冠状动脉粥样硬化斑块组织定征：血管内超声研究现状

壁 生箕129卷第 1期 Adv Cardiovasc Dis，JanMⅡn 2008．Vo1．29．No．1 cardiography，2000，17(7)：665Jo74． [9] Mflr—AVi V，Sugeng L，Weinert L，et al Fast measurenlent of left ventricular mass [15] [10] [12] 13] l4] with real—time three‘dimensional echocardiography：comparison with magnetic resonance imaging[J]．Circulation，2004，110(13)：1814．1818． Camarano G，Jones M，Freidlin RZ，et al Quantitative assessIllent of kfl veil． tricular peffusion de (· using real—time three．dimensional myocardial contrast echocardiography[J]J Am Soc EehocaMiogr，2002，15(3)：206．213 Chen IN ，Wang XF，Nanda NC，et a1．Real—time three．dimensional myocaritial contrast eehoeardiography in assessment of myocanlial perfusion defects[J]． Chin Med J(Eng1)，2004．117(3)：337—341 hwinc T．Stetten GD．Sachdev V．et al Quantification of anr【 regurgitation by real—time 3-dimensional echoeaMiography in a chronic animal model：computa— tion of aortic regurgitant vohnne as the difierence 1)etween left and right ventric． ular stroke vohimesf J]．J Am Soc Echocardiogr，200l，14(11)：1l12 1118． Sitges M，Jones M，Shiota T，et a1．Real—time three dimensional color Doppler e． valnation of the flow convergence zone h)r quantification of mitral regurgitation： valklation experimental animal stn(1y and initial clinical experience[J]．J Am Soc Eehocardiogr，2003，16(1)：3845 Binder TM ．Rosenhek R．Pomnta G．et a1．InlI，“，red assessment 0f mitral vaire stenosis by volumetric real—time three—dimensional echoczrdiography[J]．J Am [16] [17] [18] [I9] · 99· Coil CardM ，2000，36(4)：I355．1361． Zamorano J，Cordeiro P．Sugeng L，et a1．Real—time three．dimensional echoear． diography f0r rheumatic mitral valve stenosis evaluation：Oil accurate and novel approach[J]．J Am Coil Cardiol，2004，43(11)：2091 2096． 谢明星，王新房，杨 颖，等 实时三维超声心动图评价房室间隔缺损大小的 初步研究[J]．中国医学影像技术，2003，19(5)：545-547． Suematsu Y，Takamoto S，Kaneko Y，et a1．Beating atrial septal defect closure monitored by epieardial real—time three—dimensional echoeardiography without cardiopulmonary bypass[J]．Circulation，2003，107(5)：785．790 Qin JX，Shinta T，Tsujino H，et al Mitral annular motion as a surrogate for left ventricular ejection fraction：real—time three—dimensional eehocardiographv and magnetic resonance imaging studies[=J]Eur J Echocardiogr，2004，5(6)：407— 415． Qin JX，Shiota T，Lever HM，et a1．Impact of left ventficular outflow tract area on systolic outflow velocity in hypertrophic cardiomyopathy：a real·time three di． mensional echocardiographic study[J]．J Am Coil Cardiol，2002，39(2)：308． 3】4． 收稿 日期：2007—04．03 修回日期 ：2007 06-26 (本文编辑：郭 宪) 冠状动脉粥样硬化斑块组织定征：血管内超声研究现状 任堂’ 综述 李予昕 审校 (1．秦达国际心血管病医院， 天津 300457； 2．哈佛大学医学院布里格姆妇女医院血管医学研究部， 美国 波 士 顿 MA 02139) Current Status of Intravascular Ultrasound for Evaluation of Coronary Plaque Tissue Characterization REN Shu．tang’ ， LI Yu．xin (1．TEDA International Cardiovascular Hospital， Tianfin 300457， China； 2．Vascular Medicine Research． Brigham&Women's 11os— pital，Harvard Medical School， Boston MA 02139， USA) 文章编号：1004—3934(2008)01-0099-04 中图分类号：R445．1 文献标识码：A 摘要： 传统血管内超声对斑块仅可定性为软斑块、纤维斑块和钙化王i￡块，利用射频数据尚可分析反射波或背向散射的频谱参 数以确定斑块构成信息。虚拟组织学作为一种新的组织超声分析技术，在射频数据分析的基础上通过彩色编码以不同颜色来区分 不同的斑块成分，绿色代纤维组织，黄色代表纤维脂质，白色代表钙化组织，红色代表坏死组织。血管内超声弹性图是评价局部 斑块弹性的新技术，该技术基于组织受压产生变形的弹性原理，可用以检 出斑块并评价其破裂趋势或弹性物质构成。 关键词： 血管内超声；动脉粥样硬化：组织定征 Abstract： Conventional intravascular ultrasound permits plaque to be characterized as soft ， fibrous or calcified． Radiofrequencv data analysis can analyze the spectral parameters of the reflected or backscattered signal to determine plaque composition ． Virtual histology is a llew technique based on radiofrequency data analysis that can distinguish different plaque tissue using a eolour—coded map(green，fibrous： yellow，fibrofatty；white，calcified；red，necrotic lipid core plaque)．Intravascular ultrasound elastography uses imaging techniques that as— sess local plaque elasticity based on the principle that tissue deformation by mechanical stress is a function of its elastic properties ， assessing proneness to plaque rupture and imaging their elastic material composition． Key words： intravascular ultrasound；atherosclerosis：tissue characterizati0n 国外研究显示，绝大多数冠状动脉事件发生在 “无血流动力学意义”的病变 ]，因此早期识别和干预 亚临床动脉粥样硬化具有重要意义。传统血管内超声 (IVUS)可以诊断钙化或纤维．脂肪性斑块，但对脂质 丰富的斑块、坏死核以及血栓的鉴别价值有限。新近 的IVUS研究诸如射频数据分析 、虚拟组织学及弹性 维普资讯 http://www.cqvip.com · 100· 管病学进艨2 8年第29卷第 1期 4dr Cardiovasc Dis ，January 2008，Vo1．29，No．1 图允许对冠状动脉斑块组织的斑块性质及机械特性实 施进一步分析，对动脉粥样硬化组织定征显现出独特 价值。现对本领域的研究进展作一简略综述。 1 传统 IVUS灰阶成像 (conventional IVUS gray—scale images，C—IVUS) lVus技术为在体研究血管壁和管腔提供 lr可靠 手段，可观察冠状动脉管腔一内膜分界 、斑块容量及钙 化结构， 期的许多 IVUS研究为不同成分血管结构 的声学特征差异提供了组织学依据 j。 1．1 正常冠状动脉 IVUs能区分肌性动脉(如冠状动脉、骼外动脉和1 股动脉)和弹性动脉(如主动脉和肺动脉)。正常冠状 动脉管壁的 IVUS表现一般为典型的j层结构：内膜、 中层和外膜。IVUS可以显示厚度 l50 H·的冠状动脉 内膜 。内膜厚度一般随年龄增长而增长，1～5岁时 平均为60 m，30岁时平均为220 p．m，40岁时平均为 250 g．m。在 30％ 至 50％的正常冠状动脉中，内膜回 声纤细到不能独立显示而使血管壁仪表现单层或双层 结构，因此有些学者认为三层结构的血管壁声像图实 际为早期动脉粥样硬化的征象 。 1．2 钙化斑块 南胆同醇结晶和钙化球浓缩所构成不均质的胆固 醇核在 1VUS上很容易识别，表现为局部回声强度高 于血管外膜回声，并且后方伴有声影。IVUS对钙化的 检出率比冠状动脉造影高两倍，敏感性和特异性分别 达 89％和97％，但对于微钙化(<0．05 iilm)的检出率 较低，敏感性仪至 17％ 。由于声影的影响也导致了 钙化斑块后方结构难以清晰显示。钙质沉积多表示动 脉}半j样硬化的“成熟期”，多发生在斑块破裂或血栓形 成后。有关钙化刘‘于斑块稳定性的影响仍处于争论之 中 。 1．3 纤维性斑块 纤维斑块通常是进展期病变，包含_r致密纤维组 织、胶原质、弹性纤维和蛋白多糖等物质，可有坏死的 残骸，伴或不伴钙化。与斑块钙化部分类似，致密纤维 斑块成分通常亦对超声波能量产生良好的反射，表现 为明亮均匀的图像。致密纤维斑块，常常伴有局灶性 的早期钙化，可称之为相对成熟期的病变 。这种斑 块常引起容易为药物、心导管介入治疗或外科搭桥术 治疗的稳定型心绞痛症状。 1．4 脂质斑块 IVUS将低回声的或接近无回声的斑块定义为软 斑块。低回声的斑块由大量的脂质、血栓、细胞成分以 及疏松的结缔组织构成。斑块内的无回声区已被确认 为脂质池。动脉粥样硬化斑块的稳定性与斑块成分有 关。脂质斑块 比纤维斑块更容易破裂引发血栓 。 急性冠状动脉综合征(ACS)一般认为是覆盖在不稳定 斑块脂核外面的纤维帽被侵蚀或破裂所导致。识别那 些极易引发临床事件的高危斑块无疑会为在 ACS发 病之前寻找新的治疗时机提供有益信息。含有脂核的 体积较大的偏心性斑块、代偿性扩张的血管壁通常意 味着不稳定性增高。脂核面积大于 1 lYlm ，或脂核／斑 块面积比大于20％，或纤维帽厚度小于 0．7 mm被认 为是斑块濒临破裂 。 1．5 传统 IVUS灰阶成像的局限性 尽管 C—IVUS在斑块组织定征方面发挥重要作 用，但仍具有多方面的局限性。不同组织成分的回波 特征可能是相似的，血管腔内的可疑无回声区可能是 血栓 ，可能是脂肪性斑块 ，也可能是支架内新生内膜。 灰阶超声可以显示范围较大回声均一的物质构成，但 在不均一的物质中相邻的微小物质的鉴别仍是不可靠 的 ¨。不幸的足，冠状动脉粥样硬化斑块绝大多数为 不均匀的多成分构成。IVUS的另一个问是对斑块 成分的识别依赖于对斑块回声强度的描述。而回声强 度取决于 IVUS仪器的增益设置及探头的参数配置 等 ¨，直接对比回声强度是不容易实现的，操作者的 组内差异会增加观察结果的不可靠性。 2 IVUS射频数据分析(IVUS radioffequency data anal— ysis，RF) 血管内超声包括两种探头技术：电子相控阵型和 机械旋转型。这两种技术均发射和接收高频超声波脉 冲来形成图像，即脉冲回波成像模式。探头产生的脉 冲波在组织中传播，被组织反射或散射传回探头产生 相应的电压，即所谓的背向散射或射频数据。探头获 取的背向散射信号会形成 5l2行(电子型)或 256行 (机械型)扫描线以构成所需图像(视频光密度分析)。 每行扫描线均包含着一序列相应组织反射或散射回来 的超声波能量信息。通过分析背向散射信号的频率和 振幅，可以确定斑块的构成。这种方法称之为射频数 据的频谱分析 。 研究表明 ¨、 ，IVUS射频数据分析可获得 比 IVUS视频方法更详细的关于斑块构成的信息，并可能 在实时评价斑块信息方面取得进展。背向散射积分 IVUS(IB．IVUS)诊断纤维性斑块和脂质池 比C—IVUS 具有更高的敏感性和特异性，对于纤维性斑块，前者敏 感性和特异性分别为 94％、84％，后者为 93％、61％， 对于脂质池，前者敏感性和特异性分别为 84％、97％， 后者为67％、95％lts]。RF与三维重建 IVUS的结合 使动脉粥样硬化斑块量的消退或进展的精确评价成为 可能。Kawasaki等 。应用 RF技术在他汀类药物治疗 维普资讯 http://www.cqvip.com 心血符病学进腮 2008年第29卷鹕 1期 Adv CardiⅢ c Dis， ，jf』nrv 2008．Vol 29，No 1 前后对斑块的背向散射(IB)值进行计算、彩色编码及 三维重建，结果显示 RF可准确定量纤维、脂质及混合 性成分的容积变化。 3 虚拟组织学成像(virtual histology intravascular u1 trasound，VH—IVUS) 动脉粥样硬化斑块的稳定性与其组织学构成有 关。作为射频分析技术的扩充，VH—IVUS成像可实 时、直观地显示动脉粥样硬化斑块构成信息。利用 RF 技术对超声波振幅及频率变化进行分析，通过 型傅 立叶转换、韦尔奇功率频谱和自动回归模型，重建斑块 的组织图像，并加以彩色编码生成类似组织学切片的 图像 ¨：纤维(绿色)，纤维 一脂肪(黄色)，致密钙化 (白色)，坏死的脂核(红色)。与离体组织学的对比研 究证实 ，VH IVUS与病理检查结果能较好符合，特 异性和精确性较高，重复性较好。VH IVUS能更灵敏 地发现不稳定斑块(即薄纤维帽斑块)的存在和成分， 还能发现纤维组织与坏死组织相间隔的分层现象，从 而了解血管壁反复损伤及修复所致的斑块进展情 况 。 VH—IVUS研究还证实，脂核占斑块的百分比与急 性冠状动脉事件和较差的预后有关，ACS患者多存在 较大的脂核，而稳定型 fl,绞痛患者的斑块则常常含有 较多的纤维成分 。VH技术在直观显像和简化图像 解释方面有可能成为潜在的里程碑式技术，为介入心 脏病学者便捷 地提供重要 信息展示 一条新 的途 径 。 4 血管内超声弹性图(intravascular uhrasound elastog— raphy，IVUSE) 近 10年来，人们热切期望 IVUS影像能够鉴别出 易损斑块与稳定斑块，这一点对于多处病变时选择处 理哪一处病变以预防 ACS十分重要。IVUS灰阶成像 容易辨别钙化病变，但对纤维性斑块 、脂质性斑块和纤 维脂质性斑块区别就较为困难，凶此需要研制新的 IVUS组织定征技术。其中，IVUSE似最有希望能达到 这一。IVUS弹性图或称 IVUS激应图(内膜硬度 图)(intravascular uhrasound palpogram，IVUSP) ，该 技术基于组织受压产生变形的弹性原理，用血管内赳 声导管收集不同压力作埔下冠状动脉血管壁和斑块的 射频回波信号，经局部置换建立反映组织受牵拉情况 的横截面弹性图，结合 IVUS提供的有关冠脉内斑块 的形态学资料，将有助于评价冠脉内斑块的破裂趋势 或弹性物质构成 。 组织对机械性刺激的反应取决于其机械特性，不 同的组织在受到外界压力时反应不同，坚硬的组织 (如钙化和纤维组织)受压和被牵拉的程度小于柔软 · 101· 的组织(如脂质)，由此根据机械性特性可判断组织的 组成成分及高应变区域 。学者们假设，张力相对增 加的(>1％)的可挤压区，可能是脂质核 fl,或为巨噬 细胞浸润的脆弱组织，而无张力的组织(近乎0％)则 认为是稳定的，可能是纤维帽等相对不易破的组织。 实验证实在超声图像上明显差异的病变区域的应变情 况可以是不同的 ，这与 Hiro等 的研究表明组织 的硬度和回声强度没有必然的关系是相一致的。 研究证实 妁J，斑块 的高应变性与脂质呈 相 关，而与钙化呈反相关，含脂肪斑块具有较高的平均应 变值 (0．46％)，以此检 出脂肪性斑块 的敏感性达 100％，特异性达80％。而血管壁、早期纤维性斑块和 进展期纤维性斑块的平均应变值明显低 于前者(≤ 0．24％)。易损斑块在 IVUSE上表现为斑块表面局部 高应变区与低应变区相邻接。一项离体研究表明 ， 以张力水平 1．26％作为阂值参数，IVUS弹性图识别 易破斑块的敏感性为 88％，特异性为89％。由于切向 应力的增加导致径向应变的增加，故在切向应力积聚 区域容易发生破裂 。，在弹性图上常观察到斑块破裂 出现在斑块和血管壁衔接处(斑块肩膀)。进一步的 三维血管激应图成像 (three dimensional intravascular palpography)研究表明 ，可在人冠状动脉中检测出 与斑块稳定性有关的高应变灶，与临床表现和C一反应 蛋白具有相关性。 5 当前 IVUS组织定征技术的应用 尽管传统 IVUS成像质量和技术特点存在缺陷， 但灰阶成像具有直观、简便和易理解等优点，仍是血管 内超声成像领域内不町代替的主流技术。研究者们仍 在不断发展和研究新的成像模式和方法，诸如角度依 赖一回声强度分析 、声学速度显微镜及血管滋养成像 等 。 ，以进一步提高对斑块细微结构及斑块活性的 分辨能力。 当前的虚拟组织学、弹性图等 IVUS组织定征技 术的相关研究尚是初步的和有待完善的。所谓血管内 弹性成像实质上只是应变成像，在很大程度上受弹性 模量分布及其他外界条件的限制，并不显示真正的血 管弹性。近年已有学者改用基于遗传算法的光流法来 获得血管壁组织随施压变化而产生的速度矢量场、位 移分布图像，有望获得真正意义上的血管弹性显微图 像 j，但系初步研究，有很多问题需要进一步验证和 解决。 虚拟组织学尚存在不足之处：不能进行斑块成分 实时分析，不能区分血栓、夹层和支架等。一项新的动 物实验表明 ，虚拟组织学对个体的应用价值并不理 想，其对脂质斑块和坏死核的检出率及敏感性均小于 维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com