血管内超声成像与血流储备分数测量在冠状动脉疾病诊治中的应用进展*

赖　平，邱悦群

(赣南医学院　1.2014级硕士研究生；2.第一附属医院心内科,江西　赣州　341000)



血管内超声成像与血流储备分数测量在冠状动脉疾病诊治中的应用进展*

赖平1，邱悦群2

(赣南医学院1.2014级硕士研究生；2.第一附属医院心内科,江西赣州341000)

在冠状动脉复杂病变中，冠状动脉造影等相关检查只是根据影像学的改变推测病理改变，已不能满足临床需要，血流储备分数(Fractional Flow Reserve，FFR)及血管内超声成像技术(intravascular ultrasound，IVUS)的逐步发展可作为良好的补充，现就近些年来这两种技术的临床研究进展作一综述。

血管内超声；血流储备分数；冠状动脉粥样硬化；斑块性质；介入治疗

我国心血管病患病率处于持续上升阶段[1]。其中，冠状动脉粥样硬化已成为影响人类健康的最重要的疾病之一，对冠状动脉病变程度进行全方位的评价显得越发重要。在冠状动脉病变中，冠状动脉CT、冠状动脉造影等检查所看到的影像学改变只是病变的轮廓(二维图像)，不能直接提供血管壁内病变信息，导致冠脉造影所显示的影像常与病理结果有一定偏差。血流储备分数(FFR)及血管内超声成像技术(IVUS)是近年发展的新技术，可用于诊断及指导介入治疗、支架放置后的评估。尤其在评价冠状动脉狭窄，动脉粥样硬化程度、判断斑块性质、分析血管壁的组成成分等新的领域中，发挥着越来越重要的作用[2]。各种新的血管内超声成像技术不断发展为体内实时观察斑块负荷、斑块性质、心肌缺血程度及是否需要支架情况提供了重要的诊断信息。IVUS和FFR是两个不同的技术，有着不同的特点和优势，现就近些年来这两种技术的临床研究综述如下。

1　FFR

1.1基本概念FFR最早由Pijls 等于1993年提出[3]，其定义是狭窄的冠状动脉所供心肌区域能获得的最大血流与正常情况下所能获得的最大血流的比值。是心外膜血管的特异性指数，理论上其正常值均为1，且不受心率、血压、末梢循环等因素的影响[4]。冠状动脉的最大血流灌注量可以通过冠状动脉内注射血管扩张药物(如腺苷、 三磷酸腺苷、 罂粟碱、 硝普钠等)获得[5]。

1.2测量方法FFR主要通过计算压力导丝测得的冠状动脉狭窄远端压力与由指引导管同步测定的主动脉压力的比值来获得。相对于动脉压力，静脉压可忽略，计算公式推算如下所示[6]：

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

其中，Qsmax 代表狭窄冠状动脉供应最大血流;QNmax 代表冠状动脉正常时供应最大血流;Pd代表冠状动脉狭窄远端压力;Pa代表主动脉压力;Pv代表静脉压力;R代表充血心肌阻力。

1.3目前的标准DEFER研究[7]得出FFR值大于或等于0.75是决定给予药物治疗的临界值。即FFR<0.75时，介入治疗是合适的，可改善患者预后；FFR>0.75时，无论从功能性还是不良事件方面，介入治疗没有给患者带来益处。且众多的缺血运动试验表明，当 FFR<0.75 对诊断有心肌缺血的冠状动脉狭窄病变的敏感性和特异性均较高(分别为 88%和100%)[8]，总体准确率为93%。但近年来亦有多项研究将FFR的临界值定为0.8。

1.4FFR的意义FFR对于判断心肌缺血是否为血管狭窄所致及判断临界值具有重要的意义，FFR技术相对于冠脉造影的优点不仅在于无需造影剂，还能区分缺血的原因是冠脉痉挛引起还是真正斑块引起的狭窄所致，诊断结果更加真实。也有研究发现心肌缺血和冠脉的解剖之间无明显相关性，也就是病人可有缺血症状却无明显狭窄，有明显的狭窄却无缺血症状[9]。在指导治疗策略上，单独根据冠脉造影的结果认定为狭窄而作出的治疗策略和最佳药物治疗相比并不能减少心血管不良事件的发生[10]，而依靠生理学功能评估后的治疗策略往往能使情况得到改善[11-12]。据FAME 研究显示，FFR指导PCI可以显著减少支架植入数量和改善预后[13]。FFR指导的PCI同样能够很好的减少心血管不良事件的发生。而且FFR在多支血管病变中的应用中得到了同样的结果[14]。

1.5最新的进展——iFR及FFRCT传统的FFR测量由于需要注射血管扩张药物，部分不能耐受的患者受到一定的限制，研究表明[15]，一种无需使用血管扩张药物就可检测出血管内压力的新技术——瞬时无波型比率(instantaneous wave-free ratio， iFR)，它所测得冠状动脉内压力与普通的FFR测值相近。其基本原理是以常规压力导丝技术为基础，利用一种特别的波幅计算方法(由相关软件处理)计算出冠状动脉内的压力变化曲线，并测量、记录无波型期间的瞬间压力，即iFR。通常情况下，在心脏的运动周期中，舒张期心肌可以获得最大的血流灌注。这项新的测量方法使目前常规FFR技术得到简化，并可扩大了应用范围，尤其是那些对血管扩张药物不能耐受的患者。iFR的出现还使得这一技术用于单支和多支血管病变的检测更加简单，且不受影响血流动力学因素(如心率、 血压等)变化的影响。理论上任何一支冠状动脉的FFR 正常值均为 1．0，当冠状动脉存在狭窄时，FFR<1.0，但其临界标准尚未明确，有的定为0.75，也有的定为0.8。

FFRCT也是一种新型的FFR无创测量方法，是指将计算流体动力学应用于CCTA检查中，计算FFR值(即FFRCT)的一种方法[16]。通过CT获得影像学资料是这一方法的基础之一，同时还要模拟出该血管的最大血流量。具体方法是将血流通过一定的方程式变换，被模拟为牛顿流体[17]，通过传统三维重建方法重建冠状动脉树与心室肌之间的三维模型，并整合血管壁的弹性情况、冠状动脉的自身调节的最大血流量及血管扩张药物介导下冠状动脉的最大充血状态，将这些因素相互整合从而计算出各支血管FFR的结果，即FFRCT。FFRCT技术是以三个关键的原理为基础的：①静息状态下，冠状动脉血供能满足心肌的需求；②微血管阻力与直径呈负向相关性，但无线性比例关系；③冠状动脉血流正常时，可预测微循环对最大充血状态的反应[17]。只有同时满足以上三个条件，并将多重因素相互整合，才能反映出每段冠状动脉分支在应用血管扩张药物模拟的最大血流量的血流阻力情况。FFRCT优势在于为无创检测，并且可以定位病变部位，为血运重建提供可靠依据[18]。

FFR技术是对血管的功能评价，为了更准确的对病变做出评估，有研究曾设想将FFR与SYNTAX 评分相结合对病变血管进行评估，称之为“功能性SYNTAX 评分”，这为以后的研究提供了新的思路。但SYNTAX 评分复杂，可能增加相关风险，所以在实践中存在一定的困难，还需要进一步的完善[19]。

1.6FFR的局限性FFR取得了一定的进展，除了昂贵的费用限制了其开展之外，FFR技术的另一缺点是仅能确定狭窄，不能对由斑块所致的狭窄的斑块性质做出评价,且在测量的过程中可能加重心肌缺血性。测量过程中需使用药物扩张血管，但目前对于药物的剂量尚不确定，对于测量结果的范围还存在一定的争议，同时影响FFR测量的因素还有心肌梗死的时间、面积等[17]。在有些部位(如左主干、弥漫性病变)的病变中，测量可能受到影响。狭窄冠状动脉直径、 病变长度、血管形态、斑块的偏心程度、血管表面粗糙度以及斑块破裂等任何一项因素变化均可影响其测值。斑块的性质对于治疗方式的选择又是重要的依据并且不能用于直接指导支架的置入。因此，单独使用FFR的效果并不是最好的。

2　IVUS

在超声发展的早期，不少研究者就对腔内超声进行过研究，1990年Doucette等首先应用多普勒导丝测量冠状动脉血流。血管内超声是利用超声的组织穿透性和接收反射波进行显像的原理，通过导管技术将微型化超声探头置入血管腔内进行显像，可以提供血管的截面图像，不仅可以了解血管腔的形态，还能显示管壁的结构及病变的性质被认为是血管检查新的“金标准”[20]。IVUS的穿透力和扫描范围较大，可以清晰地显示冠状动脉全层的结构。而且随着一些新技术的发展，在判断动脉粥样硬化斑块的性质上具有很大的提高。在临床上可用于冠状动脉造影不能明确的斑块性质的测定、管腔直径的定量测量等。在药物治疗的动脉粥样硬化的临床患者中，IVUS的结果与药物之间有很好的相关性[21]。

普通的IVUS图像为单张横断面的图像，有经验的医生通常可以将得出图像立体印象，或用数字化的方式将图像沿纵轴成像，形成L-型显示模式。但其易受心动周期及导管位置的影响[22]。在IVUS的图像上，正常冠状动脉通常显示为三层结构，稍强回声的内层及外层，其间为较薄的无回声带，即中层。中层可因仪器的分辨率而受到一定的影响。但IVUS所显示血管的三层结构与通常血管三层结构又不同：血管内超声的内层，代表组织学的内膜和内弹力膜，与中层和管腔比，呈稍强回声；中间的无回声层，代表组织学的中膜；外层，因外膜和血管周围组织之间无明确的界限，常表现为特征性的“洋葱皮”样表现，代表外膜和外膜周围的组织。由于中层的显示不清或不能辨别，大约50%的正常冠状动脉也可仅表现为单层结构[23]。对于粥样硬化病变部位，如斑块、钙化等病变，由于回声的不同也会有不同的图像显示，所以能区分是否有病变及病变的程度[24]。并且理论上IVUS频率越高，分辨率也将越高，能比较精确地对斑块危险程度作出判断，甚至有些纤维帽结构能够显示。但频率和穿透力成反比。所以频率的选择对诊断和治疗方式非常重要，既要能分辨清楚又要能观察到病变的全部。

近些年来，血管内超声技术的不断发展，如三维弹性成像技术，弹性成像技术，虚拟组织成像，这些技术的存在给判断血管狭窄的程度，狭窄的原因，斑块危险程度(纤维帽的厚薄)以及支架的放置提供了更可靠地依据。

2.1IVUS三维成像三维成像技术是利用IVUS能够实时地呈现血管横断面图像的特点，使超声探头在血管腔内贴近管腔中央位置以一定的速度轴向移动，扫描出一系列连续的血管断面图像，再利用软件重建出扫描段血管的三维形态。实时IVUS仅能提供探头处血管小范围(纵向厚度很薄)的横断面图像，单个截面的图像信息通常不能代表整个斑块的病变信息，三维成像可以对整个血管节段进行成像并整体评估，减少诊断及治疗上错误的发生。IVUS三维重建主要可分为四个基本步骤[25]： (1)二维图像的获得；(2)图像数据化和节段化；(3)三维重建；(4)显示和分析。正确获得横截面的二维影像是成像的基础，一般是将探头送至病变处末端，再用控制器按一定速度(一般1 mm·s-1)回撤探头获得[26]。三维重建可因探头的位置、血流变化、血液的浓缩的情况产生一定的伪影。有研究者曾在获得二维图像后应用影像回顾性闸门技术进行三维重建使成像伪影减少超过90%，因而更适用于斑块相关性质的观测[27]。血管内超声的三维重建技术能提供血管纵向的病变相关信息，使诊断更加全面。不少研究者采用三维技术进行临床实验，得到的结果与真实情况相符率高。并可以精确评估动脉粥样硬化斑块的成分和稳定性情况，为治疗方式的选择提供重要参考意义[28]。三维成像技术形成的整体病变图像对指导介入治疗也有重要的意义，尤其是那些用造影不能确定病变范围的，三维成像技术有其独特优势。

2.2弹性成像血管内超声弹性图(IVUS elastography)是以斑块内不同成分的机械学特性不同为基础来评估斑块内成分的一种技术。物质的机械学特性决定其对机械及刺激的反应，不同组织对相同的机械刺激可产生不同反应。对于相同的机械刺激，坚硬的组织的形变程度小于柔软的组织，并可由此判断斑块的组成成分(如钙化和脂质)。血管内超声弹性图就是通过IVUS探头收集在不同压力作用下，接收管壁和斑块不同成分的射频回波信号，建立起反映组织受压力后形变情况的横断面弹性图，从而区分斑块的不同成分。此技术弥补了普通IVUS不易区分脂质斑块(易损斑块)和纤维斑块(稳定斑块)的缺点。对于易损斑块，IVUS弹性图能够通过测定其脂质的含量而确定危险程度，为治疗和积极预防急性心血管事件提供可靠信息。有研究者发现不同的斑块成分(尤其是纤维组织与脂肪组织)对机械刺激之间的差异有显著的统计学意义[29]。在体研究证实脂质斑块的张力值高于纤维斑块，张力越高，斑块越不稳定，判断斑块成分就显得尤为重要了。随着三维血管弹性图(Three-Dimensional Intravascular Palpography)的发展，识别冠状动脉全长的薄弱点成为可能[30]。总之，血管内弹性图在评价斑块组成和易损性尚具有独特优势，是临床上识别易损斑块较有优势的技术方法。

2.3虚拟组织成像虚拟组织学成像血管内超声(virtual histology-travascular ultrasound，VH-IVUS)是一种新的利用反向散射的超声射频信号的IVUS后处理技术，射频信号通过功率频谱的处理(如：傅立叶转换、韦尔奇功率频谱和自动回归模型)进行比较分析，不同信号可对应不同的颜色，形成实时组织彩色图像，实现对斑块成分进行分析[31]。VH-IVUS把黑白的IVUS图像用四种不同的颜色表示，每一种颜色分别代表不同的斑块成分：绿色代表纤维性斑块；黄色代表脂肪性的斑块；白色代表钙化性斑块；红色代表脂质核心[32]。但斑块的成分复杂，仅有四种颜色很多时候不能完全表示斑块的组成。有人曾提出建立一种更加有效的以便于真实组织和成像组织之间对应的共同“语言”，但还需要更多的进一步研究[33]。有研究显示IVUS对斑块相关成分的预测准确率均在90%以上[34]。与传统IVUS图像相比较，VH-IVUS能更精确地评估不稳定斑块的主要成分——脂质核心，这对于我们识别不稳定斑块，及时发现和预防急性心血管事件具有重要的临床意义。血管再通后无复流现象在介入治疗后偶有发生，对其机制尚清楚。研究者通过VH-IVUS分析急性心肌梗死患者斑块内成分与血管再通后无复流现象发生率之间的关系发现，再通后无复流的发生与患者纤维脂肪斑块体积密切相关，图像上呈特征性的 “大理石样”影像[35]。对于部分冠脉病变的患者，支架植入后易出现远端栓塞，预后不良。研究人员利用VH-IVUS发现斑块坏死中心体积与支架置入后的ST段再抬高有明显的相关性[36]。通过虚拟组织成像技术对斑块成分的准确分析可以明显减少冠脉急性事件的发生及给介入治疗后预后情况提供信息，甚至可能对一些因检测手段限制导致的发病机制不清楚的疾病能有新的认识。

2.4IVUS指导支架置入支架置入是现在治疗冠脉疾病的主要方式，理想的支架置入标准是支架完全贴壁、扩张充分、展开均匀、完全覆盖病变。但在现有冠脉造影的指导下，很难对以上标准做出评估。IVUS可以清晰的观察到需行支架置入的靶血管的斑块性质、面积、偏心程度，血管壁的形态结构以及管径和管腔面积，从而指导支架大小的选择，同时通过血管内超声可以对置入支架的对称度、贴壁度、扩张度、后期内膜增生等指标进行评估，对冠状动脉支架手术具有重要的意义[37]。血栓的形成是贴壁不全引起的并发症中最重要的一项，IVUS对支架置入指导可以减少因贴壁不完全等引起的相应并发症。血管内超声技术可以评价支架置入术后即刻支架贴壁情况，对贴壁不良的支架可予高压球囊扩张，改善贴壁情况。Habara[38]等曾发现IVUS相对于其他技术能够更好的指导PCI。出现这一现象主要由于其他技术扫描范围较小，在部分管腔较大的血管中无法探查到血管边界，对血管评估不完全，而对于无法观测到完整边界的血管，为了避免因球囊压力太大造成血管损伤，球囊压力按最小测量管腔面积估计，可能造成血管内支架扩张不完全。IVUS可显像范围较大，对于部分大血管在保证分辨率的前提下还可以观察到完整的血管壁，因此可以准确的评价管腔面积，给选择球囊压力提供可靠的依据，支架扩张更充分，治疗效果及预后更好。所以，相比于其他成像技术，IVUS对于PCI的指导更有优势。在指导一些特殊的病变中，如左主干病变、弥漫性病变、分叉病变等，血管内超声相比于其他技术有较高的成功率[39]。

2.5IVUS用于指导其他治疗IVUS不仅可以指导支架的植入，还可用于其他的一些治疗，如经皮冠状动脉腔内血管成形术(PTCA)，定向冠状动脉内斑块切除术(DCA)，定向旋切术和高频旋磨术等。在PTCA术中IVUS可动态监测管腔的扩张程度，及时提醒医师终止扩张。术后能随时显示血管内腔断面大小、有无内膜撕裂及夹层的形成。并且相对于冠状动脉造影更加准确[40]。DCA术是旋磨或直接切除粥样斑块，其技术难度可能大于球囊扩张术，但疗效更好，并发症的发生率较小。斑块切除术的关键是斑块切除是否完全，未能完全切除效果可能不好，过度切除会使管壁变薄导致继发性血管瘤甚至急性穿孔。为了确保治疗的成功，术前应详细评估斑块的成分及厚度，术中要实时动态监测切除的范围，术后应再次评估斑块是否完全切除，以对治疗作出相应的调整，实现个体化治疗。相对于IVUS的实时观察和对斑块的评估优势，其他技术均不理想。定向旋切术和高频旋磨术可以直接用于去除冠脉斑块，但在实施之前需用血管内超声明确冠状动脉的病变性质及程度。在进行治疗之后，血管内超声又可用于判断治疗效果及残余情况，为进一步的治疗提供依据[41]。在对心肌桥支架植入术的指导中，血管内超声可以更好的评价肌桥段冠状动脉的血管壁情况，避免穿孔的发生[42]。

2.6IVUS的局限性IVUS在冠脉疾病方面具有明显的优势，但同时又有它自身的局限性，如因频率的限制，而影响到分辨率，对纤维帽的观察较其他技术稍差一些[2]。由于导管大小的限制，对于一些更小血管的病变，因探头不能到达而不能得到检查。并且它同时只能检查一根(段)血管，对于多血管病变，时间可能会较长；三维重建时，图像与导管的位置密切相关，这对操作者具有较高的要求；超声图像探及钙化时会影响声影后组织的探查，出现一定的“盲区”。也有相关报道提示血管内超声可导致血栓的形成。

3　两项技术结合

IVUS在诊断冠脉狭窄方面具有明显的优势，可以准确判断冠脉的大小、病变的性质、狭窄的程度等[43]。但同时也存在一些使用的问题，如在没有确切缺血依据的情况下，直接应用IVUS去寻找病变及斑块；或者是冠脉造影发现临界病变时，单纯应用IVUS测量最小管腔面积(MLA)，而不去评估其他功能学的缺血依据，造成诊断不全面。FFR作为生理学检查方法“金标准”，应用于左主干病变时常受到非左主干病变的干扰，如前降支或回旋支近端的严重狭窄，因此，FFR在左主干病变中难以准确实施。冠脉造影由于主动脉瓣叶不透射线及造影剂流动状态的变化使得左主干的开口部位显示不清。因此冠脉造影很难评估其病变的严重程度。IVUS实时成像基本不受血流的影响(但跟导管的位置有一定的关系)，根据二维或三维图像可以精确的评估左主干的病变程度。更重要的是，IVUS可识别生理性的、非动脉粥样硬化性左主干开口狭窄。因此在评估左主干病变时有重要价值。所以两项技术的结合应用能够很好的发挥两项技术的各自优势，理论上可以对病变做出更加准确的判断，给临床医生提供更好的依据。但这需要更多的相关数据的支持。

4　展　望

随着FFR和IVUS技术的发展，两者分别在冠状动脉病变诊断和治疗中重要作用越来越受到大家的认可。它们可以为选择更合理的治疗策略提供可靠依据，避免不必要的支架置入；还可以用于指导支架的置入，置入的后续评估等其他技术难以做到的重要作用。三维IVUS技术也可以随软件技术的发展进行实时分析成为四维IVUS(实时成像分析IVUS)。相对于造影及OCT技术的辐射伤害，FFR和IVUS检查本身也比较安全，对医务人员及患者的伤害几乎没有，且自身并发症低。虽然如此，FFR及IVUS检查仍有很多问题需要进一步解决，比如IVUS较高的费用限制了它的进一步普及推广，对于真实组织和图像组织的差异，诊断标准还需更多的临床经验。包括IVUS对易损斑块的早期识别等在内的技术问题也尚需进一步探讨。随着我国经济的发展和FFR和IVUS相关技术水平的提高，FFR和IVUS技术应用会更广泛，也将使越来越多的患者受益。现两项技术多为单独应用，两项技术的结合使用尚缺乏更多的数据支持，所以需要更多的试验进一步证实和探讨两项技术相结合的使用标准和范围，从而更好的为临床医生及患者服务。两项技术的结合应用可以为冠状动脉评价提供更多诊断及治疗信息，并且，高频的血管内超声探头正在发展中[39]，它的出现可以使超声的分辨率更高，必将为未来血管内成像技术的发展提供更加广阔的前景。

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江西省科技支撑计划项目(编号：2014BBG70069)

邱悦群，男，主任医师，教授，硕士生导师。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)(责任编辑：敖慧斌)