虚拟冠状动脉内血管成像

第三节　虚拟冠状动脉内血管成像

近年来血管内超声在冠心病介入治疗中得到广泛的应用，成为冠状动脉造影的有效辅助手段。急性冠状动脉综合征作为一种严重的冠心病，受到广泛关注。如何早期预防，适当干预成为研究热点。血管内超声以导管为基础，通过分析组织回声获得血管组织的横断面影像。灰阶血管内超声能即刻获得并实时显示二维图像，提供了管腔血管壁形态学信息。然而，尽管使用了定量纹理分析和视密度分析，灰阶血管内超声仍不能有效地分析动脉粥样硬化斑块的成分组成。灰阶血管内超声无法分辨斑块性质与成分，钙化斑块后方的声影使得无法观察到声影后的组织。

虚拟组织学血管内超声（virtual histology and intravenous ultrasound，VH-IVUS）是一种新的组织超声分析技术，它通过分析反向散射的超声射频信号，不仅能获得超声振幅的变化，还可对超声信号频率变化进行分析；它根据各种组织有不同的频谱特征，从而分辨出不同的斑块组织学成分，并重建出相应的虚拟组织学彩色影像。研究已证实斑块虚拟组织学的彩色影像与斑块病理检查结果十分符合。虚拟组织学血管内超声技术利用反向散射超声射频信号，应用多种色彩表示斑块成分，不仅可以直接观察冠脉血管病变，而且通过新的数学模型自回归模型（autoregressive modeling）对射频数据进行处理，能用于分析血管病变或斑块的性质、范围及其严重程度，帮助心脏科临床医师选择合适的介入治疗方式。有助于辨识冠状动脉斑块。

一、识别易损斑块

在发生心血管事件之前识别出易损斑块，可显著减少不良心血管事件发生率。通过上述4种颜色分析斑块组织成分，可以区分斑块的性质，有助于辨认易损斑块。虚拟组织学血管内超声是将来有前途的介入技术。目前，虚拟组织学采用4种颜色来区分代表斑块的组织成分：①纤维斑块，主要由胶原纤维组成，深绿色显示；②纤维脂质斑块，主要由胶原纤维和脂质组成，浅绿色显示；③钙化坏死斑块，胆固醇裂隙、泡沫细胞和微小钙化组成，红色显示；④钙化斑块，钙化结晶体组成，无邻近处坏死，白色显示（图122）。虚拟组织学血管内超声对斑块成分判断准确性可达88%～92%，重复性也很好。有研究指出，在最小管腔处（minimum lumen area，MLA）和最大坏死核心处（maximum necrotic core，maxNC），急性冠状动脉综合征（ACS）患者的坏死核心成分都比稳定型心绞痛（SA）患者的高，而纤维成分要低；不稳定斑块的比例，急性冠状动脉综合征患者高于稳定型心绞痛患者。很多研究都认为急性冠状动脉综合征患者斑块主要以纤维脂肪组织和坏死核心成分为主，稳定型心绞痛患者斑块纤维成分和钙化成分较高。多项研究提示有薄纤维帽及大脂质池的粥样斑块容易破裂形成血栓，最终导致急性冠状动脉综合征的发生。

图12-2　虚拟组织学血管内超声图，图示虚拟组织学血管内超声对斑块成分的判别

虚拟组织学血管内超声技术还有助于发现薄纤维帽，分析不稳定斑块及其组织成分；它还可能发现坏死组织与纤维组织之间的分层，辨别斑块的病变情况。病理学和解剖学均证明易损斑块破裂和继发的血栓形成是急性冠状动脉综合征发生的主要机制。薄纤维帽粥样硬化斑块（thin cap fibroathema，TCFA）是易损斑块最常见的类型。虚拟组织学血管内超声可以检测并确定易损斑块的位置，并对薄纤维帽粥样硬化斑块有明确的定义。虚拟薄纤维帽粥样硬化斑块应当在连续3帧超声图像中符合以下条件：①无厚纤维帽的证据（即纤维帽厚度<200μm）；②斑块负荷≥40%；③坏死核心比例>10%。虚拟组织学血管内超声临床研究中发现：急性冠状动脉综合征患者薄纤维帽粥样硬化斑块的发病率高于稳定型心绞痛患者。Hong等通过虚拟组织学血管内超声比较急性冠状动脉综合征患者和稳定型心绞痛患者，多元逐步逻辑回归分析认为对于无破裂斑块的患者，急性冠状动脉综合征是虚拟薄纤维帽粥样硬化斑块的独立预测因素（OR=2.739，95%CI=1.252～5.993，P=0.012）。Kaple等分析了81名患者的90处病变，发现最小管腔处同时为该病变最大坏死核心处仅有3%，而最大坏死核心处大部分位于最小管腔处的近端（61%，4.11mm），一部分位于最小管腔处远端（31.5%，3.56mm）。此研究进一步证实了在指定的冠状动脉病损中，易损部位高危病灶往往位于损害之中而不是邻近影响部位，并且位于最小管腔处的近端居多。

一项对急性冠状动脉综合征危险因素的研究：对40名3支血管薄纤维帽粥样硬化斑块评价的患者进行分析，发现有破裂斑块的患者，与无破裂斑块的患者相比，有更大的体质指数（BMI）［（28.4+3.7）kg/m²∶（25.8+2.6）kg/m²，（P=0.01）］，同时，吸烟的比例也更高。这要归因于BMI升高和吸烟都会造成基质金属蛋白酶（matrix metalloprotease，MMP）的升高，而MMP与纤维帽分解有关。Park等在分析虚拟薄纤维帽粥样硬化斑块与MMP-2，MMP-9，脂联素（Adiponectin）和巨噬细胞游走抑制因子之间的关系时发现，急性冠状动脉综合征与MMP-9都是破裂斑块的独立预测因子，而对于未破裂斑块，以上生化指标均无预测能力。Hatr等对142例早期冠心病患者进行了血管内超声和冠状动脉内皮功能评估的研究，发现在左主干和左前降支近端，男性的斑块负荷明显高于女性（23.0%∶14.1%，P=0.002；40.1%∶29.3%，P=0.001），在左前降支近段斑块男性的偏心性高于女性（0.89∶0.80，P=0.04），内皮功能不良的冠状动脉节段，男性比女性更长（中位数39.2mm∶11.1mm，P=0.002）。虽然最大的冠状动脉血流储备是女性显著低于男性，但多元分析得出性别是一个独立预测左主干和左前降支近端的动脉粥样硬化负荷的因素。最终认为即使是在动脉粥样硬化的早期阶段，与女性相比，男性动脉粥样硬化的斑块负荷更大，更偏心及更弥散，外膜血管内皮功能减低，这可能会导致男性比女性有较高的急性冠状动脉综合征的发病率。Hong等通过虚拟组织学血管内超声比较362名急性冠状动脉综合征患者的病变，发现女性急性冠状动脉综合征患者比男性患者坏死核心成分更大（19.0%±12.7%∶16.8%±11.9%，P=0.040），高敏C反应蛋白［（0.85±1.28）mg/dl∶（0.53±0.48）mg/dl，P=0.063］及薄纤维帽粥样硬化斑块（62%∶52%，P= 0.078）有更高的趋势，同时认为性别不是薄纤维帽粥样硬化斑块的独立预测因子，糖尿病及高敏C反应蛋白是薄纤维帽粥样硬化斑块的独立预测因子（分别为OR= 2.44，95%CI=1.35～3.82，P=0.003；OR=1.54，95%CI=1.08～2.65，P=0.032）。许多研究均指出糖尿病与急性冠状动脉综合征和薄纤维帽粥样硬化斑块相关，与非糖尿病患者相比，糖尿病患者患有急性冠状动脉综合征的可能性更高，病程越长则薄纤维帽粥样硬化斑块的发病率也越高。

由此可见，虽然一些全身因素与急性冠状动脉综合征和薄纤维帽粥样硬化斑块的关系有统计学的意义，但整体上仍缺乏临床可靠的血液生化指标和危险因素标准来预测急性冠状动脉综合征患者的薄纤维帽粥样硬化斑块和破裂斑块的出现。

二、选择支架种类及长度

根据声影辨别出的斑块成分来决定应用何种药物洗脱支架，更好地进行针对性治疗。声影还能辨识血管不同病变部位的稳定性，据此选择适当长度的血管支架，从严重狭窄病变远端稳定的血管段覆盖至严重狭窄病变的近端。

三、检测斑块钙化程度

虚拟组织学血管内超声能更好地准确检测斑块钙化程度、明确钙化病变部位及辨别浅表和深部钙化，指导医师选择介入治疗方式。

四、评估药物疗效

通过应用虚拟组织学血管内超声对用药前后的血管斑块成分进行比较，可用于评估药物疗效。理想的药物治疗应为包括坏死组织在内的所有斑块组织成分均减少，而非仅出现纤维组织量的减少。

五、数学分析模型

虚拟组织学血管内超声是血管内超声射频数据分析方法的一种，通过自回归模型分析得出斑块成分。同时还有另外两种数学模型用于分析血管内超声射频数据，分别为快速傅里叶转换（fast Fourier transformation，FFT）［integrated backscatter-IVUS（IB-IVUS）］和小波分析（wavelet analysis），这两种数学模型的灵敏度和特异度都很高。

Shin等将一种新的数学方法“Shin方法”用于分析坏死核心、钙化成分的面积和体积以及血管的面积。与虚拟组织学血管内超声相比较，Shin方法在以上参数上与虚拟组织学血管内超声的一致性很高，差值极小，而整体数据分析用时大大减少，是很有希望的新数学分析方法。不过该方法有明显的缺陷，即无法获得纤维斑块、纤维脂肪斑块、管腔和整体斑块的面积和体积。将Shin方法与传统的分析方法共同使用，能更好、更快地进行血管内超声射频数据分析。

虚拟组织学血管内超声对急性冠状动脉综合征及易损斑块的早期检测、早期识别有重要的临床意义。虚拟组织学血管内超声的运用，对早期危险因素的研究有重要帮助，同时在急性冠状动脉综合征及薄纤维帽粥样硬化斑块相关血液生化指标的研究上有巨大意义。相信随着更高频率探头进入临床使用之后，虚拟组织学血管内超声将在急性冠状动脉综合征的临床检测及研究中发挥更重要的作用。

虚拟组织学血管内超声技术在不断发展中，其对急性冠状动脉综合征的相关研究也不断涌现。通过虚拟组织学血管内超声研究急性冠状动脉综合征和薄纤维帽粥样硬化斑块的危险因素、血液生化指标等的相关研究也在不断进行。对男女比例、体质指数、高敏C反应蛋白、基质金属蛋白酶等与急性冠状动脉综合征和薄纤维帽粥样硬化斑块的相关性进行了分析。随着虚拟组织学血管内超声技术的发展，将会进一步深入了解急性冠状动脉综合征和易损斑块。

（柳　亮）

参考文献

1　金灿，李新明，陈明.IVUS-VH评价ACS患者冠脉粥样硬化斑块成分.同济大学学报（医学版），2010，31（1）：60～63

2　Nasu K，Tsuchikane E，Katoh O，et al.Accuracy of in vivo coronary plaque morphology assessment：a validation study of in vivo virtual histology compared with in vitro histopathology.J Am Coll Cardiol，2006，47（12）：2405～2412

3　Hartmann M，Mattern E S，Huisman J，et al.Reproducibility of volumetric intravascular ultrasound radiofrequency-based analysis of coronary plaque composition in vivo. Int J Cardiovasc Imaging，2009，25（1）：13～23

4　Konig A，Bleie O，Dudek D，et al.Coronary plaque dimensions and composition by intravascular ultrasound radio frequency lesion segment analysis in stable and unstable angina patients.Coron Artery Dis，2009，20（5）：309～316

5　Nakamura T，Kubo N，Funayama H，et al.Plaque characteristics of the coronary segment proximal to the culprit lesion in stable and unstable patients.［J］.Clin Cardiol，2009，32（8）：E9～E12

6　Kaple R K，Maehara A，Sano K，et al.The axial distribution of lesion-site atherosclerotic plaque components：an in vivo volumetric intravascular ultrasound radio-frequency analysis of lumen stenosis，necrotic core and vessel remodeling.Ultrasound Med Biol，2009，35（4）：550～557

7　Park J P，Lee B K，Shim J M，et al.Relationship between multiple plasma biomarkers and vulnerable plaque determined by virtual histology intravascular ultrasound. Circ J，2010，74（2）：332～336

8　Lindsey J B，House J A，Kennedy K F，et al.Diabetes duration is associated with increased thin-cap fibroatheroma detected by intravascular ultrasound with virtual histology.Circ Cardiovasc Interv，2009，2（6）：543～548

9　Marso S P，House J A，Klauss V，et al.Diabetes mellitus is associated with plaque classified as thin cap fibroatheroma：an intravascular ultrasound study.Diab Vasc Dis Res，2010，7（1）：14～19

10　Shin E S，Garcia-Garcia H M，Serruys P W.A new method to measure necrotic core and calcium content in coronary plaques using intravascular ultrasound radiofrequencybased analysis.Int J Cardiovasc Imaging，2010，26（4）：387～396