一文了解冠脉血管内超声（IVUS）的原理与应用

一文了解冠脉血管内超声（IVUS）的原理与应用

引用

网易

1.

https://www.163.com/dy/article/J6JM85M7053438SI.html

我们知道，冠状动脉造影是冠心病诊断的金标准，通过在血管内注入造影剂，然后拍摄X光片，可以清晰地显示出血管的狭窄程度。但是这种纯粹的拍摄X光片仅仅只是二维影像，狭窄程度往往都是直观目测，虽然手术医生可以通过多个体位角度去造影判断血管的狭窄程度，但仍无法全面判断血管壁的结构和斑块的性质。

随着医学技术的进步，人们开始寻求更加直观和全面的血管成像方法。1989年，血管内超声（Intravascular Ultrasound，IVUS）技术首次用于临床应用，它是通过在导管内置入超声探头，可以在血管内部获取实时的三维图像,大大提高了检查的精确性。

IVUS出现后，迅速在冠心病诊断和治疗中发挥了重要作用。它可以清晰显示血管壁的结构，准确评估斑块性质和狭窄程度，为医生制定更加个体化的诊疗方案提供重要依据。同时，IVUS也可以引导介入治疗,优化支架植入等操作，提高治疗效果。

可以说，IVUS技术的诞生和临床应用，极大地推动了冠心病诊断和介入治疗的发展，为患者带来了更加精准和安全的诊疗方案。那么本文将与大家一起简要地介绍IVUS的原理与应用。

IVUS的原理与检查流程

IVUS是利用高频超声波成像技术，通过向血管壁发射和接收超声波信号，从而获得血管内部的精细图像1。具体包括（见图1）:

• IVUS探头：集成在导管末端的小型超声探头，可以发射和接收高频(20-60MHz)超声波。
• 超声波发射与接收：探头发射的超声波会反射在血管壁的不同层组织上,探头接收这些反射信号。
• 图像重建：通过对接收信号的强度和时间延迟分析，IVUS系统可以重建出血管内部结构的断面图像。
• 图像显示：最终在控制台上清晰显示出血管内膜、中膜、外膜以及斑块的三维结构图像。

图1. IVUS成像系统

临床上，行冠脉内IVUS检查的流程主要包括：

1. 病人家属知情谈话
   评估病人身体状况，确定是否需要并适合进行IVUS检查；与家属沟通IVUS检查目的和流程，取得知情同意。

2. 指引导管和工作导丝置入
   追加适量肝素钠，将指引导管送入目标冠脉并确认位置；选择合适的工作导丝，将其送入目标血管并通过病变到血管远端。

3. IVUS导管准备
   取出IVUS导管，用生理盐水彻底冲洗导管内腔，将IVUS导管连接到成像系统，进行校准和功能检查。空气对超声检查的准确性的影响是显著的，因此IVUS导管充分地冲洗从而将气泡完全排出对获取高质量的冠脉官腔图像至关重要，具体准备流程可参见以下视频。

4. 冠脉内硝酸甘油给药
   根据病人的具体病情，可给予适量的冠脉内硝酸甘油以扩张冠脉，改善血流灌注，降低检查并发症风险

5. IVUS导管送入和成像
   沿工作导丝小心插入IVUS导管至目标血管内，在透视引导下手动或自动回撤导管获取血管内部高清超声图像。

IVUS 图像简单判读

1. 冠脉结构
   我们知道，冠脉结构可以分为三层（见图2）:

• 首先内膜(Intima)，内膜位于血管最内层，由内皮细胞和基底膜组成；接触血液，参与血液凝固和免疫反应；
• 其次是中膜(Media)，由平滑肌细胞和弹性纤维构成，是主要维持血管张力和形态的结构，能够调节血流；
• 最外层是外膜(Adventitia)，由疏松结缔组织组成，含有营养血管(vasa vasorum)。
  值得注意的是，冠状动脉粥样硬化斑块主要形成在内膜层：初期斑块主要由脂质沉积和泡沫细胞聚集形成，随后斑块逐渐发展，内膜增厚，并可能向中膜层扩展，晚期斑块则可能出现钙化、出血、坏死等复杂变化。

图2. 冠脉血管及斑块结构

2. 二正常血管成像
   在IVUS成像中，可以看到冠状动脉的三层结构（图3）。

• 最内层是内膜，由三种元素组成：内皮、动脉粥样硬化斑块（如果动脉患病）和内弹性膜。与管腔和中膜相比，这一层回声强烈。内膜的后缘，即内弹性膜 (Internal elastic membrane，IEM）并不总能清晰区分;
• 第二层是中膜，由平滑肌和外弹性膜 (External elastic membrane，EEM)均匀组成，表现为无回波层；
• 第三层或最外层是外膜，由外膜和外膜周围组织组成。该层结构富含弹性蛋白和胶原蛋白，纤维化程度较高，成像上回波密集；在 IVUS 图像上，真正的外膜与周围的血管周围组织之间没有明显的界限。
  血管滋养管是供应冠状动脉壁的小血管网络，偶尔可以在IVUS 图像中中膜外部看到。

图3. IVUS中冠脉的三层结构
冠状动脉由三层结构组成（“i”-内膜，“m”-中膜，“a”-外膜）。

• 最内层，即内膜，由三个元素组成：内皮（对应于管腔表面）、动脉粥样硬化斑块（如果动脉患病）和内弹性膜 (IEM)。
• 第二层是中膜，由平滑肌和外弹性膜 (EEM) 组成。
• 第三层和最外层是外膜，由外膜和外膜周围组织组成。
  A 正常冠状动脉；
  B 患病血管。*表示血管内超声导管，黄色箭头表示带有声影的工作导丝。

3. 三斑块形态判断

• 软（脂质）斑块：术语“软”是指与参考外膜形成相比，由低回声性产生的声学信号，而不是斑块的结构特征（图4）。一般来说，这是大多数细胞病变中脂质含量高的结果。然而，回声降低区也可能归因于斑块内的坏死区、壁内出血或血栓。大多数软斑块含有最少的胶原蛋白和弹性蛋白。
• 纤维斑块：其回声性介于软（低回声）斑块和高回声钙化斑块之间。纤维斑块主要代表动脉粥样硬化病变。一般来说，纤维组织内容越大，组织的回声性越高。
• 钙化斑块：强回声斑块，特征是带有强回声造成的其后方组织的无回声阴影。非常致密的纤维斑块也可能会表现为强回声信号，但其后方不伴随无回声阴影（图5）。
• 混合斑块：包含一种以上亚型的斑块。这些斑块有许多术语，例如“纤维钙化”和“纤维脂肪”。

图4. 软（脂质）、纤维和混合斑块的代表性IVUS图像
A与参考外膜相比，软（脂质）斑块具有低回声性。
B 纤维斑块的回声性介于软（低回声）斑块和高回声钙化斑块之间。
C 混合斑块包含多个亚型

4. 四支架情况判断
   金属支架支柱是超声波的强反射器，因此，表现为沿血管圆周的高回波点或弧线（图5）。良好的支架植入定义为支架与动脉壁足够紧密的接触，以阻止任何支柱和下壁之间的血流（图1）。
   支架面积是通过以支架支柱前缘为界的区域的平面测量来测量的。如果存在支柱不完全植入，支架面积将小于管腔面积。

图5 支架和钙评估
A' 通过追踪支架支柱的前缘来测量支架面积。
B 支架贴壁不良（畸形）；观察到支柱和下壁之间的血流（*星号）。
C 钙化表现为带有强回声造成的其后方组织的无回声阴影，也可能产生混响或多次反射

5. 五其他定性测量举例

图6. 其他定性测量示例
A减弱斑块伴有无致密钙化（圆弧）的向后信号衰减。
B 血栓通常表现为腔内肿块，通常表现为分层、分叶状或带蒂的外观（黄色箭头）。
C 具有活动瓣的夹层（黄色箭头）。
D 组织突出被检测为支架或脚架的组织挤压（*星号）。
E 真腔（图像中的“t”）被血管壁的所有三层包围，而假腔（图像中的“f”）则没有

IVUS 在介入治疗中的应用

IVUS治疗指征

根据2018年血管内超声在冠状动脉疾病中应用的中国专家共识：

• 左主干病变中最小管腔面积（minimal lumen area, MLA）>6.0 mm2可作为延迟进行介入治疗的界限值。
• 目前亚洲的临床研究提示，MLA 4.5 mm2可作为判断是否存在缺血的界限值，但尚需更多的数据来证明。对于MLA为4.5~6.0 mm2的患者，推荐行血流储备分数（Fractional flow reserve, FFR）评估缺血。
• 对于非左主干、参考血管直径>3 mm的病变，介入治疗的IVUS界限值为MLA<2.8 mm2；对参考血管直径<3 mm的病变，介入治疗的IVUS界限值为MLA<2.4 mm2。

在临床中，IVUS的应用可简要分为术前和术后评估。

术前病变评估

• 病变长度测量
  IVUS可以清晰显示病变的起止位置，并精准测量病变长度，有助于选择合适长度的支架，确保完全覆盖病变部位。
• 支架直径选择
  通过IVUS测量病变部位的管腔直径，包括最小管腔直径和参考血管直径，能够根据这些数据选择合适直径的支架，确保支架能充分贴壁。
• 钙化病变评估
  IVUS能清晰显示病变部位的钙化情况，包括钙化位置、程度和分布；这些信息有助于判断支架扩张的难易程度，并决定是否需要进一步预扩张处理。

术后支架植入后评估

• 支架展开情况
  IVUS可以清晰显示支架的展开情况，是否完全贴壁，是否膨胀良好，支架边缘是否覆盖病变、支架边缘是否有夹层等问题。
• 残余狭窄评估
  评估目标血管是否还有残余狭窄或病变。如果有残余狭窄，可考虑进一步植入支架处理。

总结

总的来说，IVUS是一种高分辨率的腔内成像技术，能提供血管管腔和壁层的精细结构信息。IVUS在冠脉疾病的诊断和治疗过程中发挥着不可替代的作用。它可以精准测量病变长度和直径，评估钙化程度，指导支架选择和植入。IVUS广泛应用于冠脉疾病的诊断、治疗及术后随访，是当前心血管介入治疗领域不可或缺的重要工具。

参考文献
1.Li J, Ma T, Mohar D, Steward E, Yu M, Piao Z, He Y, Shung KK, Zhou Q, Patel PM and Chen Z. Ultrafast optical-ultrasonic system and miniaturized catheter for imaging and characterizing atherosclerotic plaques in vivo. Scientific Reports. 2015;5.
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3. 血管内超声在冠状动脉疾病中应用的中国专家共识专家组.血管内超声在冠状动脉疾病中应用的中国专家共识(2018)[J].中华心血管病杂志,2018,46(5):344-351.DOI:10.3760/cma.j.issn.0253-3758.2018.05.005.
4. https://www.youtube.com/watch?v=pNSnKfhdFIA.