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]
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with real—time three‘dimensional echocardiography:compari...
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]
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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
任书堂’ 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
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,绿色代表纤维组织,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
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· 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的另一个问题是对斑块
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
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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
这一要求。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
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