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学术前沿

血管内超声检查冠状动脉病变及应用进展(武警医学院学报.2009;18(9):822-826.)

发表者:李贺 5634人已读

血管内超声检查冠状动脉病变及应用进展

New advances of intravascular ultrasound assessment of arterial remodeling in coronary artery disease and clinical applications平津医院老年病科李贺

  综述 贾洪森,李春华,王小东,王珂,赵玉娟,审校 罗建,李贺

   近10余年来,血管内超声(intravascular ultrasound,IVUS)作为冠状动脉造影辅助检查方法,在冠状动脉硬化进展研究、冠心病诊断、病变发展、冠脉介入及药物疗效评估等方面的应用明显增加。IVUS使用导管技术,超声导管前端高频(20~40 MHz)换能器探头在冠状动脉内靠近血管内膜探查可获得血管壁全层(内膜、中层、外膜)、360°管腔横断面高清晰度数字图像。通过测量血液与血管内膜声学界面前缘可测算血管腔横截面积(lumen crosssectional area,LCSA)、中膜与外膜前缘计算中膜-外膜间横截面积(media-adventitia crosssectional area,MCSA)、粥样斑块容积(atheroma volume),IVUS检测可获得精确的在体动脉硬化程度、血管重塑形态变化图像[1-8]。本文主要对新近IVUS在冠心病粥样斑块检查、冠脉介入及药物疗效评估等方面的应用做一简要综述。

 IVUS成像技术检查冠状动脉粥样硬化病变的准确性

    IVUS是通过导管技术评估动脉硬化程度的有创检查方法,IVUS导管前端的换能器发射超声信号,并接收组织反射(背向散射,backscattered)信号。背向散射信号通过实时处理成为二维图像(灰度成像),可准确的测定血管内径、动脉硬化斑块分布、形态及大小。通过灰度图像的视觉(visual)、组织定量(quantitative texture)、视频密度分析(videodensitometric analysis)可测定斑块的组成。但这些方法的重复性不佳[3]。灰度图像分析的特点是导致这种结果的原因。与视频图像分辨率约300mm,检查者依赖参数,如亮度、增益及背向散射信号处理使声学信号失真等有关。由于准确性、重复性的原因,灰度IVUS用于分析动脉硬化斑块成分并不是理想的检查方法[3]。射频数据取自未处理的超声背向散射信号。理论上认为,由于IVUS射频(radiofrequency,RF)分析(Intravascular ultrasound radiofrequency analysis)不受仪器处理和检测者因素的影响,用于测量组织特性更为准确、重复性更好。 目前有三个数学方法用于RF数据分析,如图像的自回归模型重建(autoregressive modelling)方法,IVUS 虚拟组织学技术(Virtual Histology TM,IVUS-VH,Volcano Corporation, Rancho Cordova, CA, USA), 快速傅里叶变换(fast Fourier transformation,FFT),整合背向散射(Integrated Backscatter,IB-IVUS)及小波分析技术(wavelet analysis)[3,4]

  组织学染色可证实IVUS-VH区分的四种冠脉动脉硬化斑块成分:(1)含致密胶原组织的纤维斑块(fibrous plaque)、(2)胶原和脂肪相间的纤维-脂肪斑块(fibro-fatty plaque)、(3)含胆固醇钙化裂隙、泡沫细胞和微小钙化的钙化性坏死斑块(calcified necrotic plaque)、(4)无坏死组织的钙化斑块(calcified plaque)。经组织学染色证实,IB-IVUS分析尸检冠脉标本可区分7种斑块成分:钙化、纤维化、有纤维帽的脂质池、内膜增生、混合病变、内膜及血栓。冠脉尸检标本研究显示,与128个兴趣区(region on interest,ROI)组织学检查比较,IB-IVUS区分钙化、纤维化、脂质池的敏感性分别是100%、94%、84%。小波分析检查移植性动脉粥样硬化脂质性斑块,经组织学检查证实,敏感性和特异性分别为83%、82%;与冠脉旋切组织标本比较,敏感性和特异性分别是81%、85%[3]

  超声检测组织回声强度常分为低(灰色)、强(高亮度)及中强度回声。不同回声分别代表血管钙化、纤维化,无回声区为脂质沉积。不同超声信号强度反映动脉硬化斑块形态。斑块可呈环状围绕血管周长-向心型,或占据部分管壁呈偏心型。动脉硬化病变常扩展至血管全程,斑块并不向管腔内发展,这一过程称为正性重塑(positive remodeling,PR)。急性冠脉综合征(acute coronary syndromes,ACS)患者,特别是罪犯血管常见动脉硬化斑块溃疡或破裂。IVUS可检测到血管局部病变,确定斑块超声特征如低回声、纤维化、钙化,及是否斑块溃疡或正性扩张型重塑(positive expansile remodeling)。冠脉造影能通过观察血管腔形态反映动脉硬化程度,IVUS可直接观察血管壁内病变,优势明显[4]

  

IVUS检测冠状动脉易损斑块

  ACS的发生通常为易损斑块(vunerable plaque)破裂。病理组织研究证实,钙化结节(calcified nodule)、糜烂斑块(plaque erosion)、薄纤维帽的纤维化粥样硬化(thin-capped fibroathroma,TCFA)等斑块形态与ACS和心源性猝死有关。易损斑块最常见的表型为TCFA,常为有巨噬细胞侵润大的薄纤维帽坏死中心(necrotic core)。临近斑块破裂部位的纤维帽厚度为23±19mm,95%的纤维帽厚度<65mm。最近的研究显示,TCFA有如下特点:(1)TCFA发生率和破裂发生率均较低(分别为每个心脏0.46±0.95,0.38±0.70);TCFA(面积1.6±1.8mm2、长度2.7±2.0mm)和破裂斑块(面积2.2±1.9mm2、长度1.9±3.6mm)的坏死中心较小。(2)约40%易损斑块病变部位有血栓形成;病理性内膜增厚和厚纤维帽粥样硬化斑块均可见糜烂病变;(3)突入管腔内的钙化结节占易损斑块的5%;(4)继发于滋养血管漏出的斑块内出血[5]

  最近,Hong等报告用IVUS-VH检查(2.9Fr超声导管,20 MHz相控阵换能器,phased- array transducer,Eagle Eye,Volcano Corp,Rancho Cordova,California)212例冠心病患者冠脉介入治疗前三支冠脉的TCFA,其中稳定心绞痛(stable angina pectoris,SAP)107例,ACS(包括不稳定心绞痛、ST段抬高和非抬高的心肌梗死)105例,二者比较显示,ACS患者斑块破裂发生率、检查阳性率、多发斑块破裂及多发部位TCFA均明显高于SAP患者。还观察到,SAP和ACS的冠脉斑块破裂和TCFA多集中发生于各病变冠脉起始后40 mm内,二者斑块破裂及TCFA的纵向分布(axial distribution)相近[8]

  近年来许多研究使用IVUS-VH检测易损斑块,与冠脉血管镜(intracoronary angioscopy,CAS)检查对照,用L*a*b*色彩空间(L*a*b* color space)描述动脉硬化斑块特征,CAS研究显示b值 >23的斑块纤维帽厚度<100mm,为薄纤维帽斑块[8-10]。Yamamoto等将动脉硬化斑块分为内膜增生、纤维钙化性病变、纤维帽斑块及薄纤维帽斑块4种类型(图 1)[10]。                        

      图 1. IVUS-VH斑块分型:A 内膜增生,主要由纤维蛋白和纤维脂肪组织构成,无致密钙化,坏死中戏占总斑块面积1%;B 纤维钙化性病变,特征为以纤维性斑块为主,一定程度的致密钙化;C 纤维帽斑块,可见纤维组织中散在坏死中心,占总斑块面积的18%;D 薄纤维帽斑块,见大面积斑块表面坏死中心,占总面积46%,无明显纤维组织覆盖。图中绿色为纤维化,黄色为纤维-脂肪,白色为钙化,红色为坏死区。

 IVUS检查冠脉支架血栓及断裂

  虽然冠脉药物洗脱支架(Drug-eluting stents,DESs)减少了支架置入后再狭窄,然而支架血栓形成(stent thrombosis,ST)危险较裸支架明显增加。ST可致严重不良后果-心源性死亡和急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI),因此受到广泛重视。Okabe等报告用IVUS检测指标(超声导管为Atlantis SR,Boston Scientific Corp./SCIMED, Minneapolis, Minnesota或Eagle Eye,Volcano Therapeutics, Inc., Rancho Cordova, California)预测DES置入后ST。观察到,(1)支架扩张不足(underexpansion),置入后最小支架面积(minimum stent area,MSA)<5.0mm2的DES ST发生显著高于对照组;管腔面积越小、斑块越大越容易发生ST,支架覆盖病变越完全可能有助于降低支架边缘再狭窄和ST;(2)氯吡格雷(clopidogrel)或阿司匹林过早停药也可能是ST发生增加的原因,停用氯吡格雷的患者发生ST时MSA大于非停药对照组,提示支架扩张良好并不能抵消停用双重血小板抑制药物(氯吡格雷加阿司匹林)的影响,相反,双重药物治疗也不能抵消支架扩张不良的影响;(3)支架贴壁不良(malapposition)、斑块脱垂(plaque prolapse)、支架断裂(strut fracture)也是置入DES后发生ST的影响因素[11]

  与金属裸支架比较,Cypher西罗莫司(Cypher sirolimus-eluting stents,Cordis Corp., Miami Lakes, Florida)、紫杉醇洗脱支架(Taxus paclitaxel-eluting stents,Boston Scientific Corp., Natick, Massachusetts)的应用减少了置入支架失败,但未完全消除。造影研究显示其原因之一为支架断裂,特别是置入成功的支架。支架断裂导致0.8%~7.7%的支架内再狭窄和22%~ 70%的ST,临床上逐渐开始重视。Doi等用IVUS(Boston Scientific Corp.)研究支架断裂的机制,根据断裂的可能机制,将支架断裂分为二种类型(图 2):(1)I型断裂,为早期断裂,与动脉瘤形成无关,可为部分或完全断裂,与支架长度和心脏收缩时出现铰链样血管运动产生的直接机械应力有关,特别是在临近钙化病变部位;(2)II型断裂,为晚期断裂,与动脉瘤形成或晚期获得性支架贴壁不良(late-acquired stent malapposition)有关,常为完全断裂。认为可能与支架洗脱药物导致的血管正性重塑形成动脉瘤或导致贴壁不良有关,还可能与动脉瘤形成、贴壁不良使支架在瘤内移动和/或扭折而致支架断裂。此外,晚期支架断裂也可造成动脉瘤。Doi等还观察到,大多数发生断裂的支架较无断裂对照组长,43.8±24.4比28.5±14.9 mm(p = 0.02)[12]。 

 

图 2  冠脉支架断裂机制示意图

  Doi等观察到5例ST中3例与冠脉瘤有关,并伴贴壁不良,全部为置入Cypher支架,其中3例患者2例发生2处与支架断裂有关的冠状动脉瘤。可能为贴壁不良后局部刺激导致纤维蛋白、血小板沉积形成动脉瘤内血栓。然而,5处药物支架所致冠脉瘤中4例与晚期ST无关,尽管其中2例有动脉瘤内血栓征象。认为在药物支架导致冠状动脉瘤时可能发生ST,因此持续给予双重抗血小板治疗是合理的[12]

 4   随访冠心病介入治疗后的冠脉重塑

  由于IVUS可全面的检查冠状动脉病变,近年来许多临床试验用以评估和随访冠心病介入疗效[17-19]。IVUS连续随访观察介入治疗后血管内膜增生(intimal hyperplasia,IH)、支架急性(acute)或晚期获得性贴壁不良(late acquired incomplete stent apposition)、支架边缘夹层、评估血管重塑等血管对支架的反应、边缘效应(edge effects)、比较支架重叠和非重叠部分变化、再狭窄和ST形成机制等有重要的价值。IVUS测定IH容积%(IH volume)(IH 容积/支架容积)是预测支架置入成功或失败的有效、实用指标,特别是DESs置入。目前IVUS分辨率(纵向最大分辨率为100 mm)检测支架置入后血管再内皮化(reendothelialization)困难[13]

  最近Mintz汇总分析报告IVUS对第一代DESs,Cypher支架(sirolimus-eluting stent,SES;Cordis Corporation, Miami Lakes, FL)、紫杉醇支架(Taxus polymeric paclitaxel-eluting stent,PES;Boston Scientific Corporation, Maple Grove, MN)及非多聚体紫杉醇支架(nonpolymeric PES)置入后随访置入西罗莫司药物支架后6月~4年对IH的影响。结果显示,与裸支架比较,置入西罗莫司支架显著抑制IH。置入药物快速释放支架(14例)后长期随访,支架内IH% 1年2.3%、2年6.3%、4年9.3%,置入缓慢释放药物支架者分别为2.2% 、7.5% 、5.7%[13]

  随访研究结果说明,DES失败(再狭窄、ST)多与置入支架扩张不良有关。IVUS检查对了解DES失败原因,阐明发生机制有益。目前IVUS存在的主要问题是对冠脉血栓与IH、轻度斑块脱垂与支架贴壁不良及血管再内皮化分辨率有限[13]

  最近Okura等报告一项临床多中心研究结果,119例冠脉介入治疗的ACS患者,对其中94例介入治疗前检查IVUS(Boston Scientific Corp., San Jose, California,40MHz传感器)、术后IVUS平均随访3年,研究裸支架置入后罪犯和非罪犯斑块破裂的发生率、非罪犯斑块的结局及随访期间新斑块破裂,观察原有的斑块破裂和血管重塑对长期预后的影响。观察指标包括重塑指数(靶病变外弹力膜横截面积/血管近端直径参考值)、血管重塑如PR(重塑指数>1.05)、或中性/负性重塑(重塑指数<1.05),临床事件为死亡、心肌梗死(myocardial infarction,MI)、靶病变再血管化。观察到,血管重塑PR占53%,中性/负性重塑47%,随访期间20条靶血管再血管化,死亡5例(心源性2例、3例为非心源性),无MI。发生PR的患者无主要心脏不良事件(major adverse cardiac event,MACE)(心源性死亡、MI、靶血管再血管化)时间明显缩短(log-rank检验,p =0.03);斑块破裂并未明显缩短无MACE事件时间(p = 0.13),单个斑块破裂与多发破裂对无MACE时间的影响无显著差异,多变量logistic回归分析(multivariate logistic regression analysis)仅显示罪犯血管病变PR为MACE事件的独立预测因素(p =0.04)。结果说明,病变靶血管重塑,而非罪犯血管斑块破裂,是ACS患者长期临床结局(3年)的强预测因素[14]

  最近的研究,Kim等发表前瞻性、随机临床试验报告,50例冠心病患者左冠脉注射乙酰胆碱检查病变节段冠状动脉内皮功能后,IVUS引导下,于前降支中段随机置入有促进血管内皮迅速修复作用的新一代左塔罗莫司药物支架(zotarolimus-eluting stent,ZES)(20例)、西罗莫司药物支架(sirolimus-eluting stent,SES)(20例)或裸支架(10例),6月后复查。观察到,ZES、SES较裸支架血管功能损伤明显,但ZES组损伤较SES组轻[15]

  Jensen等报告丹麦多中心临床试验- DiabeDES(Randomized Diabetes and Drug- Eluting Stent)研究结果[16],DiabeDES试验用IVUS(Galaxy or Clearview;Boston Scientific, Fremont, California;40-MHz,2.6-Fr导管,Atlantis-Pro, Boston Scientific, Fremont,California)对74例冠心病合并糖尿病患者药物支架置入后随访8月,旨在观察随机置入Cypher(Cordis, Johnson & Johnson)或 Taxus(Boston Scientific, Maple Grove, Minnesota)支架后对长期血管反应和边缘效应的影响。结果:支架旁外弹力膜(external elastic membrane,EEM)容积,Taxus支架(292.4±132.6到309.5±146.8 mm3)较Cypher支架明显(274.4 ±137.2 to 275.4±140.1 mm3)增加(p < 0.005),前者支架旁斑块容积明显增加(152.5±73.7到166.1 ± 85.1 mm3),后者无明显变化(153.5±75.5到151.5±75.8 mm3),二者比较差异显著(p = 0.002);Taxus支架组,斑块进展(远端5.5 ±3.6到5.8 ±3.7 mm2,p =0.097;近端8.1±2.7到8.7 ±2.9 mm2,p =0.006),无EMM变化,血管近端和远端血管内径、平均管腔面积(支架近端和远端边缘5mm内)降低,而Cypher组病变节段血管EMM值、斑块面积无明显变化。说明二种支架置入后血管内膜增生反应不同,糖尿病患者置入Taxus支架后内膜增生较置入Cypher支架明显。

 监测冠状动脉硬化进展和评估药物干预效果

  IVUS随访检查血管变化作为观察终点,近年来许多临床研究中用于监测血管动脉硬化进展、预测心血管病事件及评估药物疗效。一项研究观察107例冠脉介入治疗(coronary intervention,PCI)治疗患者,冠脉造影(quantitative coronary angiography,QCA)无明显左主干狭窄,而IVUS发现左主干病变。血管平均狭窄面积(mean area stenosis)IVUS检查和QCA结果分别为30.2 %、18.2%。其中102例患者随访29月,随访期间主要临床冠脉事件为心源性死亡6例、MI4例、再次PCI 13例、冠脉搭桥(coronary artery bypass graft,CAGB)16例。单变量分析显示,冠脉事件与IVUS最小和平均管腔面积(P=0.01),冠脉造影最小管腔面积(P= 0.04)、女性(P= 0.04)、糖尿病关系密切(P= 0.02)。IVUS最小、平均管腔面积每增加5mm2,风险比(hazard ratio,HR)分别为0.59(P =0.01)、0.62(P =0.01),多变量分析仅显示冠脉事件与IVUS最小管腔面积增加(HR =0.59,P =0.015)、糖尿病关系密切(HR =2.69,P=0.014)[2]

  较早的CAMELOT 研究(Comparison of Amlodipine vs. Enalapril to Limit Occurrences of Thrombosis study)旨在观察经QCA检查证实有冠状动脉硬化,血压正常患者,氨氯地平治疗对降低心血管病事件、延缓动脉硬化进展作用。患者随机服用氨氯地平、依那普利或安慰剂24月,试验开始时进行IVUS检查,结束时亚组中274患者(NORMALIZE研究)复查IVUS,积累心血管病事件发生率三组中分别为16.6%(与安慰剂组比较,HR=0.69,95% CI,0.54–0.88,P=0.003),20.2%(与安慰剂组比较,HR=0.85,95% CI,0.67–1.07,P=0.16)及23.1%;氨氯地平组患者IVUS检查动脉硬化负荷(atherosclerotic burden)无明显进展(P =0.31), 依那普利组呈进展趋势(P=0.08),安慰剂组明显进展(P =0.001)[2]

  调脂药物临床试验,如REVERSAL(Reversal of Atherosclerosis with Aggressive Lipid Lowering trial)、PROVE IT-TIMI 22(Pravastatin or Atorvastatin Evaluation and Infection Therapy-Thrombolysis in MI 22 trial)试验,IVUS检查显示,大剂量他汀类药物可稳定动脉硬化进展、降低心血管病事件发生率。REVERSAL试验654例冠心病患者服阿托伐他汀80mg 18月,动脉硬化容积降低0.4%(95% CI,22.4 -1.5%; P= 0.98),而普伐他汀40mg治疗组动脉硬化容积增加2.7%(95% CI,0.2-4.7%; P =0.001)。PROVE IT-TIMI 22试验观察ACS患者服用阿托伐他汀和普伐他汀的疗效,结果显示阿托伐他汀(80mg)较后者(40mg)治疗显著降低心血管病事件发生率[2]

  其他临床试验也用IVUS检查动脉硬化斑块容积(atherosclerotic plaque volume)变化作为指标观察药物疗效,如基因重组Apo A-1Milano注射对ACS的疗效,结果显示6周后动脉硬化容积平均缩小4.2%(P<0.001);观察洛伐他汀(rosuvastatin 40 mg)疗效的ASTEROID试验(A Study To Evaluate the effect of Rosuvastatin On Intravascular ultrasound-Derived coronary atheroma burden)、比较增加高密度脂蛋白水平新药torcetrapib/阿托伐他汀(atorvastatin)联合与单纯阿托伐他汀治疗效果的ILLUSTRATE试验(Investigation of Lipid Level management using coronary UltraSound To assess Reduction of Atherosclerosis by ceTp inhibition and HDL Elevation)及正在进行的比较罗格列酮(rosiglitazone)与格列吡嗪(glipizide)治疗冠心病合并2型糖尿病疗效的APPROACH临床研究等[2]

 6   结语与展望

  IVUS检查冠状动脉结构变化是冠脉内影像重要指标[4-6],能更为全面的观察血管结构和病变特征,较冠脉造影优势明显。目前IVUS连续随访常用于评估动脉硬化进展,可作为药物治疗临床观察终点指标,对评估冠心病PCI疗效、研究置入支架失败原因和机制有重要意义[21,22]。限于IVUS导管直径,检查较小、严重狭窄的冠状动脉受限,而QCA可检查整个冠脉血管床。目前IVUS分辨率(纵向最大分辨率100~150 mm、IVUS-VH纵向分辨率246 mm)检测支架置入后血管再内皮化、冠脉血栓、TCFA不敏感。近年来其他影像学检查,如冠脉血管镜(intracoronary angioscopy,CAS)、光干涉CT(optical coherence tomography,OCT)、多排CT(multi-slice computer tomography,MSCT)等为了解冠脉病变提供了更多、更准确、更直接的手段[23]。MSCT结合正电子发射CT可观察到动脉硬化斑块中炎症活性程度[1]。OCT(最高分辨率为10~20mm)、CAS、 IVUS三种方法检查冠脉斑块破裂的阳性率分别是70%、47%、40%,TCFA阳性率为23%、3%、0%; OCT、CAS可检出全部冠脉血栓,IVUS检出率仅33%[1-8]。随着影像技术的发展,多种影像学手段的联合应用将对冠心病、动脉硬化及血管疾病认识的深入发挥越来越大的作用,并使疾病的治疗更为合理有效。

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发表于:2009-10-23 18:01

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