心血管疾病是全球范圍內(nèi)的主要健康殺手，而急性心臟病發(fā)作（如心肌梗死）往往發(fā)病突然、后果嚴重。傳統(tǒng)的影像學手段，如冠脈造影，雖能顯示血管狹窄程度，但難以精確評估斑塊的穩(wěn)定性，即預測其破裂風險。血管內(nèi)部激光成像技術，特別是光學相干斷層掃描（OCT）及其衍生技術，憑借其極高的分辨率，為在體、實時評估易損斑塊提供了革命性工具，使其在心臟病發(fā)作預測領域展現(xiàn)出巨大潛力。實現(xiàn)這一臨床愿景的核心，在于相關精密元件與器件的持續(xù)研發(fā)與創(chuàng)新。
核心技術原理與預測價值
血管內(nèi)OCT技術利用近紅外激光光源，通過微型探頭在血管內(nèi)旋轉(zhuǎn)掃描，獲取血管橫斷面的微觀結(jié)構圖像，分辨率可達10微米級，能清晰分辨血管壁的內(nèi)膜、中膜、外膜，以及斑塊的纖維帽、脂質(zhì)核心、鈣化、巨噬細胞浸潤等關鍵特征。易損斑塊通常具有薄纖維帽（<65微米）、大脂質(zhì)核心、以及活躍的炎癥反應（表現(xiàn)為巨噬細胞聚集）。OCT能夠精確測量纖維帽厚度、量化脂質(zhì)核心角度、識別斑塊內(nèi)巨噬細胞，從而對斑塊的破裂風險進行分層評估，實現(xiàn)對未來可能引發(fā)心臟事件的“罪犯斑塊”的事前預警。
關鍵元件與器件的研發(fā)前沿
將OCT技術成功應用于臨床預測，依賴于一系列高性能、微型化、集成化的元件與器件系統(tǒng)的支撐。其主要研發(fā)方向包括：
- 激光光源與光譜擴展：傳統(tǒng)OCT使用單一中心波長的近紅外光源。研發(fā)方向正朝著更寬光譜帶寬的掃頻光源（SS-OCT）發(fā)展，它能提供更快的掃描速度、更深的穿透深度和更好的圖像信噪比。多模態(tài)成像結(jié)合（如OCT與近紅外光譜NIRS結(jié)合）的光源與系統(tǒng)集成，能同時獲取結(jié)構信息與斑塊化學成分（如脂質(zhì)含量），極大提升了預測的準確性。
- 微型化成像導管與探頭：這是技術血管內(nèi)應用的核心器件。研發(fā)重點在于不斷縮小導管直徑（現(xiàn)已達<1毫米），提高其柔順性和通過性，以適應更復雜的血管解剖。探頭核心是微型光學組件，包括單模光纖、微型透鏡、棱鏡或反射鏡。最新的研發(fā)包括集成微機電系統(tǒng)（MEMS）掃描鏡的探頭，它能實現(xiàn)更穩(wěn)定、更快速的二維掃描，替代傳統(tǒng)的機械旋轉(zhuǎn)，提升系統(tǒng)可靠性和成像幀率。
- 高速信號處理與數(shù)據(jù)系統(tǒng)：OCT每秒產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)（可達數(shù)百MB/s）。研發(fā)高速數(shù)據(jù)采集卡、專用圖像處理芯片（如FPGA、ASIC）以及實時圖像重建與顯示算法，是實現(xiàn)術中實時診斷和快速風險評估的基礎。人工智能（AI）算法的集成，能自動識別斑塊成分、量化特征參數(shù)，減少人為誤差，實現(xiàn)標準化、智能化的風險預測。
- 功能擴展與新型對比機制：除了結(jié)構成像，研發(fā)賦予OCT功能成像能力的器件是關鍵。例如，偏振敏感OCT（PS-OCT）需要特殊的光纖和偏振控制元件，能評估膠原纖維排列，反映纖維帽的力學強度。光學微血管造影（OMAG）技術通過算法處理，無需外源性造影劑即可顯示血管壁內(nèi)的微小新生血管（斑塊內(nèi)血管生成是易損性的另一標志），相關信號處理硬件的優(yōu)化是研發(fā)重點。
挑戰(zhàn)與未來展望
盡管前景廣闊，研發(fā)仍面臨挑戰(zhàn)：成像穿透深度有限（約2-3毫米）、血液需要臨時清除以獲得清晰圖像、復雜數(shù)據(jù)的解讀標準化等。未來的器件研發(fā)將致力于：開發(fā)更長波長的光源以增加穿透深度；集成更智能的導管，如具備自動血液清除或局部給藥功能；以及構建基于多模態(tài)數(shù)據(jù)（OCT結(jié)構、NIRS化學、PS-OCT力學）的AI融合預測模型與專用處理硬件。
血管內(nèi)部激光成像技術正從一種卓越的診斷工具，向強大的心臟病發(fā)作預測工具演進。這一轉(zhuǎn)變的引擎，正是光學、微電子、材料科學和人工智能等多學科交叉驅(qū)動下的元件與器件創(chuàng)新。隨著這些關鍵技術的不斷突破與成熟，預防性、精準化的心血管疾病干預新時代將加速到來。
