abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC São Paulo, SP, Brazil PBYgbfDrqbhddCdwK6yMVtb 00020 S0066-782X2010000200020 S0066-782X(10)09400220 10.1590/S0066-782X2010000200020 Artigos Originais Uso da tomografia de coerência ótica intracoronariana para caracterização precisa da aterosclerose Coletta John Suzuki Nobuaki Nascimento Bruno R. Bezerra Hiram G. Rosenthal Noah Guagliumi Giulio Rollins Andrew M. Costa Marco A. Belo Horizonte Minas Gerais Universidade Federal de Minas Gerais Hospital das Clínicas Brazil Cleveland OH University Hospitals Case Medical Center Harrington McLaughlin Heart and Vascular Institute USA Cleveland Case Western Reserve University Biomedical Engineering Department United States Cleveland OH ItalyCase Western Reserve University USA 02 2010 94 2 268 272 31 10 2008 31 10 2008 20 10 2008 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

A Tomografia de Coerência Ótica (TCO) é uma nova tecnologia de imagem baseada em interferometria de baixa coerência que utiliza a dispersão de luz quase-infravermelha como uma fonte de sinal para fornecer imagens transversais vasculares com definição muito superior à de qualquer outra modalidade disponível. Com uma resolução espacial de até 10μm, a TCO fornece uma resolução 20 vezes maior do que o ultrassom intravascular (USIV), a modalidade atualmente mais utilizada para obter imagens intra-coronárias. A TCO tem uma capacidade de fornecer um entendimento das várias fases da doença aterosclerótica e a resposta vascular ao tratamento. Estudos tem mostrado a capacidade da TCO em detectar estruturas arteriais e ajudar na determinação de diferentes constituintes histológicos. Sua capacidade de distinguir diferentes graus de alterações ateroscleróticas e os vários tipos de placas, quando comparada à histologia, tem sido recentemente demonstrada com correlações inter e intra-observador aceitáveis para esses achados. A TCO fornece uma resolução endovascular excepcional em tempo real in vivo, que tem sido explorada para avaliar as estruturas vasculares e a resposta ao uso do equipamento. Embora a profundidade permaneça uma limitação para a caracterização de placa além de 2 mm através da TCO, uma resolução próxima à histológica pode ser obtida dentro do primeiro milímetro da parede do vaso, permitindo uma avaliação extraordinária das características e espessura da capa fibrosa. Além disso, a avaliação da cobertura de neoíntima, padrões de tecido para-haste e aposição de stent podem agora ser escrutinizados para hastes individuais na escala de mícrons, a assim chamada análise em nível de haste. A TCO levou a imagem intravascular ao nível de mícron na análise vascular in vivo e espera-se que breve se torne uma ferramenta valiosa e indispensável para cardiologistas em aplicações clínicas e de pesquisa.

 Tomografia de coerência ótica aterosclerose vasos coronários 05 05 2010

ARTIGO DE REVISÃO

Uso da tomografia de coerência ótica intracoronariana para caracterização precisa da aterosclerose

Use of optical coherence tomography for accurate characterization of atherosclerosis

John ColettaI; Nobuaki SuzukiI; Bruno R. NascimentoII; Hiram G. BezerraI; Noah RosenthalI; Giulio GuagliumiIII; Andrew M. RollinsIV; Marco A. CostaI

IHarrington McLaughlin Heart and Vascular Institute, University Hospitals Case Medical Center, and Case Western Reserve University, Cleveland, OH, USA

IIHospital das Clínicas da Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG, Brazil

IIIAzienda Ospedaliera Ospedali Riuniti di Bergamo, Bergamo, ItalyCase Western Reserve University, Cleveland, OH, USA

IVBiomedical Engineering Department, Case Western Reserve University, Cleveland, USA

Correspondência

RESUMO

A Tomografia de Coerência Ótica (TCO) é uma nova tecnologia de imagem baseada em interferometria de baixa coerência que utiliza a dispersão de luz quase-infravermelha como uma fonte de sinal para fornecer imagens transversais vasculares com definição muito superior à de qualquer outra modalidade disponível. Com uma resolução espacial de até 10μm, a TCO fornece uma resolução 20 vezes maior do que o ultrassom intravascular (USIV), a modalidade atualmente mais utilizada para obter imagens intra-coronárias. A TCO tem uma capacidade de fornecer um entendimento das várias fases da doença aterosclerótica e a resposta vascular ao tratamento. Estudos tem mostrado a capacidade da TCO em detectar estruturas arteriais e ajudar na determinação de diferentes constituintes histológicos. Sua capacidade de distinguir diferentes graus de alterações ateroscleróticas e os vários tipos de placas, quando comparada à histologia, tem sido recentemente demonstrada com correlações inter e intra-observador aceitáveis para esses achados. A TCO fornece uma resolução endovascular excepcional em tempo real in vivo, que tem sido explorada para avaliar as estruturas vasculares e a resposta ao uso do equipamento. Embora a profundidade permaneça uma limitação para a caracterização de placa além de 2 mm através da TCO, uma resolução próxima à histológica pode ser obtida dentro do primeiro milímetro da parede do vaso, permitindo uma avaliação extraordinária das características e espessura da capa fibrosa. Além disso, a avaliação da cobertura de neoíntima, padrões de tecido para-haste e aposição de stent podem agora ser escrutinizados para hastes individuais na escala de mícrons, a assim chamada análise em nível de haste.

A TCO levou a imagem intravascular ao nível de mícron na análise vascular in vivo e espera-se que breve se torne uma ferramenta valiosa e indispensável para cardiologistas em aplicações clínicas e de pesquisa.

Palavras-chave: Tomografia de coerência ótica, aterosclerose, vasos coronários.

Introdução

A Tomografia de Coerência Ótica (TCO) é uma nova tecnologia de imagem que fornece imagens transversais tomográficas para estruturas biomédicas com definição muito maior do que qualquer outra atualmente disponível1. A capacidade de resolução da TCO é devido ao uso de luz quase infravermelha como sua fonte de sinal. Os tecidos biológicos tem limitada absorção dessa frequência de luz e reflete ou retrodispersa essa energia. Usando essas propriedades, a TCO é capaz de obter resolução espacial de até 10μm, pelo menos 10 vezes aquela obtida com o ultrassom intravascular (USIV)2-5. Esse aumento da resolução, entretanto, acontece a expensas da penetração no tecido. A absorção e dispersão da luz pelos tecidos biológicos limita a TCO a uma profundidade < 2mm no tecido endovascular6. Entretanto, o aumento da resolução permite uma exibição precisa dos componentes vasculares menores do que a capacidade de resolução do USIV, como por exemplo, de ateromas de capa fina. Estudos tem validado a capacidade da TCO em identificar e diferenciar de forma precisa componentes ateroscleróticos. Além das aplicações em pesquisa, a TCO certamente terá um papel importante na prática intervencionista de rotina, já que fornece uma clara distinção entre lúmen e interface de parede de vaso, o que não é sempre alcançado com o USIV. A imagem endovascular, na prática clínica diária, é essencialmente baseada nas dimensões transversais do lúmen para guiar tanto a indicação quanto os resultados da intervenção percutânea.

O objetivo desse estudo é descrever de forma concisa os aspectos técnicos da aquisição de imagem por TCO, resumir dados sobre o uso da TCO em avaliação por imagem de aterosclerose e artérias coronárias e apresentar novos usos da TCO em modalidades terapêuticas.

Aquisição da Imagem por TCO

O cateter atualmente comercialmente disponível consiste em uma fibra ótica de modo único em um cabo oco com movimento de rotação ou translação que emite e escaneia o raio da TCO radialmente a partir do eixo do cateter (TCO de domínio de tempo)6. O diâmetro do fio com transdutor tem um tamanho de 0,014 polegadas. A sonda termina em uma fibra ótica, a qual é recoberta por uma estrutura de plástico transparente. A luz é emitida radialmente ao tecido endovascular. Uma parte da luz é refletida das estruturas vasculares e retorna ao fio, o qual também recebe esse sinal. O sinal retrodissipado é analisado em relação à intensidade do sinal de retorno, bem como o "time-of-flight" (tempo de vôo), quando ele retorna da amostra. À medida que o fio é rotado, ele adquire um fluxo contínuo de informações. Um computador acoplado processa as informações obtidas e fornece uma estrutura transversal, ou biópsia ótica do vaso. A remoção do fio é feita de forma mecânica, o que permite a avaliação longitudinal do vaso-alvo. As velocidades atuais de remoção de 1mm/s fornecem aproximadamente 15 a 30 quadros por mm. Uma grande limitação do procedimento na TCO intravascular é a necessidade de deslocar o sangue durante a aquisição de imagens, devido à atenuação do sinal causada pelas células vermelhas do sangue. Atualmente, este deslocamento é obtido através de uma pressão baixa "over-the-wire", oclusão proximal do balão e infusão de solução de Ringer lactato ou solução salina normal durante a remoção. O sistema atual da TCO consiste de uma fibra ótica, um cateter balão de oclusão de baixa pressão (Helios<sup>TM</sup>Goodman, Advantec Vascular Corp™ Sunnyvale, CA, EUA) em um carro móvel do sistema TCO contendo o equipamento de imagem ótica e um computador para aquisição de sinal, análise e reconstrução da imagem (M2CV OCT Imaging System, LightLab, Westford, MA, EUA). Resultados de estudos demonstraram a segurança desse sistema, com taxas de sucesso do procedimento maiores do que as obtidas com o USIV2. Entretanto, uma cuidadosa seleção de pacientes é crítica para uma aquisição de imagens segura e adequada. Os vasos adequados para o escaneamento por TCO normalmente tem entre 2,5 e 3,75 mm de diâmetro, sem tortuosidade excessiva (< 90° curvatura), sem colaterais visíveis e com comprimento suficiente de segmentos proximais livres de doença para que o balão seja insuflado.

A próxima geração dos sistemas TCO é baseada em ótica do domínio das frequências (OFDI). Os componentes espectrais individuais da luz de baixa coerência são detectados separadamente, o que melhora de forma significante a razão sinal/ruído, comparado à TCO atualmente disponível de "domínio de tempo". Utilizando-se cateteres flexíveis, de diâmetro estreito, imagens com 500 linhas A radiais por quadro são adquiridas a uma taxa de aproximadamente 100 quadros por segundo, o que permite a aquisição de imagens em tempo real a uma velocidade de remoção de 15 mm/s durante o breve deslocamento de sangue através de uma única infusão de solução salina, sem a necessidade de oclusão do vaso. Esses novos sistemas TCO estarão disponíveis brevemente, embora sua validação clínica ainda precise ser demonstrada. O sistema OFDI M4 da LightLab brevemente iniciará um estudo de viabilidade da FDA. Volcano e Terumo também tem protótipos do sistema OFDI-TCO que foram usados em seres humanos durante demonstrações de casos ao vivo em encontros internacionais e espera-se que se tornem disponíveis no futuro.

Avaliação da Aterosclerose Vascular

A aquisição de imagem pela TCO utiliza luz com um comprimento de onda central de cerca de 1.300nm, que produz, baseado em interferometria de baixa coerência, imagens com uma resolução axial de até 10 μm e resolução lateral de até 20μm. Similar ao USIV, estudos in vitro e in vivo sugerem que a alta definição da TCO possa permitir a distinção de estruturas arteriais microscópicas e ajudar na determinação de diferentes constituintes histológicos, incluindo lipídios, cálcio e tecido fibroso2 (Figuras 1, 2 e 3). Em um estudo de aterosclerose em coelhos, Zimarino e cols.7 demonstraram em artérias carótidas danificadas, que a TCO era capaz de detectar mudanças histológicas ateroscleróticas classificadas além do grau III ("pools" de lipídios extracelulares), mas não mudanças sutis (Graus I e II)7. A TCO tem se mostrado altamente sensível e específica para caracterizar diferentes tipos de placas ateroscleróticas em artérias coronárias humanas, com variabilidade inter- e intra-observador muito aceitáveis. Yabushita e cols8, examinando 357 segmentos arteriais de 90 cadáveres, demonstraram uma sensibilidade de 79%, 95% e 90% e especificidade de 97%, 97% e 92% para TCO na detecção de placas fibrosas, fibrocalcificadas e ricas em lipídios, respectivamente, comparada à análise histológica2. Estudos adicionais de TCO realizados em 76 pacientes demonstraram que os coeficientes de correlação intra-observador para diâmetro luminal mínimo e área luminal mínima eram de 0,999 e 0,999, com porcentagem de erro de 2,0 ± 1,1% e 2,5 ± 2,4%, respectivamente. Os coeficientes de correlação inter-observador eram de 0,997 e 0,998, com porcentagem de erro de 2.7 ± 2,1% e 4,6 ± 6,8%, respectivamente8.

Com esses dados, os investigadores analisaram a capacidade da TCO de detectar componentes adicionais da aterosclerose. Investigações anteriores mostraram que a ruptura de placas na síndrome coronária aguda é frequentemente encontrada no chamado "ombro" das placas ateromatosas, com um grande centro lipídico e uma capa fibrosa fina, chamada de "fibroateroma de capa fina" (TCFA)9. Foi determinado que a espessura da capa da TCFA associada com a ruptura da placa era menor que 65 mícrons10, bem abaixo da capacidade de resolução do USIV. Kume e cols.11 demonstraram a capacidade da TCO de medir de forma precisa a espessura da capa fibrosa, quando comparada à análise histológica. Estudos de necrópsia adicionais mostraram uma sensibilidade de 92% e uma especificidade de 75% para a detecção de TCFA por TCO, quando comparada à histologia12.

O objetivo da imagem intravascular não é apenas expor uma doença estabelecida, mas também detectar os estágios iniciais da doença a fim de que tais áreas sejam submetidas à intervenção terapêutica. Estudos anteriores identificaram o papel da infiltração de macrófagos de placas ateroscleróticas e eventos clínicos9,13. Ao identificar a variância de sinal na TCO, MacNeill e cols.14 demonstraram uma maior densidade de macrófagos em placas fibrosas e ricas em lipídios, em pacientes com doença arterial coronariana instável versus estável. Estudos adicionais estabeleceram uma correlação muito significante entre a TCO e as medidas histológicas da densidade de macrófagos em capas fibrosas15.

Aterosclerose intensa pode levar à ruptura de placa e introdução de constituintes da parede vascular na circulação sanguínea. A capacidade de uma modalidade de aquisição de imagens intravasculares em identificar mesmo pequenas áreas de trombos pode identificar áreas de injúria tecidual e mais uma vez destacar áreas para intervenção terapêutica. A capacidade da TCO em detectar trombose intravascular (Figura 4) foi estudada em modelos animais com coelhos e mostrou boa correlação com os achados histológicos16. Investigação seminal pós-morte determinando a acurácia da TCO em detectar trombos mostrou a capacidade da TCO em identificar a diferenciar trombos vermelhos de brancos17. Nos estágios iniciais da formação do trombo, constituintes das células sanguíneas são aprisionados dentro do trombo que está se organizando rapidamente. À medida que o trombo amadurece, e se torna mais fibroso e menos celular, ele muda de "vermelho" para "branco". Essa importante distinção pode ajudar a determinar a melhor estratégia terapêutica. Esses impressionantes resultados in vitro não podem ser esperados na aquisição de imagens in vivo, devido ao sangue, tortuosidade do vaso, posição do fio e artefatos induzidos por movimento. Entretanto, esses estudos de validação fornecem forte apoio cientifico às propriedades especiais da tecnologia da TCO, que representam um grande avanço no estudo de imagens endovasculares.

Avaliação por TCO para intervenções coronárias percutâneas

O impacto do diâmetro luminal mínimo (DLM) nos desfechos clínicos em pacientes com intervenção coronária percutânea (ICP) atual tem sido relatado de forma extensa18. Entretanto, a medida da área luminal através do USIV ainda necessita de considerável interpolação manual e pode não ser realista em algumas situações clínicas. Por outro lado, o algoritmo de detecção de contorno automatizado online (colaboração entre o University Hospitals Case Medical Center Core Laboratory, Cleveland, OH e LightLab Imaging Inc., Westford, MA) permite o delineamento instantâneo e a medidas da área luminal virtualmente sem interferência do observador devido à clara diferença em intensidade entre o lúmen e a parede do vaso mostrados pela TCO. A capacidade da TCO em delinear tais interfaces permite uma menor interpolação do que com outras modalidades de imagens disponíveis clinicamente. Dessa forma, a reprodutibilidade das medidas do DLM pela TCO tem sido muito boa19.

Embora a maior parte das medidas de artérias coronárias mostrem correlações aceitáveis entre a TCO e o USIV, algumas variáveis (diâmetro luminal mínimo e área luminal mínima) parecem ser subestimados pela TCO. Tem sido proposto que isto pode ser o resultado de pressão intravascular mais baixa durante a aquisição da imagem2. Alternativamente, o maior diâmetro da sonda do USIV pode artificialmente dilatar o lúmen, enquanto o fio menor da TCO pode mostrar um contorno luminal real sem distorção.

Avaliação da cobertura neointimal e aposição de stent

A capacidade da TCO em fornecer resolução endovascular sem igual tem sido utilizada para avaliar a resposta vascular à instalação de dispositivos. Agora é possível realizar análise no nível de haste de stents, a avaliação da resposta vascular em hastes individuais de stents. Variáveis tais como crescimento neointimal e aposição de stents agora podem escrutinizadas para hastes individuais na escala de mícrons. A correlação entre essa avaliação detalhada e o desfecho clínico permanece incerta.

Devido ao fato de a fonte de luz da TCO não poder penetrar metais, aconselha-se cautela na interpretação de hastes individuais de stents, já que o sinal de alta intensidade da imagem da TCO não representa a morfologia da verdadeira haste (Figure 5). Usando o software mencionado anteriormente, a espessura da sombra de alta intensidade representando a haste do stent foi determinada. As medidas da espessura de 2,250 hastes em 471 imagens transversais de TCO foram obtidas 6 meses após a implantação do stent Taxus Liberte. As medidas foram determinadas ao longo do vetor, cujo ponto inicial estava localizado no centróide do vaso. É interessante observar que a espessura média medida era de 37±8 μm (20-70 μm) (Suzuki N, Costa MA; dados não publicados), o que é definitivamente menor do que a real espessura da haste (97 μm). Esta inadequada espessura de haste foi observada por outros20. Sendo assim, a estrutura de alta intensidade não pode representar a espessura da haste, mas ao invés disso, é um reflexo da superfície da haste. Isto mostra a necessidade de padronização da interpretação de dados e relato de estratégias.

Dados recentes sugerem que as taxas de aposição incompleta e hastes não-cobertas são de até 6% (Figura 5) e 15%, respectivamente, após a implantação de stents eluidores de fármacos (SEF), mais altas do que stents de metal não revestidos (SMNR): 0,1% e 1%, respectivamente, em um acompanhamento de 3 meses, na sua maioria em segmentos em bifurcação e sobrepostos21,22. Além disso, dois anos após a implantação dos stents, a frequência de hastes que permaneceram sem endotelização foi mais alta do que no grupo SEF. A crença de que a cobertura das hastes pela TCO é um marcador de endotelização é uma extrapolação grosseira; o endotélio é uma camada única de células microscópicas, que é clinicamente "invisível" mesmo para a melhor modalidade de exame de imagem, isto é, a TCO. Além disso, os segmentos coronários doentes, mesmo antes da intervenção, são desnudos de ou apresentam endotélio disfuncional. Independente da presença ou ausência de um endotélio funcional, tem sido proposto que uma razão de hastes não-cobertas para o total de hastes por imagem transversal da TCO pode predizer aqueles pacientes em risco de trombose tardia de stent21,23-25. Isto, e muitas outras hipóteses interessantes, ilustram a abundância potencial de informações que podem agora ser obtidas utilizando-se a TCO para adquirir imagens intravasculares.

Agradecimentos

Agradecimentos especiais ao LightLab Imaging, a LLC por fornecer imagens para este artigo e, por seu contínuo apoio e colaboração, agradecemos ao Harrington McLaughlin Heart and Vascular Institute, University Hospitals Case Medical Center, Cleveland, Ohio.

Potencial Conflito de Interesses

Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.

Fontes de Financiamento

O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.

Vinculação Acadêmica

Não há vinculação deste estudo a programas de pós-graduação.

Correspondência:

Marco A. Costa

Harrington McLaughlin Heart and Vascular Institute

University Hospitals Case Medical Center

11100 Euclid Avenue

Cleveland, Ohio 44106, USA

E-mail:

marco.costa@uhhospitals.org

Artigo recebido em 20/10/08; revisado recebido em 31/10/08; aceito em 31/10/08.

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Various optical coherence tomographic findings in restenotic lesions after sirolimus-eluting stent implantation Int J Cardiol 2009 263 5 2 134 Takano M Xie Y Murakami D Inami S Yamamoto M Ohba T 24. Finn AV, Joner M, Nakazawa G, Kolodgie F, Newell J, John MC, et al. Pathological correlates of late drug-eluting stent thrombosis: strut coverage as a marker of endothelialization. Circulation. 2007; 115: 2435-41. Pathological correlates of late drug-eluting stent thrombosis: strut coverage as a marker of endothelialization Circulation 2007 2435 41 115 Finn AV Joner M Nakazawa G Kolodgie F Newell J John MC 25. Takano M, Yamamoto M, Inami S, Murakami D, Seimiya K, Ohba T, et al. Long-term follow-up evaluation after sirolimus-eluting stent implantation by optical coherence tomography: do uncovered struts persist? J Am Coll Cardiol. 2008; 51 (9): 968-9. Long-term follow-up evaluation after sirolimus-eluting stent implantation by optical coherence tomography: do uncovered struts persist? J Am Coll Cardiol 2008 968 9 9 51 Takano M Yamamoto M Inami S Murakami D Seimiya K Ohba T Original Articles Use of optical coherence tomography for accurate characterization of atherosclerosis

Optical coherence tomography (OCT) is a novel imaging technology based on low-coherence interferometry that uses scattering of near-infrared light as a signal source to provide vascular cross-sectional imaging with definition far superior to any other available modality. With spatial resolution of up to 10μm, OCT provides 20-fold higher resolution than intravascular ultrasound (IVUS), currently the most used modality for intra-coronary imaging. OCT has the capacity to provide invaluable insight into the various phases of atherosclerotic disease and vascular response to therapeutics. Studies have shown the ability of OCT to detect arterial structures and assist in the determination of different histological constituents. Its capacity to distinguish different grades of atherosclerotic changes and the various types of plaques, as compared to histology, has recently been demonstrated with acceptable intra-observer and inter-observer correlations for these findings. OCT provides unrivaled real-time in vivo endovascular resolution, which has been exploited to assess the vascular structures and response to device deployment. While depth remains a limitation for OCT plaque characterization beyond 2-mm, near-histological resolution can be achieved within the first millimeter of the vessel wall allowing unique assessment of fibrous cap characteristics and thickness. In addition, assessment of neointimal coverage, para-strut tissue patterns and stent apposition can now be scrutinized for individual struts on the micron scale, the so-called strut-level analysis. OCT has propelled intravascular imaging into micron-level in vivo vascular analysis and is expected to soon become a valuable and indispensable tool for the cardiologists on both clinical and research applications.

 Optical coherence tomography atherosclerosis intravascular imaging

REVIEW ARTICLE

John ColettaI; Nobuaki SuzukiI; Bruno R. NascimentoII; Hiram G. BezerraI; Noah RosenthalI; Giulio GuagliumiIII; Andrew M. RollinsIV; Marco A. CostaI

IHarrington McLaughlin Heart and Vascular Institute, University Hospitals Case Medical Center, and Case Western Reserve University, Cleveland, OH, USA

IIHospital das Clínicas da Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG, Brazil

IIIAzienda Ospedaliera Ospedali Riuniti di Bergamo, Bergamo, ItalyCase Western Reserve University, Cleveland, OH, USA

IVBiomedical Engineering Department, Case Western Reserve University, Cleveland, USA

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SUMMARY

Optical coherence tomography (OCT) is a novel imaging technology based on low-coherence interferometry that uses scattering of near-infrared light as a signal source to provide vascular cross-sectional imaging with definition far superior to any other available modality. With spatial resolution of up to 10μm, OCT provides 20-fold higher resolution than intravascular ultrasound (IVUS), currently the most used modality for intra-coronary imaging. OCT has the capacity to provide invaluable insight into the various phases of atherosclerotic disease and vascular response to therapeutics. Studies have shown the ability of OCT to detect arterial structures and assist in the determination of different histological constituents. Its capacity to distinguish different grades of atherosclerotic changes and the various types of plaques, as compared to histology, has recently been demonstrated with acceptable intra-observer and inter-observer correlations for these findings.

OCT provides unrivaled real-time in vivo endovascular resolution, which has been exploited to assess the vascular structures and response to device deployment. While depth remains a limitation for OCT plaque characterization beyond 2-mm, near-histological resolution can be achieved within the first millimeter of the vessel wall allowing unique assessment of fibrous cap characteristics and thickness. In addition, assessment of neointimal coverage, para-strut tissue patterns and stent apposition can now be scrutinized for individual struts on the micron scale, the so-called strut-level analysis.

OCT has propelled intravascular imaging into micron-level in vivo vascular analysis and is expected to soon become a valuable and indispensable tool for the cardiologists on both clinical and research applications.

Key Words: Optical coherence tomography, atherosclerosis, intravascular imaging

Introduction

Optical coherence tomography (OCT) is a novel optical imaging technology that provides cross-sectional tomographic imaging for biomedical structure with definition far superior to any other currently available modality1. The resolution capacity of OCT is due to the use of near-infrared light as its signal source. Biologic tissues have limited absorption of this light frequency and reflect or backscatter this energy. Utilizing these properties, OCT is able to obtain spatial resolution of up to 10μm, at least 10-fold that of intravascular ultrasound (IVUS)2-5. This increased resolution, however, comes at the expense of tissue penetration. The absorption and scattering of light by biological tissues limits OCT to a depth of < 2mm in endovascular tissue6. However, the enhanced resolution allows accurate depiction of vascular components smaller than the resolution capacity of IVUS, for example thin-capped atheroma. Studies have validated the ability of OCT to accurately identify and differentiate atherosclerotic components. Beyond research applications, OCT will likely play a major role in routine interventional practice, as it provides a clear distinction between lumen and vessel wall interface, which is not always achieved with IVUS. Endovascular imaging in daily clinical practice is essentially based on lumen cross-sectional dimensions to guide both indication and results of percutaneous interventions. In this article, we aim to briefly describe the technical aspects of OCT image acquisition, summarize data on the use of OCT in atherosclerosis and coronary artery imaging, and present novel uses of OCT in therapeutic modalities.

OCT image acquisition

The current, commercially available catheter consists of a single-mode optical fiber in a hollow rotating or translating cable that emits and scans the OCT beam radially from the catheter axis (time domain OCT).6 The diameter of the wire with transducer is as small as 0.014 inches. The probe terminates in an optical fiber, which is enclosed in a transparent plastic housing. Light is emitted radially to the endovascular tissue. A portion of the light is reflected from vascular structures and returns to the wire, which also receives this signal. The backscattered signal is analyzed for both the intensity of the returning signal, as well as time-of-flight, as it returns from the sample. As the wire is rotated, it acquires a continuous stream of information. An attached computer processes the information obtained and renders a cross-sectional frame, or optical biopsy of the vessel. Wire pull-back is performed mechanically, which enables longitudinal assessment of the target vessel. Current pull-back speeds of 1mm/sec provide approximately 15 to 30 cross-sectional frames per mm. One major procedural limitation of intravascular OCT is the need to displace blood during imaging, because of signal attenuation caused by red blood cells. Currently, this displacement is accomplished by an over-the-wire low pressure, proximal balloon occlusion and flushing with either lactated Ringer's or normal saline during the pullback. The current OCT system consists of an optical fiber, a proximal low-pressure occlusion balloon catheter (Helios<sup>TM</sup>Goodman, Advantec Vascular Corp™ Sunnyvale, CA, USA) and an OCT system mobile cart containing the optical imaging engine and computer for signal acquisition, analysis and image reconstruction (M2CV OCT Imaging System, LightLab, Westford, MA, USA). Study results demonstrated the safety of this system, with procedural success rates higher than IVUS2. However, careful patient selection is critical for safe and adequate image acquisition. Vessels suitable for OCT scan are normally between 2.5 and 3.75 mm in diameter, without excessive tortuosity (< 90° bend), without visible collaterals and with sufficient length of non-diseased proximal segment for balloon inflation.

New generation OCT systems are based on optical frequency domain imaging (OFDI). Individual spectral components of low coherence light are detected separately, which improves significantly signal-to-noise ratio compared to the current available "time-domain" OCT. Using flexible, narrow-diameter catheters, images with 500 radial A-lines per frame are acquired at a rate of approximately 100 frames per second, which allows real-time image acquisition at pullback speed of 15mm/sec during very brief displacement of blood by single bolus infusion of saline, without the need for vessel occlusion. These new OCT systems will soon be available, although clinical validation remains to be demonstrated. The LightLab OFDI M4 system will start an FDA-clinical feasibility study soon, Volcano and Terumo also have OFDI OCT prototypes that have been used in humans during live case demonstrations at international meetings and are expected to become available in the future.

Evaluation of vascular atherosclerosis

The OCT image acquisition uses light with a central wavelength at about 1300nm, which produces, based on low-coherence interferometry, images with axial resolution of up to 10μm and lateral resolution up to 20μm. Similar to IVUS, in vitro and in vivo studies suggest that the high definition of OCT can enable the distinction of microscopic arterial structures and assist in determination of different histological constituents including lipid, calcium and fibrous tissue2 (Figures 1-3). In a rabbit model of atherosclerosis, Zimarino et al7 demonstrated in injured carotid arteries that OCT was capable of detecting histologic atherosclerotic changes classified beyond grade III (extracellular lipid pools), but not subtle changes (grades I and II)7. OCT has been shown to be highly sensitive and specific for characterizing different types of atherosclerotic plaques in human coronary arteries, with very acceptable inter-observer and intra-observer variability. Yabushita, et al8, examining 357 arterial segments of 90 cadavers, demonstrated sensitivity of 79%, 95% and 90% and specificity of 97%, 97% and 92% for OCT detection of fibrous, fibrocalcific and lipid-rich plaques, respectively, compared to histological examination2. Additional OCT studies performed in 76 patients found that the intra-observer correlation coefficients for minimal lumen diameter and minimal lumen area were 0.999 and 0.999, with percent errors of 2.0 ± 1.1% and 2.5 ± 2.4%, respectively. Inter-observer correlation coefficients were 0.997 and 0.998, with percent errors of 2.7 ± 2.1% and 4.6 ± 6.8%, respectively8.

With this background, investigators probed the ability of OCT to detect additional components of atherosclerosis. Previous investigation has shown that plaque rupture in acute coronary syndrome is often found at the shoulder of atheromatous plaques with a large lipid core and a thin fibrous cap, termed thin-capped fibrous atheroma (TCFA)9. It was determined that the cap thickness of TCFA associated with plaque rupture was under 65 micron10, well under the resolution capacity of IVUS. Kume, et al11 demonstrated the ability of OCT to accurately measure fibrous cap thickness as compared to histology. Further post-mortem studies showed a sensitivity of 92% and a specificity of 75% for OCT detection of TCFA as compared to histology12.

The goal of intravascular imaging is not only to depict established disease, but also to detect early stages of disease in order to target those areas for therapeutic intervention. Previous studies identified the role of macrophage infiltration of atherosclerotic plaques and clinical events9,13. By identifying OCT signal variance, MacNeill et al14 demonstrated greater macrophage density, both for fibrous and lipid-rich plaques in patients with unstable versus stable coronary artery disease. Further studies established a very significant correlation between OCT and histologic measurements of fibrous cap macrophage density15.

Unabated atherosclerosis may lead to plaque rupture and introduction of vascular wall constituents to the bloodstream. The ability of an intravascular imaging modality to identify even small areas of thrombus can identify areas of tissue injury and once again highlight areas for therapeutic intervention. The capacity of OCT to detect intravascular thrombosis (Figure 4) was studied in rabbit models and showed good correlation with histological findings16. Seminal post-mortem investigation determining the diagnostic accuracy OCT to detect coronary thrombus showed the ability of OCT to identify and differentiate red and white thrombi17. In the early stages of thrombus formation, blood cell constituents are trapped within the rapidly organizing thrombus. As the thrombus matures and becomes more fibrous and less cellular, the thrombus turns from "red" to "white." This important distinction may aid in determining optimal therapeutic strategy. These impressive in vitro results should not be expected for in vivo imaging, because of blood, vessel tortuosity, position of the wire and motion induced artifacts. Nevertheless, these validation studies provide strong scientific support for the unique properties of OCT technology, which represents a major advance in endovascular imaging.

OCT evaluation for percutaneous coronary interventions

The impact of minimal lumen diameter (MLA) on clinical outcomes in patients with contemporary percutaneous coronary intervention (PCI) has been extensively reported18. However, the measurement of lumen area by means of IVUS still needs considerable manual interpolation and might be unrealistic for some clinical situations. On the other hand, online automated contour detection algorithm (collaboration between University Hospitals Case Medical Center Core Laboratory, Cleveland, OH and LightLab Imaging Inc., Westford, MA) enables instantaneous delineation and measurements of lumen area with virtually no observer interference because of the clear difference in intensity between lumen and vessel wall depicted by OCT. The ability of OCT to delineate such interfaces permits less interpolation than with other clinically available imaging modalities. As such, reproducibility of measurements of MLA by OCT has been very good19.

Although most of the coronary artery measurements show acceptable correlation between OCT and IVUS, some variables (minimal lumen diameter and MLA) seem to be underestimated by OCT. It has been proposed that this may be the result of lower intravascular pressure during image acquisition2. Alternatively, the larger diameter IVUS probe may artificially dilate the lumen while the smaller OCT wire may depict true luminal contour without distortion.

Evaluation of neointimal coverage and stent apposition

The power of OCT to provide unrivaled endovascular resolution has been exploited to assess the vascular response to device deployment. It is now possible to perform strut-level analysis, the evaluation of the vascular response at individual stent struts. Variables such as neointimal growth and stent apposition are now able to be scrutinized for individual struts on the micron scale. The correlation between this detailed assessment and clinical outcomes remains uncertain.

Because the light source of OCT cannot penetrate metal, caution is advised for the interpretation of individual stent struts, as the high intensity signal of the OCT image does not represent the morphology of the true strut. (Figure 5) Using the previously mentioned software, the thickness of the high intensity shadow representing a stent strut was determined. Thickness measurements of 2250 struts in 471 cross-sectional OCT images were obtained 6 months after Taxus Liberte stent implantation. Measurements were determined along the vector, of which initial point was located at the centroid of the vessel. Interestingly, the mean measured thickness was 37±8 μm (20-70 μm) (Suzuki N, Costa MA; unpublished data), which is definitely smaller than the actual strut thickness (97 μm). This inadequate strut thickness has been observed by others20. Therefore, the high intensity structure cannot represent the strut thickness, but is rather a reflection of the strut surface. This highlights the need for standardized data interpretation and reporting strategies.

Recent data suggest that malapposition and uncovered struts rates are as high as 6% (Figure 5) and 15%, respectively, after drug-eluting stent (DES) implantation, higher than bare-metal stents (BMS): 0.1% and 1% respectively, in a three-month follow-up, mostly in bifurcation and overlapping segments21,22. Furthermore, 2 years after stent implantation, the frequency of struts that remained without endothelization were higher in the DES group. The belief that strut coverage by OCT is a marker of endothelization is a gross extrapolation; the endothelium is a microscopic single cell layer that is clinically "invisible", even for the best image modality, such as the OCT. In addition, diseased coronary segments, even prior to intervention, are denuded of or have dysfunctional endothelium. Regardless of the presence or absence of a functional endothelium, it has been proposed that a ratio of uncovered struts to total struts per cross-sectional OCT image can predict those patients at risk for late stent thrombosis21, 23,-25. This, and many other interesting hypotheses, illustrates the potential wealth of information which can now be gleaned by utilizing OCT for intravascular imaging.

Acknowledgements

Special thanks to LightLab Imaging, LLC for supplying images for this article and for their continuous support and collaboration with the Harrington McLaughlin Heart and Vascular Institute, University Hospitals Case Medical Center, Cleveland, Ohio.

Potential Conflict of Interest

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

Sources of Funding

There were no external funding sources for this study.

Study Association

This study is not associated with any post-graduation program.

References

 Uso de la tomografía de coherencia óptica intracoronaria para caracterización precisa de la aterosclerosis

La Tomografía de Coherencia Óptica (TCO) es una nueva tecnología de imagen basada en interferometría de baja coherencia que utiliza la dispersión de luz casi infrarroja como una fuente de señal para suministrar imágenes transversales vasculares con definición muy superior a la de cualquier otra modalidad disponible. Con una resolución espacial de hasta 10 μm, la TCO ofrece una resolución 20 veces mayor que la ecografía intravascular (EIV), la modalidad actualmente más utilizada para obtener imágenes intracoronarias. La TCO tiene capacidad de suministrar comprensión de las varias fases de la enfermedad aterosclerótica y la respuesta vascular al tratamiento. Estudios han mostrado la capacidad de la TCO para detectar estructuras arteriales y ayudar en la determinación de diferentes constituyentes histológicos. Su capacidad para distinguir diferentes grados de alteraciones ateroscleróticas y los varios tipos de placas, cuando se la compara con la histología, ha sido demostrada recientemente con correlaciones inter e intra observador aceptables para esos hallazgos. La TCO ofrece una resolución endovascular excepcional en tiempo real in vivo, que se ha explorado para evaluar las estructuras vasculares y la respuesta al auso del equipamiento. Aunque la profundida continúe siendo una limitación para la caracterización de placa más allá de 2 mm a través de la TCO, una resolución próxima a la histológica puede obtenerse dentro del primer milímetro de la pared del vaso, permitiendo una evaluación extraordnaria de las característica y espesor de la capa fibrosa. Además de ello, la evaluación de la cobertura de neoíntima, patrones de tejido para vástago y aposición de stent pueden ahora ser escrutados para vástagos individuales en la escala de micrones, el llamado análisis a nivel de vástago.

 Tomografía de coherencia óptica aterosclerosis vasos coronarios

ARTÍCULO DE REVISIÓN

John ColettaI; Nobuaki SuzukiI; Bruno R. NascimentoII; Hiram G. BezerraI; Noah RosenthalI; Giulio GuagliumiIII; Andrew M. RollinsIV; Marco A. CostaI

IIHarrington McLaughlin Heart and Vascular Institute, University Hospitals Case Medical Center, and Case Western Reserve University, Cleveland, OH - USA

IIHospital de Clínicas de la Universidad Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG - Brazil

IIIAzienda Ospedaliera Ospedali Riuniti di Bergamo, Bergamo, ItalyCase Western Reserve University, Cleveland, OH, USA

IVBiomedical Engineering Department, Case Western Reserve University, Cleveland - USA

Correspondencia

RESUMEN

La Tomografía de Coherencia Óptica (TCO) es una nueva tecnología de imagen basada en interferometría de baja coherencia que utiliza la dispersión de luz casi infrarroja como una fuente de señal para suministrar imágenes transversales vasculares con definición muy superior a la de cualquier otra modalidad disponible. Con una resolución espacial de hasta 10 μm, la TCO ofrece una resolución 20 veces mayor que la ecografía intravascular (EIV), la modalidad actualmente más utilizada para obtener imágenes intracoronarias. La TCO tiene capacidad de suministrar comprensión de las varias fases de la enfermedad aterosclerótica y la respuesta vascular al tratamiento. Estudios han mostrado la capacidad de la TCO para detectar estructuras arteriales y ayudar en la determinación de diferentes constituyentes histológicos. Su capacidad para distinguir diferentes grados de alteraciones ateroscleróticas y los varios tipos de placas, cuando se la compara con la histología, ha sido demostrada recientemente con correlaciones inter e intra observador aceptables para esos hallazgos. La TCO ofrece una resolución endovascular excepcional en tiempo real in vivo, que se ha explorado para evaluar las estructuras vasculares y la respuesta al auso del equipamiento. Aunque la profundida continúe siendo una limitación para la caracterización de placa más allá de 2 mm a través de la TCO, una resolución próxima a la histológica puede obtenerse dentro del primer milímetro de la pared del vaso, permitiendo una evaluación extraordnaria de las característica y espesor de la capa fibrosa. Además de ello, la evaluación de la cobertura de neoíntima, patrones de tejido para vástago y aposición de stent pueden ahora ser escrutados para vástagos individuales en la escala de micrones, el llamado análisis a nivel de vástago.

Palabras clave: Tomografía de coherencia óptica, aterosclerosis, vasos coronarios.

La TCO llevó la imagen intravascular al nivel de micrones en el análisis vascular in vivo y se espera que en breve se vuelva una herramienta valiosa e indispensable para cardiólogos en aplicaciones clínicas e investigación.

Introducción

La Tomografía de Coherencia Óptica (TCO) es una nueva tecnología de imagen que ofrecer imágenes transversales tomográficas para estructuras biomédicas con definición mucho mayor que cualquier otra actualmente disponible1. La capacidad de resolución de la TCO se debe al uso de luz casi infrarroja como su fuente de señal. Los tejidos biológicos tiene limitada absorción de esa frecuencia de luz y refleja o retrodispersa esa energía. Usando esas propiedades, la TCO es capaz de obtener resolución espacial de hasta 10μm, por lo menos 10 veces más que la obtenida con la ecografía intravascular (EIV)2-5. Este aumento de la resolución, con todo, tiene lugar a expensas de la penetración en el tejido. La absorción y dispersión de la luz por los tejidos biológicos limita la TCO a una profundidad < 2 mm en el tejido endovascular6. Sin embargo, el aumento de la resolución permite una exhibición precisa de los componentes vasculares menores que la capacidad de resolución de la EIV, como por ejemplo, de ateromas de capa fina. Estudos han validado la capacidad de la TCO para identificar y diferenciar de forma precisa componentes ateroscleróticos. Además de las aplicaciones en investigación, la TCO ciertamente tendrá un papel importante en la práctica intervencionista de rutina, ya que ofrece una clara distinción entre lumen e interfase de pared de vaso, lo que no siempre se alcanza con la EIV. La imagen endovascular, en la práctica clínica diaria, se basa esencialmente en las dimensiones transversales del lumen para guiar tanto la indicación como los resultados de la intervención percutánea.

El objetivo de este estudio es describir de forma concisa los aspectos técnicos de la adquisición de imagen por TCO, resumir datos sobre el uso de la TCO en evaluación por imagen de aterosclerosis y arterias coronarias, y presentar nuevos usos de la TCO en modalidades terapéuticas.

Adquisición de la imagen por TCO

El catéter comercialmente disponible en la actualidad consiste en una fibra óptica de modo único, en un cable hueco con movimiento de rotación o traslación que emite y escanea el rayo de la TCO radialmente a partir del eje del catéter (TCO de dominio de tiempo)6. El diámetro del hilo con transductor tiene un tamaño de 0,014 pulgadas. La sonda termina en una fibra óptica, la cual se recubre con una estructura de plástico transparente. La luz es emitida radialmente al tejido endovascular. Una parte de la luz se refleja en las estructuras vasculares y retorna al hilo, el cual también recibe esta señal. La señal retrodisipada se analiza con relación a la intensidad de la señal de retorno, así como el "time-of-flight" (tiempo de vuelo), cuando ésta retorna de la muestra. A medida que se rota el hilo, éste adquiere un flujo continuo de informaciones. Una computadora acoplada procesa las informaciones obtenidas y proporciona una estructura transversal, o biopsia óptica del vaso. La remoción del hilo se realiza en forma mecánica, lo que permite la evaluación longitudinal del vaso objetivo. Las velocidades actuales de remoción de 1mm/s proporcionan aproximadamente de 15 a 30 cuadros por mm. Una gran limitación del procedimiento en la TCO intravascular es la necesidade de desplazar la sangre durante la adquisición de imágenes, debido a la atenuación de la señal causada por las células rojas de la sangre. Actualmente, este desplazamiento se obtiene mediante una presión baja "over-the-wire", oclusión proximal del balón e infusión de solución de Ringer lactato o solución salina normal durante la remoción. El sistema actual de la TCO consiste en una fibra óptica, un catéter balón de oclusión de baja presión (Helios™Goodman, Advantec Vascular Corp™ Sunnyvale, CA, EEUU) en un carro móvil del sistema TCO conteniendo el equipamiento de imagen óptica y una computadora para adquisición de señal, análisis y reconstrucción de la imagen (M2CV OCT Imaging System, LightLab, Westford, MA, EEUU). Resultados de estudios demostraron la seguridad de este sistema, con tasas de éxito del procedimiento mayores a las obtenidas con la EIV2. No obstante, es crítica una cuidadosa selección de pacientes para una adquisición de imágenes segura y adecuada. Los vasos adecuados para el escaneo por TCO normalmente tienen entre 2,5 y 3,75 mm de diámetro, sin tortuosidad excesiva (< 90° curvatura), sin colaterales visibles y con longitud suficiente para segmentos proximales libres de enfermedad para que el balón sea insuflado.

La próxima generación de los sistemas TCO se basa en óptica del dominio de las frecuencias (OFDI). Los componentes espectrales individuales de la luz de baja coherencia son detectados separadamente, lo que mejora de forma significativa la razón señal/ruido, comparado con la TCO actualmente disponible de "dominio de tiempo". Utilizando catéteres flexibles, de estrecho diámetro, imágenes con 500 líneas A radiales por cuadro son adquiridas a una tasa de aproximadamente 100 cuadros por segundo, lo que permite la adquisición de imágenes en tiempo real a una velocidad de remoción de 15 mm/s durante el breve desplazamiento de la sangre a través de una única infusión de solución salina, sin necesidad de oclusión del vaso. Estos nuevos sistemas TCO estarán disponibles brevemente, aunque su validación clínica todavía deba ser demostrada. El sistema OFDI M4 de LightLab iniciará en breve un estudio de factibilidad de la FDA. Volcano y Terumo también tiene prototipos del sistema OFDI-TCO que fueron usados en seres humanos durante demostraciones de casos en vivo en encuentros internacionales y se esperar que se vuelvan disponibles en el futuro.

Evaluación de la aterosclerosis vascular

La adquisición de imagen por la TCO utiliza luz con una longitud de onda central de cerca de 1300nm, que produce, basado en interferometría de baja coherencia, imágenes con una resolución axial de hasta 10 μm y resolución lateral de hasta 20 μm. Similar al EIV, estudios in vitro e in vivo sugieren que la alta definición de la TCO pueda permitir la distinción de estructuras arteriales microscópicas y ayudar en la determinación de diferentes constituyentes histológicos, incluyendo lípidos, calcio y tejido fibroso2 (Figuras 1, 2 y 3). En un estudio de aterosclerosis en conejos, Zimarino et al 7 demostraron en arterias carótidas dañadas, que la TCO era capaz de detectar cambios histológicos ateroscleróticos clasificados más allá del grado III ("pools" de lípidos extracelulares), pero no cambios sutiles (Grados I y II)7. La TCO se ha mostrado altamente sensible y específica para caracterizar diferentes tipos de placas ateroscleróticas en arterias coronarias humanas, con variabilidad inter e intra observador muy aceptables. Yabushita et al8, examinando 357 segmentos arteriales de 90 cadáveres, demostraron una sensibilidad del 79%, 95% y 90% y especificidad del 97%, 97% y 92% para TCO en la detección de placas fibrosas, fibrocalcificadas y ricas en lípidos, respectivamente, comparada con el análisis histológico2. Estudios adicionales de TCO realizados en 76 pacientes demostraron que los coeficientes de correlación intra observador para diámetro luminal mínimo y área luminal mínima eran de 0,999 y 0,999, con porcentaje de error de 2,0 ± 1,1% y 2,5 ± 2,4%, respectivamente. Los coeficientes de correlación inter observador eran de 0,997 y 0,998, con porcentaje de error de 2.7 ± 2,1% y 4,6 ± 6,8%, respectivamente8.

Con estos datos, los investigadores analizaron la capacidad de la TCO de detectar componentes adicionales de la aterosclerosis. Investigaciones anteriores mostraron que la ruptura de placas en el síndrome coronario agudo es frecuentemente encontrado en el llamado "hombro" de las placas ateromatosas, con un gran centro lipídico y una capa fibrosa fina, llamada "fibroateroma de capa fina" (TCFA)9. Fue determinado que el espesor de la capa de la TCFA asociada con al ruptura de la placa era menor de 65 micrones10, muy por debajo de la capacidad de resolución de la EIV. Kume et al11 demostraron la capacidad de la TCO de medir de forma precisa el espesor de la capa fibrosa, cuando se la compara con el análisis histológico. Estudios de necropsia adicionales mostraron una sensibilidad del 92% y una especificidad del 75% para la detección de TCFA por TCO, cuando se la compara a la histología12.

El objetivo de la imagen intravascular no es sólo exponer una enfermedad establecida, sino también detectar las etapas iniciales de la enfermedad a fin de que tales áreas sean sometidas a la intervención terapéutica. Estudios anteriores identificaron el papel de la infiltración de macrófagos de placa aterosclerótica y eventos clínicos9,13. Al identificar la varianza de señal en la TCO MacNeill et al14 demostraron una mayor densidad de macrófagos en placas fibrosas y ricas en lípidos, en pacientes con enfermedad arterial coronaria inestable versus estable. Estudios adicionales establecieron una correlación muy significativa ente la TCO y las medidas histológicas de la densidad de macrófagos en capas fibrosas15.

La aterosclerosis intensa puede conducir a la ruptura de placa e introducción de constituyentes de la pared vascular en la circulación sanguínea. La capacidad de una modalidad de adquisición de imágenes intravasculares en identificar incluso pequeñas áreas de trombos puede identificar áreas de injuria tisular y una vez más destacar áreas para intervención terapéutica. La capacidad de la TCO para detectar trombosis intravascular (Figura 4) fue estudiada en modelos animales con conejos y mostró buena correlación con los hallazgos histológicos16. Una investigación seminal post mortem determinando la exactitud de la TCO para detectar trombos mostró la capacidad de la TCO para identificar y diferenciar trombos rojos de blancos17. En las etapas iniciales de la formación del trombo, constituyentes de las células sanguíneas están aprisionados entre del trombo que se está organizando rápidamente. A medida que el trombo madura, y se vuelve más fibrosos y menos celular, éste cambia de "rojo" para "blanco". Esta importante distinción puede ayudar a determinar la mejor estrategia terapéutica. Estos impresionantes resultados in vitro no pueden ser esperados en la adquisición de imágenes in vivo, debido a la sangre, tortuosidad del vaso, posición del hilo y artefactos inducidos por el movimiento. No obstante, esos estudios de validación proporcionan fuerte apoyo científico a las propiedades de la tecnología de la TCO, que representan un gran avance en el estudio de imágenes endovasculares.

Evaluación por TCO para intervenciones coronarias percutáneas

El impacto del diámetro luminal mínimo (DLM) en los desenlaces clínicos en pacientes con intervención coronaria percutánea (ICP) actual se ha relatado en forma extensa18. No obstante, la medida del área luminal a través del EIV todavía necesita considerable interpolación manual y puede no ser realista en algunas situaciones clínicas. Por otro lado, el algoritmo de detección de contorno automatizado online (colaboración entre el University Hospitals Case Medical Center Core Laboratory, Cleveland, OH y LightLab Imaging Inc., Westford, MA) permite el delineamiento instantáneo y medidas del área luminal virtualmente sin interferencia del observador debido a la clara diferencia en intensidad entre el lumen y la pared del vaso mostrados por la TCO. La capacidad de la TCO de delinear tales interfases permite una menor interpolación que con otras modalidades de imágenes disponibles clínicamente. De esa forma, la reproducibilidad de las medidas del DLM por TCO ha sido muy buena19.

Aunque la mayor parte de las medidas de arterias coronarias muestren correlaciones aceptables entre la TCO y la EIV, algunas variables (diámetro luminal mínimo y área luminal mínima) parecer ser subestimadas por la TCO. Se ha propuesto que esto puede ser el resultado de presión intravascular más baja durante la adquisición de la imagen2. Alternativamente, el mayor diámetro de la sonda del EIV puede artificialmente dilatar el lumen, mientras que el hilo menor de la TCO puede mostrar un contorno luminal real sin distorsión.

Evaluación de la cobertura neointimal y aposición de stent

La capacidad de la TCO de ofrecer resolución endovascular sin igual ha sido utilizada para evaluar la respuesta vascular a la instalación de dispositivos. Ahora es posible realizar un análisis a nivel de vástago de stent, al evaluación de la respuesta vascular en vástagos individuales de stents. Variables tales como crecimiento neointimal y aposición de stents ahora pueden ser escrutadas para vástagos individuales en la escala de micrones. La correlación entre esa evaluación detallada y el desenlace clínico permanece incierta.

Debido al hecho de que la fuente de luz de la TCO no puede penetrar metales, se aconseja cautela en la interpretación de vástagos individuales de stents, ya que la señal de alta intensidad de la imagen de la TCO no representa la morfología del verdadero vástago (Figura 5). Usando el software mencionado anteriormente, se determinó el espesor de la sombra de alta intensidad representando el vástago del stent. Las medidas del espesor de 2.250 vástagos en 471 imágenes transversales de TCO fueron obtenidas 6 meses después de la implantación del stent Taxus Liberte. Las medidas fueron determinadas a lo largo del vector, cuyo punto inicial estaba localizado en el centroide del vaso. Es interesante observar que el espesor medio medido era de 37 ± 8 μm (20-70 μm) (Suzuki N, Costa MA; datos no publicados), que es definitivamente menor que el espesor real del vástago (97 μm). Este espesor inadecuado del vástago fue observado por otros20. Siendo así, la estructura de alta intensidad no puede representar el espesor del vástago, sino al contrario, es un reflejo de la superficie del vástago. Esto muestra la necesidad de normalización de la interpretación de datos y relato de estrategias.

Datos recientes sugieren que las tasas de aposición incompleta y vástagos no cubiertos son de hasta un 6% (Figura 5) y un 15%, respectivamente, después de la implantación de stents eluidores de fármacos (SEF), más altas que stents de metal no revestidos (SMNR): 0,1% y 1%, respectivamente, en un seguimiento de 3 meses, en su mayoría en segmentos en bifurcación y sobrepuestos21,22. Además de ello, dos años después de la implantación de los stents, la frecuencia de vástagos que permanecieron sin endotelización fue más alta que en el grupo SEF. La creencia de que la cobertura de los vástagos por la TCO es un marcador de endotelización es una extrapolación grosera; el endotelio es una capa única de células microscópicas, que es clínicamente "invisible" incluso para la mejor modalidad de examen de imagen, es decir, la TCO. Además de ello, los segmentos coronarios enfermos, incluso antes de la intervención, están desnudos o presentan endotelio disfuncional. Independiente de la presencia o ausencia de un endotelio funcional, se ha propuesto que una razón de vástagos no cubiertos para el total de vástagos por imagen transversal de la TCO puede predecir aquellos pacientes en riesgos de trombosis tardía de stent21,23-25. Ello, y muchas otras hipótesis interesantes, ilustran la abundancia potencial de informaciones que pueden ahora obtenerse utilizando la TCO para adquirir imágenes intravasculares.

Agradecimientos

Agradecimientos especiales al LightLab Imaging, a LLC por proporcionar imágenes para este artículo y, por su continuo apoyo y colaboración, agradecemos al Harrington McLaughlin Heart and Vascular Institute, University Hospitals Case Medical Center, Cleveland, Ohio.

Potencial Conflicto de Intereses

Declaro no haber conflicto de intereses pertinentes.

Fuentes de Financiación

El presente estudio no tuvo fuentes de financiación externas.

Vinculación Académica

No hay vinculación de este estudio a programas de postgrado.

Referencias