET可用于检测多部位血栓形成。Uppal等［25］使用EP-2104 R和64Cu进行的双模态PET/MRI也可以显示大鼠颈动脉中的血栓形成。与其他成像方式相比，SPECT和PET对血栓目标分子成像均具有出色的灵敏性；然而，传统基于放射性核素成像方式（SPECT及PET）的空间分辨率也相对较差（SPECT 5～8 mm3；PET 3～5 mm3）。因此， SPECT和PET扫描仪都作为混合系统（即SPECT/CT、PET/CT和PET/MR）的一部分并入了高空间分辨率CT或MRI扫描仪并与之配对，从而提供了对动脉粥样硬化血栓定位和识别的高灵敏性功能成像和高分辨率空间成像［26］。

1. 4 光学成像

针对血栓中不同分子靶标的荧光标记抗体或特异性配体，荧光标记血小板以及可激活凝血酶的荧光探针已被用于研究血栓形成的光学成像［27］。Lim等［28］使用新型三维荧光发射断层扫描（f luorescence emission tomography，FLECT）成像检测小鼠体内动脉血栓形成，同时使用仅与活化血小板结合的新型氟探针（Targ-Cy7），其中包含单链抗体片段（scFv-Targ），并与NIRF染料偶联，以进行动脉粥样硬化血栓检测和识别。首先将小鼠左颈动脉暴露于氯化铁中以诱发血栓形成。然后向小鼠注射Targ-Cy7，在FLECT成像仪中对其进行扫描，从而检测到小鼠动脉内NIRF荧光信号的详细位置。通过图像重建和分析后，证明了FLECT成像能够使用特定的荧光探针来检测体内动脉血栓形成。Stein-Merlob等［29］设计并应用一种NIRF衍生的USPIO纳米颗粒CLIO-CyAm7，向患有动脉粥样硬化的兔子体内注射纳米颗粒CLIO-CyAm7，首先用血管内二维NIRF分子成像对其进行扫描，检测体内的NIRF，然后用IVUS对动脉粥样硬化结构进行评估。联合成像显示，在血栓形成的斑块中 CLIO-CyAm7纳米颗粒优先聚集在斑块-血栓界面的区域，从而检测到动脉粥样硬化血栓形成。Bonnard等［30］用脯氨酸、丙氨酸、赖氨酸和聚谷氨酸交联成颗粒，获得脯氨酸-丙氨酸-丝氨酸-赖氨酸-聚谷氨酸颗粒（proline-alanine-serine-lysinepolyglutamic acid，PASKE），然后用NIRF分子标记PASKE颗粒，在小鼠颈动脉血栓形成的模型中显示，PASKE颗粒可与活化血小板上的血小板糖蛋白Ⅱb/Ⅲa特异性结合，对动脉血栓形成的识别和检测具有很高的价值。以上研究均表明，光学成像可以提供动脉粥样硬化血栓的分子和细胞信息，对血栓早期识别提供了新的方向和思路。

1. 5 多模态成像

无论是将分子成像用于临床诊断还是研究目的，选择最合适的成像技术都需要考虑每种方法的优缺点。一种单一的成像方式可能不足以获得所有必要的信息，并且每个单一的分子成像技术都有其自身的优缺点，可能在空间分辨率和对比分辨率、穿透深度及检测阈值等方面有所不同［31］。例如，光学荧光成像可提供高灵敏性、特异性和分辨率，但其组织穿透力有限，导致定量研究对象内部深层组织中靶标的应用有限［32］。一些模态，诸如PET和SPECT，已被广泛用于可视化的代谢和生理过程中，提供了非常高的灵敏性（在微纳米摩尔范围），但空间分辨率相对较差［33］。另一方面，由于诸如MRI和CT之类的解剖学成像模态具有较高的空间分辨率，但其灵敏性相对较差（在毫摩尔范围内），因此多用于检测和识别解剖结构。应用两种模式或多种成像模式组合，可以产生有关临床前和临床应用中形态和功能的补充信息，因此，这种类型的混合多模态成像可以提供优于单一模式的协同优势［34］。将PET与MRI技术相结合，可以提供MRI解剖图像信息来克服PET或SPECT有限的空间分辨率，在图像中可以准确识别动脉粥样硬化血栓形成的区域。PET/SPECT-MR成像通过注射多峰探针，可以增强成像信号，同时减少扫描时间和对比剂剂量。与CT相比，MRI可以提供一系列生化和空间定位的代谢信息，并且无任何辐射［35］。从PET/SPECT-MR扫描获得的形态和功能补充信息，可以改善动脉粥样硬化血栓表面标志物的检测和诊断。多模态成像具有高集成的特点，只需要一次成像扫描，一个成像导管或多峰探针，即可得到同时具有高分辨率和高穿透率的综合图像。

2 非分子成像

2. 1 IVUS及OCT-IVUS联合成像

IVUS成像作为冠状动脉造影的一种辅助成像技术，已被广泛应用于临床和研究应用［36］。IVUS通过生成血管壁和管腔的横截面和纵轴图像，来评估动脉粥样硬化血管段和血栓的形成。然而，传统灰阶IVUS成像分辨率（低轴向分辨率150～200 μm）有限，在分析和识别动脉粥样硬化血栓方面有所限制［37］。IVUS可能无法清晰地看到急性的和非阻塞性的血栓，因为这些血栓中的红细胞浓度高且纤维蛋白沉积少，而IVUS成像分辨率有限。目前，通过将早期的灰阶图像改善为虚拟组织血管内超声和集成的反向散射IVUS，可以更好显示斑块组成的特征［38］。每种技术都有不同的最佳成像速度，IVUS每秒大约需要30帧，而OCT则每秒超过100帧，增加IVUS的速度会牺牲图像质量，而减慢OCT速度会延长手术时间，从而增加不良反应的风险［39］。Li等［40］研制了一种微型集成OCTIVUS探头，将OCT球形透镜和IVUS换能器背对背放置在同一轴向位置，此探头可以提供自动共配准的同轴OCT-IVUS成像， 可以实现具有实时融合的三维OCT-IVUS图像。在前瞻性临床试验中对冠状动脉内动脉粥样硬化斑块进行OCT-IVUS成像，以评估动脉粥样硬化斑块组成成分和血栓形成。利用OCT-IVUS成像定制导管，改进的超声换能器和更快的图形处理单元，混合OCT-IVUS成像系统可以每秒72帧的速度成像，可以在4 s内可视化7 cm的动脉［41］。IVUS和OCT能够提供冠状动脉壁的横截面实时可视化，但由于分辨率和穿透深度的固有局限性，IVUS和OCT都无法全面准确地评估斑块特征。IVUS和OCT的联合使用将两种成像方式的优势相互结合，实现 “1＋1＞2”的结果。目前，新开发的多模态血管内成像技术，如OCT-IVUS、多频IVUS、IVUS-近红外光谱、IVUS-血管内光声、IVUS-荧光寿命成像/时间分辨荧光光谱和IVUS-OCT荧光［42］，其中集成OCT-IVUS和多频IVUS成像系统能够提供更高分辨率和穿透深度的成像，具有广泛的发展前景。

2. 2 OCT

OCT能够准确地识别血栓、脂质、钙化、纤维帽厚度、斑块脱垂、支架贴壁不良和支架撑杆覆盖等情况［43］。OCT在评价血栓形成等方面具有独特的优势，是当前评价冠状动脉易损斑块和血栓形成有力的方式［44］。一项前瞻性多中心研究调查了OCT与定量冠状动脉造影和IVUS相比的可靠性。在100例患者队列中，OCT和IVUS均表现出良好的观察重现性，但IVUS测量值之间的变异性约为OCT的两倍［45］。OCT具有轴向10～20 μm、横向30 μm的分辨率，分辨率显著高于IVUS，可以生成高分辨率的横截面图像［46］。与IVUS相比，OCT可以获取更多有关斑块形态和血栓类型的信息，在OCT图像中的血栓可被分为高反向散射（红血栓，富含红细胞）或低反向散射（白血栓，富含血小板）两类［47］。但由于OCT的组织穿透能力不高以及衰减效应，血栓后面的图像（尤其是红血栓）变得不清楚，因此，难以准确评估血栓量，并且无法评估血栓后的斑块，尤其是在富含脂质的斑块或血栓存在的情况下，OCT并不能够实现管腔外膜的可视化［48］。Kaivosoja等［49］研究开发了一种基于计算机图像分析的方法，用于评估OCT图像中的血栓形态。通过确定OCT信号的反向散射、衰减和强度的计算机算法，并将其与当前的标准方法进行比较，应用计算机图像分析来评估血栓类型，并且与主观评估相比可以减少观察者的差异。在TOTAL-OCT研究［50］中，用OCT评估心肌梗死溶栓治疗试验血流分级Ⅱ～Ⅲ级的罪犯血管后，在支架置入前对体内血栓进行了定量分析，研究表明，通过OCT测量STEMI患者置入支架前的血栓负荷是可行且可重复的。

2. 3 CTA

经食管超声心动图目前被认为是检测左心房或左心耳中血栓形成的金标准，但这种技术非常耗时，在紧急情况下并不总是可用，并且可能会导致极大的不适感，如口咽部受伤甚至生命危险［51］。CTA检测血栓形成中显示出令人满意的敏感性和阴性预测值，但特异性和阳性预测值仍然很低，且在研究之间存在差异［52］。采用冠状动脉CTA的不同模式，如双阶段扫描方案和双重增强方案，具有更好的血栓诊断性能，然而，这些方法需要更多的辐射暴露和对比剂的使用是主要技术局限之一［53］。双阶段扫描方案，通过提高诊断特异性（98%）显示出色的诊断性能，灵敏性也保持出色。双重增强扫描方案，包括一次扫描和两次单独注射对比剂，在进行第1次对比剂推注后，仅在180 s的延迟阶段执行了1次扫描［54］。CT钙化评分和冠状动脉CTA对冠状动脉粥样斑块进行直接成像，可以更准确地确定冠状动脉斑块负荷。与CT钙化评分相比，冠状动脉CTA具有主要优势。首先，它可以识别阻塞性狭窄，其次，它可以了解斑块形态［55］。CTA不仅可以识别非钙化斑块和钙化斑块，还可以识别斑块特征以及血栓的形成。所有结果表明，冠状动脉CTA是识别动脉粥样硬化血栓的有价值成像工具。尽管CTA的图像质量有了显著改善，但其空间分辨率仍不够高，是冠状动脉CTA的主要技术局限之一。

2. 4 CMR

CMR是一种安全、通用且无创的成像方式，不含有害的电离辐射和碘对比剂，具有出色的软组织成像特征及良好的空间分辨率。CMR凭借其独特的优势，可以作为动脉粥样硬化血栓的早期发现、风险分层和长期监测的成像方式［56］。CMR能够同时评估心脏结构、功能和组织特征的能力。在冠状动脉造影和非冠状动脉造影中CMR具有很大的潜力和灵活性，在有或没有对比剂的情况下，CMR可以同时检测血管狭窄和易损斑块特征，如斑块内出血、血栓、脂质池、巨噬细胞和薄纤维帽动脉粥样硬化斑块［57］。CMR通过使用不同的T1和T2权重可以区分血栓。使用多种脉冲序列不仅可以检测冠状动脉狭窄，而且可以深入了解血栓和斑块组成，如使用T1加权3D梯度回波可以显示冠状动脉，在标准临床场强为1.5～3 T的T1加权图像的情况下，可用于区分血栓成分［58］。该方法利用了与血红蛋白（新鲜血栓的关键成分）相关的高T1信号，血栓在T1加权3D梯度回波图像上通常是明亮的高信号。在此基础上，T1加权成像可以识别管腔内斑块出血和血栓形成［59］。目前，CMR面临多个挑战，包括需要克服心脏跳动和呼吸运动产生的伪影干扰，曲折的动脉血管走向以及难以抑制血液等［60］。我们需要研发动脉粥样硬化血栓成像的专门序列来克服这些挑战，了解这些序列的独特对比度、磁场强度、成像可行性等特点，从而将CMR更多地应用于动脉粥样硬化血栓形成的相关临床领域。

2. 5 血管镜与血管造影

决定斑块命运的是血管壁的病理变化，而不是血管的狭窄程度，斑块易损性的结构和生物因素比斑块所导致的狭窄程度更为重要［61］。目前，用于动脉粥样硬化疾病检查的影像学诊断已进行了优化，但在识别动脉粥样硬化血栓病变以及预测动脉粥样硬化血栓的标志物方面存在局限性［62］。血管镜是通过可视化动脉内表面来研究动脉粥样硬化结构的血管内光学平台。冠状动脉造影是评估可疑急性冠状动脉血栓患者的标准诊断工具，第三版心肌梗死通用定义将冠状动脉血栓的血管造影作为诊断急性心肌梗死的标准之一［63］。Amraotkar等［64］通过评估80例急性心肌梗死或稳定性冠状动脉疾病患者的冠状动脉造影特征显示，所有血栓的造影特征均得到组织学确诊，且血栓造影特征的特异性很高（92%～100%），特别是球形、卵形或不规则充盈缺损和腔内染色特异性达到99%～100%。如果在独立队列试验中得到证实，这些球形、卵圆形或不规则充盈缺损或腔内染色的造影特征将对识别急性冠状动脉血栓形成的诊断具有重要价值［65］。Savastano等［66］研究开发了一种高分辨率的多峰平台，用于处理大血管表面的结构、化学和生物学图像，这项技术称为扫描纤维血管镜，在非狭窄性动脉粥样硬化斑块或中低度动脉狭窄中显示出细微的血栓形成病变，如溃疡和糜烂。

3 展望

随着分子成像与非分子成像的深入研究，动脉粥样硬化血管的成像已经从放射线照射转向了对管腔、管壁、血栓、斑块负荷和易损性的多方位评估。结合多种成像方式可以对动脉进行详细的结构和功能评估，以在诊断、风险预测和定向干预的背景下研究特定的动脉粥样硬化疾病过程。目前，多模态心血管成像提供了有关动脉粥样硬化疾病的形态和代谢状态等有价值的信息，多模态成像技术使我们有可能在体内看到几乎真实的三维血管结构，从而帮助我们做出更好的诊断和治疗决策。研究动脉血栓成像技术可以提高动脉粥样硬化斑块破裂检测的准确性，也能通过识别与不良预后相关的斑块出血，来预测斑块破裂可能导致的不良事件。在不久的将来，动脉血栓成像有可能成为心血管疾病管理的重要方面，通过选择特异性的生物标志物、靶向表位和对比剂，提高血栓性疾病以及高危易损斑块的诊断能力。动脉血栓成像将提供动脉粥样硬化血栓进展的重要信息，这对于计划和选择治疗策略非常有利，从而实现个体化治疗。随着动脉粥样硬化血栓成像技术的进一步研究，分子成像与非分子成像有望在识别、诊断和预防动脉粥样硬化血栓方面取得重大进展。利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突