年底，来自加拿大安大略省Hamilton总医院的几位医生首次报道了IVUS-OCT融合成像导管在人体的应用。影像融合需求和技术的出现，可以说是临床需求发展使然，完全在意料之中。20世纪90年代初期，腔内影像学被应用到临床，使医生可以在体研究不稳定斑块特征以及斑块负荷。率先应用于临床的IVUS和OCT技术证实其能够评估斑块的形态学以及病理生理学，使人们一度乐观地认为，腔内影像学技术能够准确识别引发临床事件的高危斑块。然而，近年来的病理学研究以及大规模冠状动脉粥样硬化相关研究表明目前的腔内影像学检查手段在识别不稳定斑块特征和高危病变时还存在明显局限性（PROSPECT研究证实IVUS识别的高危斑块特征预测不良事件的阳性预测价值仅有18.2%，PREDICTION研究中，IVUS识别的斑块特征以及局部血流动力学特征预测斑块进展需要血运重建治疗的阳性预测价值41%），同时随着腔内影像学对于优化PCI以及改善患者预后的临床证据越来越多，腔内影像学在临床的应用比例越来越高，但单个腔内影像学检查各有优缺点，很多时候并不能完全满足临床需求，于是人们开始探索融合不同腔内影像学检查的可能性，以期寻找腔内影像学的最佳组合，取长补短，更准确地评估斑块形态学以及病理特征，为冠脉病变和病人的全面准确评估带来新的突破。
医疗器械的微型化以及图像识别和处理技术的进步使得开发新的成像技术成为可能（诸如近红外光谱成像[nearinfraredspectroscopy，NIRS]；血管内光声成像[intravascularphotoacoustic(IVPA)imaging]；近红外荧光分子成像[nearinfraredfluorescence(NIRF)molecularimaging]；时间分辨荧光光谱[time-resolvedfluorescencespectroscopy(TRFS)]以及荧光寿命成像[fluorescencelifetimeimaging(FLIm)]），这些技术或许可以解决IVUS或者OCT的部分不足之处，并且提供了更多关于斑块形态和病理生理学的信息。
尽管如此，没有哪一种单独的技术能够全面评估斑块的方方面面。为了解决这些问题，融合成像成为趋势。腔内融合成像能够通过离线匹配不同影像学检查采集的图像或者通过两种以上不同成像方法同时采集加以实现。
近年来，这一领域有了突飞猛进的发展，越来越多的研究也进一步证实了融合成像的优势。本文即对融合成像做简单总结和概述，主要涉及技术挑战、图像融合方法的局限、双探针导管、首次应用的证据以及未来的作用等等（表1），希望能给腔内影像学研究者和新型成像设备研发人员带来新的启发和思考。
表1目前的有创成像方法和融合成像技术的优缺点
+++表示表现优异，++表示表现中等，+表示表现较差，-表示无法提供信息，NK表示不知道
01腔内影像和X线影像融合
利用IVUS和X线造影图像融合进行冠脉三维重建的第一代方法需要前瞻性采集图像以及复杂的融合重建方法（如需要参照物校正，并且需要同时成像IVUS导管和管腔轮廓），这使其在研究中的应用受到限制。目前的技术已经解决这些问题，可以利用常规的IVUS和造影图像进行回顾性重建，并且已经用于研究局部血流动力学对于斑块进展的作用（图1）。
图1利用常规冠脉造影和腔内影像学数据，
采用中心线法重建冠脉三维结构
这一融合方法主要用于研究血管剪切力ESS对于斑块进展的作用。然而由于IVUS分辨率有限，基于IVUS的建模方法重建血管内腔以及支架内节段效果不佳，而基于OCT的重建可以解决这些不足之处。
02
腔内影像学和CTA融合
第一代腔内影像学和CTA图像融合方法由vanderGiessen等人提出，方法与X线造影与腔内影像学融合的方法类似，结合中心线法和IVUS及CTA上的标志性位置（landmarks），将IVUS图像融合到识别的中心线上去。这种方法研究血管分叉更加容易，所以有不少研究者利用这种方法研究分叉病变的ESS。此外，还有学者利用CTA和IVUS的融合模拟支架植入。OCT和CTA也采用相同的方法进行融合。有学者利用CTA和IVUS，CTA和OCT融合技术研究可降解支架植入段ESS和纤维帽厚度的关系。
03
NIRS-IVUS融合成像
NIRS-IVUS融合系统是目前美国批准用于临床的主要融合成像技术。其为医生评估斑块形态和组份提供了可靠依据。NIRS和IVUS同时成像并自动匹配，其优点显而易见，IVUS可以测量斑块结构，NIRS可准确确认脂质斑块（图2）。目前商业化的NIRS-IVUS成像系统为一根包含50MHz带宽旋转IVUS和NIRS的3.2Fr导管。早期研究证实，NIRS-IVUS可以很好地识别容易引起心梗的不稳定斑块，更大样本量的研究还在进行当中。
图2NIRS-IVUS融合导管
该融合技术也有不足之处。IVUS分辨率有限，因此不能很好地测量纤维帽厚度和支架梁覆盖情况，支架或钙化病变后存在无回声区，存在血栓或高血液信号的情况下边界识别困难等；NIRS的主要不足是无法给出脂质斑块的深度信息，因此无法区分脂质斑块为浅表病变还是深部病变。
04
IVUS-OCT融合成像
在所有的腔内影像学方法中，这两种成像方法在研究和临床中使用的样本量最大。IVUS的优点为视野较大，成像深度较深，并且能穿透血液；而OCT在识别斑块成分（如脂质区域、纤维组织和血栓）方面则优于IVUS。同时OCT的分辨率更高，但损失了成像深度，因此无法评估斑块负荷和血管重构方式。
鉴于IVUS和OCT的互补特点，有很多关于整合两种成像方法的体外和在体研究。最早的体外实验中使用的融合成像导管为7.2Fr的硬管，每秒旋转1圈。后来进步为4Fr的柔性导管，这一导管中，虽然两者成像同一截面，但两者固定成90°夹角，在不均一旋转时，两者的融合可能不准确。第一个在兔子中研究的融合导管直径3.6Fr，两种成像模块在导管长轴上分开2mm。为了减少回撤过程中心脏运动导致的融合不匹配，后来又设计了背靠背的融合方式，即IVUS和OCT成°夹角，在长轴上没有偏差。
最新的设计为3Fr导管，光学导管在声学导管内部，使其直径减小，同时确保发出的声光束在同一方向（图3）。这种设计避免了两种成像模态在长轴或旋转方向的偏差，减少了旋转不均一或者心脏运动造影的融合不准确情况。这种融合结合了IVUS的成像深度以及OCT的高分辨率，同时荧光成像正在体外测试中，结合荧光成像的三模态融合导管被整合于没有鞘管直径3.6Fr的成像管里。
年12月JACCcardiovascularintervention上发表的由加拿大安大略省Hamilton总医院几位医生首次在临床应用Conavi医学有限公司开发的IVUS及OCT融合导管，NovasightHybridTM系统对冠脉进行IVUS及OCT同步显像的病例。在此例病变中，通过成像结果对比可见：OCT对近视野的夹层以及支架的贴壁看的更清楚。而深部的斑块负荷及边支，则IVUS看的更清楚。而OCT及IVUS的融合显像则弥补了彼此的不足。FDA已经批准其上市，期待看到更多的临床应用证据。
图3IVUS-OCT双模态成像导管
05
近红外荧光分子融合成像
OCT-NIRF融合成像
动脉粥样硬化和支架并发症往往与其潜在的促炎和促栓微环境相关。分子或生物学成像是一个相对较新的领域，其可以通过注射专门的显像剂和配合相应的成像系统来显示活体的分子和细胞成分。近红外荧光分子成像可以对冠脉动脉的生物学特征进行成像。为了将血管的结构信息和分子影像学信息进行匹配融合，研究人员开发出一种OCT-NIRF融合成像系统。该系统是基于2.4Fr的OCT成像平台，能够将nm的NIRF与nm的OCT信号准确融合，从而精准匹配NIFR的荧光信息和OCT的结构信息。由于荧光的不连续性，NIRF信号并不是轴向衰减的，因此NIRF信号通常是显示在血管壁的血管腔的表面。近期有研究证明OCT-NIRF系统能够定量活体兔动脉斑块的炎症（经NIRF成像半胱氨酸蛋白酶信号），并且同时通过OCT成像血管结构（图4）。
图4OCT-NIRF融合成像，利用组织蛋白酶ProSenseVM成像斑块炎症，OCT成像血管结构
另有团队设计了一种类似的OCT-NIRF双探针导管。样机直径为2.6Fr，自动回撤速度40mm/s，可以帧/秒的速度获取图像。体内试验证明该导管能够有效检测兔中富含巨噬细胞动脉粥样硬化斑块内的吲哚菁绿沉积。吲哚菁绿被证实在人体内也能够靶向颈动脉斑块，因此可能推动NIRF分子成像的临床转化。
NIRF对与斑块炎症相关分子的成像能力可以增强其对进展性/高危斑块的识别能力，并可与结构成像方法（如OCT）协同作用。此外，由于NIRF系统可以检测多种NIRF显像剂，血管内NIRF分子显像可以检测斑块蛋白酶活性、斑块巨噬细胞、异常内皮通透性和支架上纤维蛋白沉积。在临床转化方面，近期有团队发现NIRF-OCT系统可以成像人体冠状动脉斑块的nm近红外自荧光。
OCT-NIRAF融合
动脉粥样硬化的自发荧光与斑块成分相关。近期，研究人员证实NIR（–nm）可以检测nm激发自发荧光。有研究者在尸体解剖斑块中检测了近红外自发荧光信号，发现其在坏死脂质核心中最高。当这一技术与OCT融合时，可以增加检测TCFA的准确度。
IVUS-NIRF融合成像
由于近红外光可以在血液中传播，因此穿过血液对冠状动脉进行NIRF分子成像理论上是可行的。将NIRF与IVUS整合也充满前景，因为IVUS也是穿过血液成像，并且IVUS是目前应用最广泛的腔内成像方法。Dixon和Hassock设计了一种直径1.4mm(4.2Fr)的IVUS-NIRF导管，目前可用于体外血管内成像。他们还将进一步优化，使其直径减小到3Fr，能够适用于冠脉内成像，并且通过后处理重建被血液衰减的荧光信号。
06
OCT-NIRS融合成像
尽管显微结构成像加深了人们对于斑块病理学的理解，但要提高对高危病变的认识和诊断水平，需要了解动脉的化学和分子组成。虽然一些化学成分数据（如是否存在脂质）可以根据OCT信号推断出来的，但这一信息往往受限于OCT的成像深度，尤其是有表浅部位存在巨噬细胞和脂质时。
近来，研究人员开发出一种OCT-NIRS双模态成像导管，其采用双纤维排列将两种成像模态结合起来。这种导管通过单根光纤用光投照组织并利用该光纤收集OCT光的反射信号。导管内的第二根采集光纤使得光源探测器分离从而使得信号传导路径加长，这样便能够感受血管壁深部的化学成分信号。OCT-NIRS系统中OCT和NIRS均使用波长扫描光源。
OCT-NIRS导管尖端示意图如图5A所示，图5B和C显示了OCT-NIRS融合成像在识别斑块成分方面的价值。虽然OCT图像相似，NIRS数据（展示为环绕OCT图像周围的一圈衰减图谱）表明图5C中是脂质斑块，图5B中是纤维钙化斑块。这些结果表明，OCT-NIRS融合成像可以提供斑块的结构和成分信息，能够帮助医生检测纤维脂质斑块。
图5OCT-NIRS融合导管的示意图以及成像的实例
综上，近红外光谱与OCT融合探测斑块的光谱特征至少有如下作用：
（1）使得非OCT专家更容易识别纤维脂质斑块；（2）观察斑块脂质成分与微结构特征的关系；
（3）有助于脂质病变的自动分割。
07
IVUS-IVPA融合成像
血管内光声成像是一种分析化学诊断技术，它能够分析动脉粥样硬化斑块特征，特别是胆固醇酯等脂类成分。血管内光声成像可提供斑块成分的化学信息，能够检测支架梁，由于该导管内的同一个传感器还能够进行脉冲回波测量，所以该导管天生能够匹配IVUS获取的组织结构信息(图6)。与NIRS相比，IVPA的优势在于其深度分辨率，使其能够真正检测脂质相对于IVUS检测的管腔边界的空间分布位置和容积。
图6IVUS-IVPA融合成像
在过去的5年中，出现了多种IVUS-IVPA融合成像的原型机。在功能上，IVPA导管与IVUS类似，额外增加了一根光纤，用于传输光束以激发IVPA信号。光束侧向反射与声波束重叠。早期基于旋转IVUS导管设计，或者相位排列传感器相对较大。在此基础上又设计了可用于冠状动脉内扫描的微型化探头，高频换能器的图像分辨率可达35mm。近期又出现了适用于实时成像的柔性导管，使图像采集时间达到了目前商用IVUS系统的水平。未来，扩展至三模态IVPA-IVUS-OCT组合也是有可能的。
IVPA在体内的首次应用证明这种方法是评估易损斑块的强大工具，并且通过多种波长IVPA成像，能够定量斑块对于各种干预措施（器械、药物以及生活方式干预）的疗效。然而，其应用于临床之前，还需要解决一些技术问题。现有设计还存在缺陷:由于血液引起信号衰减，需要进行血液清除；脂质核较大的情况下对整个斑块进行脂质含量定量的准确度还有待提高。
08
FLIm-IVUS融合成像
近期的研究表明，利用点光谱TRFS或者FLIm测量的病变动脉荧光寿命时间与动脉内膜脂质（包括巨噬细胞内和脂质池）、胶原和弹力蛋白沉积等内膜病理变化相关，因此能够区分TCFA和厚纤维帽斑块。在此基础上诞生了结合光谱旋转FLIm和IVUS的整合导管，用于心血管疾病成像时，其能够同时成像血管壁的生物化学和形态学特征。
Bec等人首次报道了一种可同时进行多光谱FLIm和IVUS成像的旋转导管。第一个原型机直径较大（7Fr）无法用于血管内成像。在这一工作的基础上，另一个研究团队开发了一种全自动的FLIm-IVUS双峰成像系统（直径3.5Fr），该系统可用于冠脉内成像。在其设计中，光纤和IVUS传感器平行放置在一个可容纳两者的椭圆形轴上(最大直径5Fr)（图7A）。
图7FLIm-IVUS双峰成像系统的示意图和成像效果
超声和光学导管内包含商业化的3FrIVUS导管和一个普通的全内反射侧纤维，该纤维分布在一个带有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)帽的石英光纤周围（图7B）每种模态都可以移动至成像窗口，通过螺旋扫描获取数据，此时另外一种非成像模态撤离成像窗口。利用该方法对16例患者进行检查，结果表明FLIm-IVUS融合成像（敏感度89%、特异度99%）与单纯FLIm（敏感度70%、特异度98%）和单纯IVUS成像（敏感度45%、特异度94%）相比，区分不同的斑块类型的敏感度和特异度更高。但该系统目前也存在缺点，由于心脏运动，体内FLIm数据还不能像体外研究那样直接与IVUS数据匹配。
09
腔内影像学和FFR融合
以上融合成像方法多