斑块在血管内的形成状态变化

第三节　冠状动脉内超声

迄今为止，作为传统的金标准，冠状动脉造影仍然是诊断冠状动脉病变并用于指导介入治疗的主要方法。但是，早在20世纪70年代，就曾有人对冠状动脉造影的可靠性提出怀疑。由于冠状动脉造影仅显示被造影剂充填的管腔轮廓，通过管腔形态的改变间接反映位于管壁上的粥样硬化病变，且对病变狭窄程度的判断常需要依赖邻近的参照节段，而冠状动脉病变常是偏心的、不规则的，尤其在经过介入治疗的操作后病变形态更为复杂，且在粥样硬化病变形成的过程中，冠状动脉本身常以“重构”的机制发生代偿性扩大，作为参照节段的所谓正常血管常常被病变累及，因而冠状动脉造影在定性和定量评价冠脉病变方面均存在不可避免的方法学上的缺陷。

血管内超声显像（Intravascular ultrasound imaging，IVUS）自20世纪90年代初开始应用于临床，表现出更大的优势。它是将微型化的超声探头通过导管的技术送入血管腔内，可以提供包括管腔和管壁在内的横截面图像，既可以观察管腔的形态，也可以观察管壁的形态，还可以根据病变的回声特性判断病变的性质，精确测定管腔、血管的大小及病变的狭窄程度，用于指导介入治疗。

一、血管内超声显像的仪器和成像原理

IVUS仪器有两个主要组成部分：①图像处理系统。将接收到的超声信号经处理后在荧光屏上实时显示图像，随着技术的改进，目前所用的图像处理系统可以进行血管的实时三维重建。要实现三维重建的功能，需要采用经电动机控制的自动回撤系统，以一定的速度匀速回撤导管。所有图像可采用录像带记录，以便事后回放分析，有些仪器还有提高数字化光盘记录功能，一般均配备打印设备。②带微型换能器探头的导管。IVUS导管的直径从2.6～9F（0.86～2.97mm），可适合于冠状动脉或周围血管（如腹主动脉）的成像需要。用于冠状动脉内的超声导管直径多为2.6～3.5F（0.96～1.17mm）。一般来说，换能器发放的超声频率越高，其分辨力也越高，但穿透力下降。由于需要近距离进行成像，冠状动脉内超声探头的频率较高（20～40MHz），能提供高质量的图像，轴向和侧向的分辨率分别约为0.08mm和0.20mm。

按设计类型不同，IVUS导管及其相应的成像系统主要分为两种：①机械旋转型：机械旋转探头利用外置的电动机和驱动轴来旋转安装于导管顶端的单一压电晶体换能器，旋转速度通常为1800r/min，可以30帧/s的速度成像。目前所应用的机械旋转性超声仪器主要为美国波士顿科学公司的ClearView和GALAXY2系统。带有超声换能器的导管在保护鞘内旋转，此型导管有两种形式，2.9F的导管前端保护鞘为导引导丝和超声探头导管共用，因此需撤出导丝才能将超声探头送至所需检查的部位。这类导管的缺点是每次检查均需要撤出导丝，检查完后需要重新放置导丝，在有些情况下（如血管夹层分离）重新放置导丝有一定的风险，并可能对血管产生新的损伤，目前此型导管已很少使用；其他的大部分为采用单轨形式，导管前端的单轨部分较短，导管也较柔软，因此对扭曲病变的通过能力相对较差，这类导管可因导管的不均匀旋转而产生图像的变形，即不均匀旋转伪像。②相控阵型：相控阵型探头采用环行安置于导管顶端的32～64个换能器，其优点是稳定性很好，没有旋转伪像和导丝伪像，导引导丝的轨道作用较好，导管的推送能力较优。目前由美国VALCANO公司（原为Endosonics公司）生产。由于没有活动的部分，不会产生旋转伪像，使该型血管内超声导管易于与其他的一些介入器械如支架、定向旋切等结合在一起。新一代的相控阵型血管内超声图像质量已有明显的提高，与机械旋转型无显著的差别。

二、血管内超声检查的操作方法

目前所用的2.6F的IVUS导管可通过6F（内径1.8mm）指引导管的内腔，因此可采用6F及以上的指引导管进行检查。为减少IVUS导管刺激可能诱发的血管痉挛，在放置好指引导管后，可事先在冠脉内注射200μg硝酸甘油，加用3 000U肝素。首先将指引导丝送至靶血管的远端，将血管内超声导管沿指引导丝送至需要进行检查的病变部位的远端，一般采用从靶血管的远端往近端以一定的速度连续回撤（手动或自动）的方法进行检查，然后对感兴趣的部位再进行重点检查，尤其在使用自动回撤装置时中间不要随意停顿，否则会影响重建的图像的准确性。将图像记录在光盘或录像带上，可供事后分析。

三、图像的判断

血管内超声对临床诊断和治疗指导意义的发挥有赖于对病变正确的定性和定量判断。

1. IVUS图像的定性分析正常的冠状动脉由圆形的管腔和环绕管腔、具有不同回声特性的层状结构的管壁组成。管腔内的血液在采用低频的超声换能器（20MHz）时呈低回声或无回声，探头频率稍高（30～40MHz），血液可表现为弱而纤细、无特定结构的回声，能随血流移动和蠕动。有些正常的血管壁表现为三层结构：①内层，代表内膜和内弹力膜，此层与中层和管腔比，相对回声较强；②中间无回声层，代表中膜；③外层，有特征性的洋葱皮样表现，代表外膜和外膜周围的组织，在IVUS图像上，外膜和血管周围组织之间没有明确的界限。大约50%的正常冠状动脉表现为单层结构（图2-12）。需要指出的是，IVUS图像上所指的三层结构并不是组织学上的内膜、中膜和外膜。

图2-12　正常冠状动脉的血管内超声图像

管腔呈圆形，无回声。从11点至3点部位，管壁呈现三层结构，其余部分为单层结构。导管周围的白色晕圈即为环晕伪像（L：管腔；C：血管内超声导管）。

冠状动脉的斑块在IVUS图像上主要表现为内膜和内膜下组织的明显增厚，并占据了部分管腔。冠状动脉病变的IVUS异常表现很多，包括粥样病变的分布范围、严重程度和粥样病变的组成成分。

IVUS进行斑块分类的依据是斑块的组成和回声特性。离体实验证实，回声的增加与纤维组织的含量增加有关，纤维组织含量越多，斑块的回声越强。IVUS图像上通常将斑块内的回声与血管周围代表外膜或外膜周围组织的回声比较来确定斑块的软硬程度。软斑块指斑块的回声较其周围的外膜组织要低，并非指病变本身的软硬。通常软斑块的回声低是由于斑块内脂质含量较多，然而低回声的组织也可能是由于斑块内的坏死带、壁内出血或血栓而引起。纤维化斑块的回声强度中等，与外膜相似（图2-13），回声密度介于软斑块和钙化斑块之间，非常致密的纤维斑块可足以引起声波的衰减、引起声影面误认为钙化；钙化病变回声更强，超过周围的外膜组织，并伴有下方的声影（图2-14）。钙化病变可分表浅钙化和深部钙化。混合性斑块指斑块含有一种以上回声特性的组织，也有人将其描述为纤维钙化斑块或纤维脂质斑块。血栓性病变在IVUS上常表现为管腔内的团块，可表现为分层、分叶，回声较弱，通常不均匀，有斑点状或闪烁状回声，血栓组织与原有的斑块组织可呈分层现象，两种的回声密度可有明显差异。有时停滞的血液可表现为管腔内不均匀的低回声区，需与血栓鉴别，前者在注射生理盐水后回声消失。需要指出的是，IVUS对血栓的检出能力不如血管内镜，尤其在静止的图像上对血栓鉴别更困难，有时需结合血栓性病变前后邻近节段的斑块的性质或密切结合临床来作出判断。易损性斑块还缺乏明确的定义，一般指含有大的脂核和薄的纤维帽的病变。斑块溃疡和斑块破裂则指斑块内膜的纤维帽破裂，完整性被破坏，有时斑块表面可出现糜烂，破裂的斑块上可见到血栓性病变，这些病变常见于急性冠状动脉综合征的病人，造影所见的狭窄程度未必很严重。图2-15显示一例偏心性斑块破裂后继发血栓形成的IVUS图像。

图2-13　纤维化斑块的血管内超声图像

图示一向心性的斑块，其回声密度和外膜相似，为纤维化斑块。箭头所指处为指引导丝引起的伪像，其后方可出现回声缺失。

图2-14　钙化斑块的血管内超声图像

图示一偏心性的钙化斑块，箭头所指处为强回声斑块伴后方声影，影响其下方组织的显影。

IVUS图像上还根据斑块在管壁上的分布将病变分为偏心性和向心性，如斑块最厚部分的厚度超过最薄部分的2倍或存在无斑块的管壁，则视为偏心性斑块。

图2-15　一例斑块破裂后继发斑块内血栓形成的血管内超声图像

图中从12点至7点之间为一偏心性斑块，同时可见有斑块侧的血管外弹力膜向外突出，表现为正性重构。实线箭头所指为斑块纤维帽破裂后的残端。虚线箭头所指为斑块破裂后形成的血栓，可见血栓的回声密度与原斑块回声密度不同，且不均匀。（L.管腔；C.血管内超声导管）。

2. IVUS图像的定量测定IVUS上管腔的定义为内膜最内侧的声学界面所包围的部分，管腔横截面积（CSA）是内膜表面所包含的面积。最小管腔直径指经管腔中心的直径的最小值，最大管腔直径指经管腔中心的直径的最大值，管腔的偏心性＝（最大管腔直径—最小管腔直径）/最大管腔直径，管腔面积狭窄率＝（参照节段CSA—最小管腔CSA）/参照节段CSA。

IVUS上血管中层和外膜的分界线总是非常清晰，代表外弹力膜（EEM）的位置，IVUS测量上用外弹力膜面积（EEM CSA）代表血管面积。无病变的冠状动脉通常为圆形，但发生粥样硬化后，在斑块的形成过程中，可能发生重构现象，发生正性重构部位的血管壁往外突出，一般在偏心性病变斑块最厚的部位血管往外突出更明显，使EEM包含的血管并不呈圆形，此时通过血管的中心测定最大和最小EEM直径。

由于血管内超声图像上对内弹力膜的确定非常困难，因此无法测定组织学上斑块的面积（即以内弹力膜为边界的面积）。IVUS测量上常利用EEM CSA和管腔CSA计算斑块与中膜的面积来替代斑块面积，由于中膜面积在其中占的比例很小，因此对斑块面积的测定影响小。有关斑块测定的建议如下：

斑块与中膜面积＝EEMCSA-管腔CSA

最大斑块与中膜厚度：通过管腔的中心线，从内膜表面到EEM之间的最大距离

最小斑块与中膜厚度：通过管腔的中心线，从内膜表面到EEM之间的最小距离

斑块偏心指数：（最大斑块与中膜厚度-最小斑块与中膜厚度）/最大斑块与中膜厚度

斑块负荷：斑块与中膜面积/EEM CSA×100%。斑块负荷与管腔的面积狭窄率有所不同，前者指斑块在EEMCSA中占的比例，而后者指与参照节段比较得出的管腔狭窄程度。当病变部位发生明显的正性重构，即血管发生代偿性扩张时，通过IVUS测定得到的斑块负荷要大于面积狭窄率。这也是造影低估狭窄程度的原因之一。

对钙化病变可依据钙化组织在周长上占的象限进行半定量测定。

四、临床应用

（一）IVUS在诊断方面的应用

IVUS在诊断方面主要用于造影不能明确病变性质和程度时，如造影结果无法解释临床表现，血管的开口、分叉处部位等造影有时难以显示清楚等。

1.冠脉造影未能检出的病变冠脉造影检出早期病变的能力有限，研究显示，在动脉粥样硬化病变进展过程中，血管发生的代偿性扩大可以在病变早期代偿管腔的丢失以维持管腔的通畅程度，不至于发生显著狭窄，常表现为造影结果正常；一旦斑块负荷达到40%以上，血管代偿能力衰竭，管腔出现狭窄，此时造影上可出现狭窄病变。而IVUS却能在看似正常的部位检出早期的内膜增厚和斑块形成。有研究显示，在临床上有胸痛症状而造影无明显狭窄的人群中，对前降支的IVUS检查可在近70%的病人中检出早期的粥样硬化病变。由于粥样硬化病变形成早期血管常发生代偿性扩张，因此，IVUS检出的早期病变对临床上所造成的影响尚不清楚，但可提示患者通过改善生活方式、控制危险因素以及必要的药物治疗来预防病变的进展。对于造影结果不能解释临床症状时，如造影无明显狭窄的急性冠状动脉综合征等，应对临床怀疑的罪犯血管进行IVUS检查，常能识别发病原因。

2.严重程度不明确的病变IVUS不受投照位置的影响，能精确定量测定狭窄程度，并能阐明造影上所见的临界性病变的狭窄程度。由于造影剂的充盈常不够满意，且血管开口与主动脉之间的成角会影响造影对开口处病变（左主干及右冠状动脉开口）病变的程度和性质的判断，此时IVUS非常有价值，能帮助得出正确的诊断并指导治疗方案的选择。分叉病变的处理方案可因分支血管累及程度不同而不同，造影常不能充分暴露分叉病变的程度，而IVUS导管可分别送入不同的分支，以确定分叉病变的程度和累及范围。

3.不稳定性（易损性）斑块的检出多为偏心性斑块，一般有薄的纤维帽，斑块内有面积较大的低回声或无回声暗区，代表脂核。纤维帽可完整，发生破裂者则纤维帽不完整，表面可出现溃疡或糜烂可继发血栓的形成。

4.移植心脏血管病移植心脏的血管病变进展迅速的原因还不清楚，可能与慢性排异有关，影响病人的预后。由于大多数心脏移植病人无胸痛症状，一些常规开展心脏移植工作的临床中心，每年对这些病人进行导管检查时常规进行IVUS检查，以检出病变并确定其严重程度。

5.斑块进展、消退的研究技术的进步使血管内超声图像可以进行实时的三维重建，除了观察病变的立体结构和与周围组织的关系外，三维重建图像可用于进行斑块容积的定量测定，从而可用于对病变进行进展和消退的定量研究。有报道并经IVUS研究证实，采用强化降脂治疗后，粥样硬化斑块可发生消退。也有IVUS证据显示，长效钙离子拮抗剂有使斑块进展延缓的作用。

（二）IVUS在冠心病介入治疗中的应用

IVUS通过对病变程度、性质、累及范围的精确判断，可用于指导介入治疗的过程，并可帮助监测并发症。

1.确定斑块性质和范围以帮助治疗方法的选择IVUS对病变性质的判断对治疗方案的选择是非常重要的，如严重的表浅钙化病变用球囊扩张不仅效果不佳，且可能发生严重的夹层分离，而高频旋磨是治疗表浅钙化病变最佳的治疗方法。开口部位的软斑块较适合定向旋切术（DCA）治疗，且IVUS可指导DCA手术的进行。对分叉病变主支和分支血管病变累及范围的精确判断，可用于指导手术方案的确定。近年来有研究认为，采用IVUS指导下的介入治疗较造影指导下的介入治疗能提高近期和远期的效果，但还需要更多的研究证实。

2.研究介入治疗扩大管腔的机制IVUS可以直接观察到病变在介入治疗后形态所发生的改变，并测定病变的面积，因此可用于研究介入治疗后管腔扩大的机制。如对大多数病人来说，球囊扩张所引起的夹层分离是其扩大管腔最主要或唯一的机制，而斑块的挤压或再分布所引起的管腔扩大并不常见。与球囊扩张不同，DCA术后，管腔扩大的主要机制是斑块的消除。高频旋磨后管腔往往呈圆形，其直径常与所用的器械的大小吻合。支架植入术后管腔扩大最显著。

3.精确定量测定精确定量血管直径是IVUS指导介入治疗的重要依据。对管腔直径、狭窄程度、正常参考血管的直径和介入后管腔直径能增加的程度等的估计常用于治疗方法的确定。IVUS对血管直径和病变累及范围的测量可利于选择更合适的介入器械，如支架的适宜尺寸，尤其是在目前药物洗脱支架应用越来越多的年代，未完全覆盖病变被认为是药物支架植入术后支架两端边缘发生病变内再狭窄的重要原因，使用IVUS指导显然对病变的累及范围的判断明显优于冠脉造影，因此可能改善介入术的效果。然而，还没有前瞻性的研究结果显示需要采用IVUS指导选择介入器械的大小以提高安全性和减少远期心脏事件。

4.指导定向旋切术DCA过程中可利用IVUS观察残余病变的程度和血管的完整性，以避免过度切割导致并发症的发生。事实上曾有报道将IVUS导管与DCA导管联合在一切，以方便使用IVUS指导DCA术的进行，但该技术仍限于研究阶段。IVUS对DCA后效果的评价也用于指导是否需进一步采用其他的介入治疗手段（如是否需植入支架）。

5.指导冠脉内支架植入术IVUS研究证实，有些没有完全紧贴血管壁和/或扩张不对称的支架在造影上结果可表现非常好。研究显示，如果IVUS证实支架放置非常理想，则可安全地降低全身抗凝的水平，这些IVUS研究结果推动了临床上支架植入术方法的改进，即常规使用高压球囊扩张以使支架完全扩张和贴壁（图2-16）。有关药物洗脱支架的IVUS研究发现，支架植入术后如支架扩张和贴壁不理想，需要进一步采用高压球囊扩张，而支架放置不理想尤其是扩张不充分是药物支架术后发生支架内再狭窄的重要原因。支架植入理想的IVUS标准包括：①支架贴壁良好；②支架最小的横截面积（CSA）与正常参照血管CSA（支架近端与远端CSA的平均值）之比＞0.8；③对称指数（支架最小直径与最大直径之比）＞0.7。有关支架的随访研究大多需采用血管内超声来评价内膜增生情况，尤其是当前很多的关于药物洗脱支架防止内膜增生的研究中，IVUS测定的晚期管腔丢失明显较造影评价更有说服力。相控阵的超声导管可与球囊或支架的输送导管结合在一起，在操作过程中可避免反复地更换导管，也可降低费用。

6.并发症的监测IVUS研究证实，成功的球囊扩张术后，40%～80%的病变存在单个或多个夹层分离（图2-17），通常发生在软、硬斑块交界处。IVUS对夹层分离深度和范围的判断有助于指导下一步治疗方案的选择，指导支架植入的时机以及植入的位置。IVUS也可识别壁内血肿，指导采取进一步的治疗措施。在药物支架年代，IVUS是检出晚期支架贴壁不良方面的最有价值的方法。

7.再狭窄机制的评价IVUS研究证实，植入支架后再狭窄的发生主要是由于支架内的内膜增生，管型支架发生弹性回缩者非常少见，采用抑制平滑肌增生的药物洗脱支架在临床上取得了很好的预防再狭窄发生的效果。

图2-16　常规使用高压球囊扩张使支架完全扩张和贴壁

一前降支近端病变，采用12atm扩张释放支架（上图）后造影显示支架内局部残余狭窄30%左右，血管内超声检查示支架近端（A）和远端（C）的扩张和贴壁良好，但中段（B）未完全扩张。经20atm再次扩张后，复查造影示残余狭窄消失（下图），血管内超声检查示支架充分扩张（D）。

图2-17　球囊扩张后的血管内超声图像

箭头所指部位为斑块内膜撕裂后形成的轻度夹层分离。

五、血管内超声的局限性

由于导管本身直径为1mm左右，加上导管本身的推送能力较目前常用的球囊、支架比明显逊色，因此在病变狭窄程度严重的情况下，导管无法通过病变，导管本身或因冠脉的特殊解剖特征等因素均可引起一些伪像，常见的伪像如下：

1.环晕伪像是由于声波的振荡导致近场图像模糊所致，使其不能显像邻近换能器周围的结构。表现为围绕超声导管的较亮的回声，有不同的厚度，因而图像上导管的大小大于其实际的大小。

2.不均匀旋转伪像主要见于机械旋转型IVUS导管。驱动电动机和换能器一一对应地旋转是形成正确的图像所必需的。机械旋转型导管的超声探头可由于鞘管和内轴之间的摩擦而导致旋转速度发生变化，即产生不均匀旋转伪像，会引起图像的伸展或压缩。常见原因包括冠状动脉有明显的成角或扭曲、指引导管扭曲或与冠脉开口部位成角、止血活瓣旋得过紧、超声导管打折等。当鞘管与内轴在曲径很小的血管段（如扭曲的血管）发生弯曲时此现象最明显，也常见于采用Judkins导管行回旋支检查时。

3.血液回声血液的回声密度随超声换能器频率的增加和血流速度的降低而增加，可影响对管腔和组织的鉴别，尤其是一些回声较低的组织如软斑块、新生的内膜和血栓。当病变高度狭窄，或发生夹层分离或壁内血肿，血液发生淤滞或形成缗线状时，此现象更显著。

4.导丝伪像只见于单轨很短的机械旋转型IVUS导管。由于导丝位于超声导管周围的管腔内，其金属特性在超声上可表现为强回声的点状影，后方可出现声影，但很少对图像的判断和测量产生影响。一般凭该强回声点状影靠近导管或有时悬于管腔中，与病变并不相连等特性不难与病变组织鉴别。

5.图像的几何扭曲当换能器位于血管的中央，且平行于血管，即超声束垂直于管壁时，IVUS图像最接近正常状态。当超声导管在血管内呈倾斜的角度，超声束不垂直于血管壁时，圆形的管腔成像为椭圆形。在实际应用中，应尽可能将导管放于同轴的位置，幸运的是，冠脉直径本身较小，限制了导管倾斜的角度，使图像的扭曲不至于太严重。进行实时三维重建时，往往将弯曲的血管重建成直的血管，在进行图像分析时需注意。

6.对图像判断的局限性IVUS对图像判断依赖于相邻组织间声阻抗的差别，图像的重建是基于来自于组织的声反射，而不是真正的组织，不同组织的声学特性（回声密度）可能相同，例如，低密度的病变可能代表冠脉内血栓，但也可能为富含脂质的软斑块。IVUS不能可靠地识别血栓，不如血管镜。IVUS的分辨率有时不足以分辨较小的斑块纤维帽的破裂、斑块的贴壁情况等。而新型的血管内成像方法，如光学相干断层显像（optical coherence tomography，OCT）它的分辨率是目前所用的IVUS导管分辨率的近10倍，达到10μm，对检出细微的斑块破裂有重要价值。但行OCT检查时，需要暂时阻断血流，可能加重或诱发心肌缺血，且不能用于开口病变的检出。

六、安全性

如果熟练掌握血管内超声检出的操作技术，则该检查方法是非常安全的，严重的副反应并不常见。5%的病人发生短暂冠脉痉挛，可由冠脉内注射硝酸甘油迅速缓解，在对严重狭窄和小血管进行检查时，可能引起短暂心肌缺血。在回撤导管的过程中，需要观察病人的症状、心电监护情况和造影情况，以及时发现诱发的缺血或痉挛，一般撤出导管后可缓解，在单轨很短的机械旋转型导管回撤过程中，要防止导丝的打折。随访研究表明，血管内超声检查并不会加速动脉粥样硬化病变的进展。

（钱菊英葛均波）

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