血管內超聲成像與血流儲備分數測量在冠狀動脈疾病診治中的應用進展*

賴　平，邱悅群

(贛南醫學院　1.2014級碩士研究生；2.第一附屬醫院心內科,江西　贛州　341000)

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血管內超聲成像與血流儲備分數測量在冠狀動脈疾病診治中的應用進展*

賴平1，邱悅群2

(贛南醫學院1.2014級碩士研究生；2.第一附屬醫院心內科,江西贛州341000)

在冠狀動脈復雜病變中，冠狀動脈造影等相關檢查只是根據影像學的改變推測病理改變，已不能滿足臨床需要，血流儲備分數(Fractional Flow Reserve，FFR)及血管內超聲成像技術(intravascular ultrasound，IVUS)的逐步發展可作為良好的補充，現就近些年來這兩種技術的臨床研究進展作一綜述。

血管內超聲；血流儲備分數；冠狀動脈粥樣硬化；斑塊性質；介入治療

我國心血管病患病率處于持續上升階段[1]。其中，冠狀動脈粥樣硬化已成為影響人類健康的最重要的疾病之一，對冠狀動脈病變程度進行全方位的評價顯得越發重要。在冠狀動脈病變中，冠狀動脈CT、冠狀動脈造影等檢查所看到的影像學改變只是病變的輪廓(二維圖像)，不能直接提供血管壁內病變信息，導致冠脈造影所顯示的影像常與病理結果有一定偏差。血流儲備分數(FFR)及血管內超聲成像技術(IVUS)是近年發展的新技術，可用于診斷及指導介入治療、支架放置后的評估。尤其在評價冠狀動脈狹窄，動脈粥樣硬化程度、判斷斑塊性質、分析血管壁的組成成分等新的領域中，發揮著越來越重要的作用[2]。各種新的血管內超聲成像技術不斷發展為體內實時觀察斑塊負荷、斑塊性質、心肌缺血程度及是否需要支架情況提供了重要的診斷信息。IVUS和FFR是兩個不同的技術，有著不同的特點和優勢，現就近些年來這兩種技術的臨床研究綜述如下。

1　FFR

1.1基本概念FFR最早由Pijls 等于1993年提出[3]，其定義是狹窄的冠狀動脈所供心肌區域能獲得的最大血流與正常情況下所能獲得的最大血流的比值。是心外膜血管的特異性指數，理論上其正常值均為1，且不受心率、血壓、末梢循環等因素的影響[4]。冠狀動脈的最大血流灌注量可以通過冠狀動脈內注射血管擴張藥物(如腺苷、 三磷酸腺苷、 罌粟堿、 硝普鈉等)獲得[5]。

1.2測量方法FFR主要通過計算壓力導絲測得的冠狀動脈狹窄遠端壓力與由指引導管同步測定的主動脈壓力的比值來獲得。相對于動脈壓力，靜脈壓可忽略，計算公式推算如下所示[6]：

FFR=Qsmax/QNmax=(Pd-Pv)/R/(Pa-Pv)/R=Pd/Pa

其中，Qsmax 代表狹窄冠狀動脈供應最大血流;QNmax 代表冠狀動脈正常時供應最大血流;Pd代表冠狀動脈狹窄遠端壓力;Pa代表主動脈壓力;Pv代表靜脈壓力;R代表充血心肌阻力。

1.3目前的標準DEFER研究[7]得出FFR值大于或等于0.75是決定給予藥物治療的臨界值。即FFR<0.75時，介入治療是合適的，可改善患者預后；FFR>0.75時，無論從功能性還是不良事件方面，介入治療沒有給患者帶來益處。且眾多的缺血運動試驗表明，當 FFR<0.75 對診斷有心肌缺血的冠狀動脈狹窄病變的敏感性和特異性均較高(分別為 88%和100%)[8]，總體準確率為93%。但近年來亦有多項研究將FFR的臨界值定為0.8。

1.4FFR的意義FFR對于判斷心肌缺血是否為血管狹窄所致及判斷臨界值具有重要的意義，FFR技術相對于冠脈造影的優點不僅在于無需造影劑，還能區分缺血的原因是冠脈痙攣引起還是真正斑塊引起的狹窄所致，診斷結果更加真實。也有研究發現心肌缺血和冠脈的解剖之間無明顯相關性，也就是病人可有缺血癥狀卻無明顯狹窄，有明顯的狹窄卻無缺血癥狀[9]。在指導治療策略上，單獨根據冠脈造影的結果認定為狹窄而作出的治療策略和最佳藥物治療相比并不能減少心血管不良事件的發生[10]，而依靠生理學功能評估后的治療策略往往能使情況得到改善[11-12]。據FAME 研究顯示，FFR指導PCI可以顯著減少支架植入數量和改善預后[13]。FFR指導的PCI同樣能夠很好的減少心血管不良事件的發生。而且FFR在多支血管病變中的應用中得到了同樣的結果[14]。

1.5最新的進展——iFR及FFRCT傳統的FFR測量由于需要注射血管擴張藥物，部分不能耐受的患者受到一定的限制，研究表明[15]，一種無需使用血管擴張藥物就可檢測出血管內壓力的新技術——瞬時無波型比率(instantaneous wave-free ratio， iFR)，它所測得冠狀動脈內壓力與普通的FFR測值相近。其基本原理是以常規壓力導絲技術為基礎，利用一種特別的波幅計算方法(由相關軟件處理)計算出冠狀動脈內的壓力變化曲線，并測量、記錄無波型期間的瞬間壓力，即iFR。通常情況下，在心臟的運動周期中，舒張期心肌可以獲得最大的血流灌注。這項新的測量方法使目前常規FFR技術得到簡化，并可擴大了應用范圍，尤其是那些對血管擴張藥物不能耐受的患者。iFR的出現還使得這一技術用于單支和多支血管病變的檢測更加簡單，且不受影響血流動力學因素(如心率、 血壓等)變化的影響。理論上任何一支冠狀動脈的FFR 正常值均為 1．0，當冠狀動脈存在狹窄時，FFR<1.0，但其臨界標準尚未明確，有的定為0.75，也有的定為0.8。

FFRCT也是一種新型的FFR無創測量方法，是指將計算流體動力學應用于CCTA檢查中，計算FFR值(即FFRCT)的一種方法[16]。通過CT獲得影像學資料是這一方法的基礎之一，同時還要模擬出該血管的最大血流量。具體方法是將血流通過一定的方程式變換，被模擬為牛頓流體[17]，通過傳統三維重建方法重建冠狀動脈樹與心室肌之間的三維模型，并整合血管壁的彈性情況、冠狀動脈的自身調節的最大血流量及血管擴張藥物介導下冠狀動脈的最大充血狀態，將這些因素相互整合從而計算出各支血管FFR的結果，即FFRCT。FFRCT技術是以三個關鍵的原理為基礎的：①靜息狀態下，冠狀動脈血供能滿足心肌的需求；②微血管阻力與直徑呈負向相關性，但無線性比例關系；③冠狀動脈血流正常時，可預測微循環對最大充血狀態的反應[17]。只有同時滿足以上三個條件，并將多重因素相互整合，才能反映出每段冠狀動脈分支在應用血管擴張藥物模擬的最大血流量的血流阻力情況。FFRCT優勢在于為無創檢測，并且可以定位病變部位，為血運重建提供可靠依據[18]。

FFR技術是對血管的功能評價，為了更準確的對病變做出評估，有研究曾設想將FFR與SYNTAX 評分相結合對病變血管進行評估，稱之為“功能性SYNTAX 評分”，這為以后的研究提供了新的思路。但SYNTAX 評分復雜，可能增加相關風險，所以在實踐中存在一定的困難，還需要進一步的完善[19]。

1.6FFR的局限性FFR取得了一定的進展，除了昂貴的費用限制了其開展之外，FFR技術的另一缺點是僅能確定狹窄，不能對由斑塊所致的狹窄的斑塊性質做出評價,且在測量的過程中可能加重心肌缺血性。測量過程中需使用藥物擴張血管，但目前對于藥物的劑量尚不確定，對于測量結果的范圍還存在一定的爭議，同時影響FFR測量的因素還有心肌梗死的時間、面積等[17]。在有些部位(如左主干、彌漫性病變)的病變中，測量可能受到影響。狹窄冠狀動脈直徑、 病變長度、血管形態、斑塊的偏心程度、血管表面粗糙度以及斑塊破裂等任何一項因素變化均可影響其測值。斑塊的性質對于治療方式的選擇又是重要的依據并且不能用于直接指導支架的置入。因此，單獨使用FFR的效果并不是最好的。

2　IVUS

在超聲發展的早期，不少研究者就對腔內超聲進行過研究，1990年Doucette等首先應用多普勒導絲測量冠狀動脈血流。血管內超聲是利用超聲的組織穿透性和接收反射波進行顯像的原理，通過導管技術將微型化超聲探頭置入血管腔內進行顯像，可以提供血管的截面圖像，不僅可以了解血管腔的形態，還能顯示管壁的結構及病變的性質被認為是血管檢查新的“金標準”[20]。IVUS的穿透力和掃描范圍較大，可以清晰地顯示冠狀動脈全層的結構。而且隨著一些新技術的發展，在判斷動脈粥樣硬化斑塊的性質上具有很大的提高。在臨床上可用于冠狀動脈造影不能明確的斑塊性質的測定、管腔直徑的定量測量等。在藥物治療的動脈粥樣硬化的臨床患者中，IVUS的結果與藥物之間有很好的相關性[21]。

普通的IVUS圖像為單張橫斷面的圖像，有經驗的醫生通常可以將得出圖像立體印象，或用數字化的方式將圖像沿縱軸成像，形成L-型顯示模式。但其易受心動周期及導管位置的影響[22]。在IVUS的圖像上，正常冠狀動脈通常顯示為三層結構，稍強回聲的內層及外層，其間為較薄的無回聲帶，即中層。中層可因儀器的分辨率而受到一定的影響。但IVUS所顯示血管的三層結構與通常血管三層結構又不同：血管內超聲的內層，代表組織學的內膜和內彈力膜，與中層和管腔比，呈稍強回聲；中間的無回聲層，代表組織學的中膜；外層，因外膜和血管周圍組織之間無明確的界限，常表現為特征性的“洋蔥皮”樣表現，代表外膜和外膜周圍的組織。由于中層的顯示不清或不能辨別，大約50%的正常冠狀動脈也可僅表現為單層結構[23]。對于粥樣硬化病變部位，如斑塊、鈣化等病變，由于回聲的不同也會有不同的圖像顯示，所以能區分是否有病變及病變的程度[24]。并且理論上IVUS頻率越高，分辨率也將越高，能比較精確地對斑塊危險程度作出判斷，甚至有些纖維帽結構能夠顯示。但頻率和穿透力成反比。所以頻率的選擇對診斷和治療方式非常重要，既要能分辨清楚又要能觀察到病變的全部。

近些年來，血管內超聲技術的不斷發展，如三維彈性成像技術，彈性成像技術，虛擬組織成像，這些技術的存在給判斷血管狹窄的程度，狹窄的原因，斑塊危險程度(纖維帽的厚薄)以及支架的放置提供了更可靠地依據。

2.1IVUS三維成像三維成像技術是利用IVUS能夠實時地呈現血管橫斷面圖像的特點，使超聲探頭在血管腔內貼近管腔中央位置以一定的速度軸向移動，掃描出一系列連續的血管斷面圖像，再利用軟件重建出掃描段血管的三維形態。實時IVUS僅能提供探頭處血管小范圍(縱向厚度很薄)的橫斷面圖像，單個截面的圖像信息通常不能代表整個斑塊的病變信息，三維成像可以對整個血管節段進行成像并整體評估，減少診斷及治療上錯誤的發生。IVUS三維重建主要可分為四個基本步驟[25]： (1)二維圖像的獲得；(2)圖像數據化和節段化；(3)三維重建；(4)顯示和分析。正確獲得橫截面的二維影像是成像的基礎，一般是將探頭送至病變處末端，再用控制器按一定速度(一般1 mm·s-1)回撤探頭獲得[26]。三維重建可因探頭的位置、血流變化、血液的濃縮的情況產生一定的偽影。有研究者曾在獲得二維圖像后應用影像回顧性閘門技術進行三維重建使成像偽影減少超過90%，因而更適用于斑塊相關性質的觀測[27]。血管內超聲的三維重建技術能提供血管縱向的病變相關信息，使診斷更加全面。不少研究者采用三維技術進行臨床實驗，得到的結果與真實情況相符率高。并可以精確評估動脈粥樣硬化斑塊的成分和穩定性情況，為治療方式的選擇提供重要參考意義[28]。三維成像技術形成的整體病變圖像對指導介入治療也有重要的意義，尤其是那些用造影不能確定病變范圍的，三維成像技術有其獨特優勢。

2.2彈性成像血管內超聲彈性圖(IVUS elastography)是以斑塊內不同成分的機械學特性不同為基礎來評估斑塊內成分的一種技術。物質的機械學特性決定其對機械及刺激的反應，不同組織對相同的機械刺激可產生不同反應。對于相同的機械刺激，堅硬的組織的形變程度小于柔軟的組織，并可由此判斷斑塊的組成成分(如鈣化和脂質)。血管內超聲彈性圖就是通過IVUS探頭收集在不同壓力作用下，接收管壁和斑塊不同成分的射頻回波信號，建立起反映組織受壓力后形變情況的橫斷面彈性圖，從而區分斑塊的不同成分。此技術彌補了普通IVUS不易區分脂質斑塊(易損斑塊)和纖維斑塊(穩定斑塊)的缺點。對于易損斑塊，IVUS彈性圖能夠通過測定其脂質的含量而確定危險程度，為治療和積極預防急性心血管事件提供可靠信息。有研究者發現不同的斑塊成分(尤其是纖維組織與脂肪組織)對機械刺激之間的差異有顯著的統計學意義[29]。在體研究證實脂質斑塊的張力值高于纖維斑塊，張力越高，斑塊越不穩定，判斷斑塊成分就顯得尤為重要了。隨著三維血管彈性圖(Three-Dimensional Intravascular Palpography)的發展，識別冠狀動脈全長的薄弱點成為可能[30]。總之，血管內彈性圖在評價斑塊組成和易損性尚具有獨特優勢，是臨床上識別易損斑塊較有優勢的技術方法。

2.3虛擬組織成像虛擬組織學成像血管內超聲(virtual histology-travascular ultrasound，VH-IVUS)是一種新的利用反向散射的超聲射頻信號的IVUS后處理技術，射頻信號通過功率頻譜的處理(如：傅立葉轉換、韋爾奇功率頻譜和自動回歸模型)進行比較分析，不同信號可對應不同的顏色，形成實時組織彩色圖像，實現對斑塊成分進行分析[31]。VH-IVUS把黑白的IVUS圖像用四種不同的顏色表示，每一種顏色分別代表不同的斑塊成分：綠色代表纖維性斑塊；黃色代表脂肪性的斑塊；白色代表鈣化性斑塊；紅色代表脂質核心[32]。但斑塊的成分復雜，僅有四種顏色很多時候不能完全表示斑塊的組成。有人曾提出建立一種更加有效的以便于真實組織和成像組織之間對應的共同“語言”，但還需要更多的進一步研究[33]。有研究顯示IVUS對斑塊相關成分的預測準確率均在90%以上[34]。與傳統IVUS圖像相比較，VH-IVUS能更精確地評估不穩定斑塊的主要成分——脂質核心，這對于我們識別不穩定斑塊，及時發現和預防急性心血管事件具有重要的臨床意義。血管再通后無復流現象在介入治療后偶有發生，對其機制尚清楚。研究者通過VH-IVUS分析急性心肌梗死患者斑塊內成分與血管再通后無復流現象發生率之間的關系發現，再通后無復流的發生與患者纖維脂肪斑塊體積密切相關，圖像上呈特征性的 “大理石樣”影像[35]。對于部分冠脈病變的患者，支架植入后易出現遠端栓塞，預后不良。研究人員利用VH-IVUS發現斑塊壞死中心體積與支架置入后的ST段再抬高有明顯的相關性[36]。通過虛擬組織成像技術對斑塊成分的準確分析可以明顯減少冠脈急性事件的發生及給介入治療后預后情況提供信息，甚至可能對一些因檢測手段限制導致的發病機制不清楚的疾病能有新的認識。

2.4IVUS指導支架置入支架置入是現在治療冠脈疾病的主要方式，理想的支架置入標準是支架完全貼壁、擴張充分、展開均勻、完全覆蓋病變。但在現有冠脈造影的指導下，很難對以上標準做出評估。IVUS可以清晰的觀察到需行支架置入的靶血管的斑塊性質、面積、偏心程度，血管壁的形態結構以及管徑和管腔面積，從而指導支架大小的選擇，同時通過血管內超聲可以對置入支架的對稱度、貼壁度、擴張度、后期內膜增生等指標進行評估，對冠狀動脈支架手術具有重要的意義[37]。血栓的形成是貼壁不全引起的并發癥中最重要的一項，IVUS對支架置入指導可以減少因貼壁不完全等引起的相應并發癥。血管內超聲技術可以評價支架置入術后即刻支架貼壁情況，對貼壁不良的支架可予高壓球囊擴張，改善貼壁情況。Habara[38]等曾發現IVUS相對于其他技術能夠更好的指導PCI。出現這一現象主要由于其他技術掃描范圍較小，在部分管腔較大的血管中無法探查到血管邊界，對血管評估不完全，而對于無法觀測到完整邊界的血管，為了避免因球囊壓力太大造成血管損傷，球囊壓力按最小測量管腔面積估計，可能造成血管內支架擴張不完全。IVUS可顯像范圍較大，對于部分大血管在保證分辨率的前提下還可以觀察到完整的血管壁，因此可以準確的評價管腔面積，給選擇球囊壓力提供可靠的依據，支架擴張更充分，治療效果及預后更好。所以，相比于其他成像技術，IVUS對于PCI的指導更有優勢。在指導一些特殊的病變中，如左主干病變、彌漫性病變、分叉病變等，血管內超聲相比于其他技術有較高的成功率[39]。

2.5IVUS用于指導其他治療IVUS不僅可以指導支架的植入，還可用于其他的一些治療，如經皮冠狀動脈腔內血管成形術(PTCA)，定向冠狀動脈內斑塊切除術(DCA)，定向旋切術和高頻旋磨術等。在PTCA術中IVUS可動態監測管腔的擴張程度，及時提醒醫師終止擴張。術后能隨時顯示血管內腔斷面大小、有無內膜撕裂及夾層的形成。并且相對于冠狀動脈造影更加準確[40]。DCA術是旋磨或直接切除粥樣斑塊，其技術難度可能大于球囊擴張術，但療效更好，并發癥的發生率較小。斑塊切除術的關鍵是斑塊切除是否完全，未能完全切除效果可能不好，過度切除會使管壁變薄導致繼發性血管瘤甚至急性穿孔。為了確保治療的成功，術前應詳細評估斑塊的成分及厚度，術中要實時動態監測切除的范圍，術后應再次評估斑塊是否完全切除，以對治療作出相應的調整，實現個體化治療。相對于IVUS的實時觀察和對斑塊的評估優勢，其他技術均不理想。定向旋切術和高頻旋磨術可以直接用于去除冠脈斑塊，但在實施之前需用血管內超聲明確冠狀動脈的病變性質及程度。在進行治療之后，血管內超聲又可用于判斷治療效果及殘余情況，為進一步的治療提供依據[41]。在對心肌橋支架植入術的指導中，血管內超聲可以更好的評價肌橋段冠狀動脈的血管壁情況，避免穿孔的發生[42]。

2.6IVUS的局限性IVUS在冠脈疾病方面具有明顯的優勢，但同時又有它自身的局限性，如因頻率的限制，而影響到分辨率，對纖維帽的觀察較其他技術稍差一些[2]。由于導管大小的限制，對于一些更小血管的病變，因探頭不能到達而不能得到檢查。并且它同時只能檢查一根(段)血管，對于多血管病變，時間可能會較長；三維重建時，圖像與導管的位置密切相關，這對操作者具有較高的要求；超聲圖像探及鈣化時會影響聲影后組織的探查，出現一定的“盲區”。也有相關報道提示血管內超聲可導致血栓的形成。

3　兩項技術結合

IVUS在診斷冠脈狹窄方面具有明顯的優勢，可以準確判斷冠脈的大小、病變的性質、狹窄的程度等[43]。但同時也存在一些使用的問題，如在沒有確切缺血依據的情況下，直接應用IVUS去尋找病變及斑塊；或者是冠脈造影發現臨界病變時，單純應用IVUS測量最小管腔面積(MLA)，而不去評估其他功能學的缺血依據，造成診斷不全面。FFR作為生理學檢查方法“金標準”，應用于左主干病變時常受到非左主干病變的干擾，如前降支或回旋支近端的嚴重狹窄，因此，FFR在左主干病變中難以準確實施。冠脈造影由于主動脈瓣葉不透射線及造影劑流動狀態的變化使得左主干的開口部位顯示不清。因此冠脈造影很難評估其病變的嚴重程度。IVUS實時成像基本不受血流的影響(但跟導管的位置有一定的關系)，根據二維或三維圖像可以精確的評估左主干的病變程度。更重要的是，IVUS可識別生理性的、非動脈粥樣硬化性左主干開口狹窄。因此在評估左主干病變時有重要價值。所以兩項技術的結合應用能夠很好的發揮兩項技術的各自優勢，理論上可以對病變做出更加準確的判斷，給臨床醫生提供更好的依據。但這需要更多的相關數據的支持。

4　展　望

隨著FFR和IVUS技術的發展，兩者分別在冠狀動脈病變診斷和治療中重要作用越來越受到大家的認可。它們可以為選擇更合理的治療策略提供可靠依據，避免不必要的支架置入；還可以用于指導支架的置入，置入的后續評估等其他技術難以做到的重要作用。三維IVUS技術也可以隨軟件技術的發展進行實時分析成為四維IVUS(實時成像分析IVUS)。相對于造影及OCT技術的輻射傷害，FFR和IVUS檢查本身也比較安全，對醫務人員及患者的傷害幾乎沒有，且自身并發癥低。雖然如此，FFR及IVUS檢查仍有很多問題需要進一步解決，比如IVUS較高的費用限制了它的進一步普及推廣，對于真實組織和圖像組織的差異，診斷標準還需更多的臨床經驗。包括IVUS對易損斑塊的早期識別等在內的技術問題也尚需進一步探討。隨著我國經濟的發展和FFR和IVUS相關技術水平的提高，FFR和IVUS技術應用會更廣泛，也將使越來越多的患者受益。現兩項技術多為單獨應用，兩項技術的結合使用尚缺乏更多的數據支持，所以需要更多的試驗進一步證實和探討兩項技術相結合的使用標準和范圍，從而更好的為臨床醫生及患者服務。兩項技術的結合應用可以為冠狀動脈評價提供更多診斷及治療信息，并且，高頻的血管內超聲探頭正在發展中[39]，它的出現可以使超聲的分辨率更高，必將為未來血管內成像技術的發展提供更加廣闊的前景。

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江西省科技支撐計劃項目(編號：2014BBG70069)

邱悅群，男，主任醫師，教授，碩士生導師。E-mail：qiuyuequn66@sohu.com

R541.4

A

1001-5779(2016)03-0482-06

10.3969/j.issn.1001-5779.2016.03.054

2015-12-04)(責任編輯：敖慧斌)