第一节　VH-IVUS

一、VH-IVUS的原理

虚拟组织学超声（virtual histology，VH-IVUS）能够对回声中的频谱信号进行分析，通过识别不同冠脉粥样硬化组织的不同回声频率，对粥样硬化斑块的组织成分进行模拟显像，建立相应的彩色编码，从而区分出不同的粥样硬化斑块成分（图3-1-1-1），使得IVUS能够更加直观的对粥样硬化斑块进行更准确的定性及定量分析。那么，VH-IVUS的成像原理是什么呢？如果能对IVUS回声中的射频（radiofrequency，RF）信号进行更深入的频谱处理（图3-1-1-2），我们就能够对不同的粥样硬化斑块组织，进行更加详细的分析，从而，对斑块进行更加准确的评估。Nair等学者基于多种特征的分类法［6］，证实利用反向散射的超声射频信号，采用自动回归（autoregressive，AR）分析的方法，比传统的傅立叶转换的分析方法，能够更好地分辨粥样硬化斑块的成分［7，8］（图3-1-1-3）。同时，可以实时地重建斑块分类的组织图像，这也就是VH-IVUS的基本原理（图3-1-1-4）。在临床应用方面，Nasu等学者的研究［9］进一步证实VH-IVUS与病理组织学具有很高的一致性。

在临床应用中，采用固态数字化技术的鹰眼（eagle-eye）20MHz IVUS导管（火山公司，美国），能够采集分析VH-IVUS的信息。VH-IVUS除了图像信息采集，同时需要采集受试患者的心电图信号，这是源于VH-IVUS的图像采集是通过心电图门控来采集射频（RF）数据的。换句话说，在回撤鹰眼IVUS导管时，通过IVUS机器的控制台和患者的心电图信号R-R波的波幅去采集射频信息。然后，再通过IVUS机器上的VH-IVUS分析软件，对采集到的射频信号进行分析，从而虚拟出粥样硬化斑块的组织成分图像。因此，如果患者的心电图信号缺失，或者心电图的R波波幅太低，就不能分析VH-IVUS的图像。

在体外病理组织学研究的基础上，将获得的射频信号与相应的病理组织学进行对比研究，计算出不同组织的光谱曲线和频率区信号的特征参数，从而进一步转换成VH-IVUS图像，就能够依据不同的着色表述，对不同的组织特性进行区分。目前VH-IVUS定义四种主要的冠脉粥样硬化斑块组织成分，分别是纤维斑块、纤维脂肪斑块、坏死核心和钙化。纤维斑块定义为深绿色区域，主要由胶原纤维构成；纤维脂肪斑块定义为浅绿色区域，主要由包含脂质的松散胶原纤维构成，其中没有坏死组织的成分；坏死核心定义为红色区域，主要是由大量的死亡细胞和脂质所构成；钙化定义为白色区域，这种组织是由大量钙盐晶体沉积而成（图3-1-1-5）。VH-IVUS预测上述类型斑块组织的准确度分别为：纤维斑块93.4%，纤维脂肪斑块94.6%，坏死核心95.1%，钙化斑块96.8% ［10］。

二、VH-IVUS的临床研究及应用

（一）VH-IVUS在检测易损斑块中的价值

急性冠状动脉综合征（acute coronary syndrome，ACS）是心血管病死亡的主要原因。研究显示约有75%的ACS是由不稳定性斑块破裂引起的血栓所致［11］。因此，如果某种技术可以帮助医生识别不稳定性斑块，及早制定预防粥样硬化进展或者稳定斑块的方案，对于预防或减少ACS的发生具有重要意义。目前，我们主要依据病理学研究的结果，来描述和判断斑块的稳定性［12，13，14］，主要内容包括坏死核心融合的程度、纤维帽厚度、钙化程度、血管正性重塑和管腔狭窄程度，以及靶病变的位置等。但是，不稳定性斑块是否最终导致临床事件，以及不稳定性斑块是自发性破裂，还是逐步消退的风险难以预测，所以，针对不稳定性斑块进行的介入治疗策略仍存在争议。

为了更好地预防和减少冠脉事件的发生，选择合理有效的检测方法很重要。然而，依据冠状动脉造影术的结果和患者的临床表现都不能准确预测急性冠脉事件的发生。有研究显示，48%-78%的ACS患者，在其出现冠脉事件前所进行的冠状动脉造影检查，血管的病变狭窄程度小于50% ［15］。同时，无创性心脏检查也不能有效地识别斑块破裂可能，或者预测冠脉事件的发生。

什么是“易损斑块”或者“不稳定性斑块”？目前的共识为，斑块具有一个大的脂核，有一层厚度<65μm的薄纤维帽，坏死核心超过斑块面积的10%以上，有较多的巨噬细胞浸润和严重的内皮功能不全等特征［16，17］，结合病理组织学研究的结果，此类斑块也被称为薄帽纤维帽粥样硬化斑块（thin-cap fibroatheromas，TCFA）。据此，作为检测和判断不稳定性斑块的理想技术，应该可以显示血管病变的狭窄程度、血管直径和斑块纤维帽的厚度，还有更重要的是，可以检测到粥样硬化斑块的组成成分。VHIVUS成像技术具备了上述能力，既可以区分斑块的不同类型（图3-1-1-6），又可以判断斑块的进展情况，还能识别斑块的稳定性。

Rodriguez-Granillo等学者应用VH-IVUS进行了人体的在体研究［18］，他们根据病理组织学研究的结果，对VH-IVUS识别的TCFA斑块进行了定义，其诊断标准为：血管内横断面积狭窄率超过40%；坏死核心占整体斑块面积超过10%以上；靠近管腔，并至少在3个连续横断面出现此类表现（图3-1-1-7）。研究结果发现，相对于稳定性心绞痛患者，在ACS患者中VH-IVUS能够检测更多的TCFA斑块。而且，超过80%以上的TCFA斑块，都是出现在冠脉近端30mm以内的位置。来自韩国的Hong等学者［19］，根据上述诊断标准，针对107名稳定型心绞痛和105名ACS患者，进行了冠脉三支血管的VH-IVUS检查，研究结果显示，ACS患者的冠脉存在更多的破裂斑块（3∶1），存在更高比例的VH-IVUS定义的TCFA斑块，同时再次证实，超过80%以上VH-IVUS定义的TCFA斑块和破裂斑块，存在于冠脉血管近端40mm以内的位置上。上述两个研究的结果与病理学研究结果具有很好的相关性，也进一步证明VH-IVUS在检测不稳定性斑块方面，具有重要的临床指导价值。依据冠状动脉造影术的研究也发现，急性ST段抬高的心肌梗死（ST-elevation myocardial infarction，STEMI）患者的罪犯病变通常位于在冠脉近端三分之一的位置［20］。有关VH-IVUS的研究证实，STEMI患者的罪犯病变距离冠脉开口越近，其斑块中的坏死核心的比例就越高［21］。

基于灰阶IVUS的研究显示，存在正性重塑（positive remodeling）的血管中，低回声斑块的比例明显增多，此现象可能是该类斑块的脂肪成分比例增加所致［22］。Rodriguez-Granillo等学者的研究［23］发现，血管正性重塑的程度与纤维脂肪性斑块呈正相关（r=0.83，P<0.0001），而与纤维性斑块呈负相关（r=-0.45，P=0.003），并与高危病变如TCFA斑块存在直接关系。而血管的负性重塑程度，则与稳定性斑块如内膜增厚或是纤维性斑块有正相关性。Surmely等学者的研究却指出［24］，如果正性重构发生在血管病变的最小管腔直径处，其坏死核心百分比少于存在负性重构病变的百分比。上述研究结果的不一致性，可能与病变的特征、研究方法、以至患者的年龄和两性比例不同有关。Surmely等研究的入选患者，平均年龄比Rodriguez-Granillo等研究的入选患者年龄相差十岁以上，而且，入选的男性患者比例较多，上述原因可能导致研究结果的差异。

PROSPECT（Providing Regional Observations to Study Predictors of Events in the Coronary Tree）研究，是第一个采用VH-IVUS技术对三支冠状动脉进行检测病变特征的前瞻性、全球多中心研究，共入选了697例ACS患者，进行了两年的随访。该研究的主要目的是分析急性冠脉综合征与冠脉病变进展的自然发展过程的关系，从而识别未来发生不良心脏事件的危险因素。研究结果显示，冠脉造影确定为临界病变的患者中，仅有27%的病变的狭窄程度与IVUS判断的病变最严重位置相一致；冠脉造影认定的非罪犯病变中，28%经过VH-IVUS检查确定为潜在高危TCFA斑块；在所有入选的患者中，有28.4%患者存在至少一个VH-IVUS定义的高危TCFA斑块。PROSPECT研究的结果指出，VH-IVUS定义的高危TCFA斑块，病变处的斑块负荷超过70%，最小管腔面积小于4mm2，上述三个指标是预判该患者未来三年再次出现冠脉事件的最重要的危险因素。高危斑块所引发的冠脉事件，比没有冠脉危险因素的患者增加十倍以上［25］。随后的VIVA ［26］研究和ATHEROREMO-IVUS［27］研究也再次证实了PROSPECT研究的结果。

（二）VH-IVUS在冠脉介入治疗中的应用

在冠状动脉介入冶疗过程中，机械挤压和血栓脱落都会造成冠脉远端微血管发生栓塞，引起冠脉血流减慢，导致无复流现象的发生，并且，增加冠脉介入术的围术期风险［28，29］。Kawaguchi［30］等学者的研究指出，应用VH-IVUS可以预测STEMI患者介入治疗后出现远端微栓塞的风险。其中，粥样硬化斑块内坏死核心的体积是STEMI患者在支架植入术后，ST段再次抬高的最佳预测因子，其最佳预测值为33.4mm3，敏感性为81.7%，特异性为63.6%。另外，Kawamoto［31］等的研究也指出，通过VH-IVUS检测到的粥样硬化斑块内坏死核心部分与支架植入术中微小血栓的释放有关，并可以导致冠脉血流储备的延迟恢复。还有为了探讨粥样硬化斑块成分和急性冠脉综合征的患者在支架植入术后出现无复流的现象的关系，Hong［32］等对190个急性冠脉综合征的患者进行了VH-IVUS的研究。结果显示，急性冠脉综合征的患者在支架术后出现无复流的现象与粥样硬化斑块的成分密切相关。他们比对了行支架植入术后出现无复流现象与没有出现无复流现象的急性冠脉综合征的患者。发现出现无复流现象的患者的病变狭窄段中，粥样硬化斑块内坏死核心成分的百分比和体积明显较高，而VH-IVUS检测到的TCFA斑块也更多。

以上的研究结果进一步表明，如果在支架植入术前，能够检测导致术后发生远端微栓塞风险的高危斑块，就可以帮助心脏介入医生制定出有效的治疗方案，如采用远端栓塞保护装置以预防远端微栓塞的发生，或者采用强化的抗栓策略，包括服用阿司匹林、氯吡格雷或者GP Ⅱb/Ⅲa抑制剂等。

（三）虚拟组织学在斑块进展和逆转研究中的作用

目前，已经有研究指出，粥样硬化斑块的稳定性与斑块的组成成分有密切关系，而不是取决于冠脉病变的狭窄程度。因此，对于药物治疗后粥样硬化斑块组成成分的改变，远较粥样硬化斑块的体积及负荷变化更有临床上的意义。所以，以传统的灰阶IVUS为基础，发展出来的血管内粥样硬化斑块组织超声分析技术VH-IVUS，在药物治疗对粥样硬化斑块的进展和消退的研究上，有着更重要的角色。现在，已经有多项药物干预治疗动脉粥样硬化斑块的临床研究，以VH-IVUS技术作为研究的观察终点。

吡格列酮（Pioglitazone）是一种过氧化物酶增生活化（PPAR-　）受体拮抗剂，常用于治疗2型糖尿病患者。这种药物可通过多种途径对心血管系统产生影响，其中包括降低血糖、血脂、C反应蛋白（C-Reactive Protein，CRP）和增加高密度胆固醇（HDL）水平。也有研究证实，吡格列酮能够有效地减缓冠脉斑块增长的进程。目前，尚不明确该药物对动脉粥样硬化斑块成分的影响［33，34］，因此，Ogasawara等［35］应用VH-IVUS技术，探讨吡格列酮对于减缓动脉粥样硬化斑块进展的效果，以及它对斑块成分改变的影响。54例具有稳定性心绞痛症状的2型糖尿病患者被随机分配到接受吡格列酮（15mg/d）组或是对照组，然后，使用VH-IVUS去定量评估整个冠状动脉粥样硬化斑块总体积和斑块成分。在药物治疗前后的6个月的变化百分比。研究结果显示，吡格列酮组患者的血糖水平、C反应蛋白和脂蛋白的水平显著改善。而与基线相比，两组的动脉粥样硬化斑块体积没有明显变化。但是，从VH-IVUS检查结果发现，吡格列酮组患者的粥样硬化斑块中坏死核心面积显著减少（P=0.001），同时与血脂水平呈负相关（r=-0.46，P <0.0001）。从这个研究结果可以看出，吡格列酮能够显著减少动脉粥样硬化斑块中坏死核心的部分，同时，增加脂联素的水平，从而稳定粥样硬化斑块，减轻粥样硬化病变的程度。

Nasu等［36］采用VH-IVUS技术评估在降脂治疗和低脂饮食下氟伐他汀（Fluvastatin）对血脂和冠状动脉粥样硬化斑块进展的影响。80名入选患者分别接受氟伐他汀治疗（60mg/d）或低脂饮食。12个月的结果显示，在氟伐他汀治疗组，粥样硬化斑块中纤维性斑块和纤维脂肪斑块都明显减少，而坏死核心部分没有增加，另外，患者的脂蛋白也大量减少。而在低脂饮食组，患者的粥样硬化斑块负荷以及斑块中的纤维性斑块、纤维脂肪斑块、坏死核心和钙化斑块都有明显增加。从研究的结果可以发现，氟伐他汀可以减少动脉粥样硬化斑块中纤维斑块和纤维脂肪斑块的部份，从而延缓动脉粥样硬化斑块的进展情况。此外，Lee和Hau等也应用了VH-IVUS去评估阿托伐他汀（Atorvastatin）在斑块稳定和逆转的作用。他们对40名入选患者分为两组，分别接受10mg和40mg阿托伐他汀治疗。6个月的研究结果显示，接受40mg阿托伐他汀治疗组的斑块有明显消退，而且，VH-IVUS上的坏死核心没有增加，而接受10mg阿托伐他汀治疗组的斑块和坏死核心都有明显增加。这个研究果证实了高剂量的阿托伐汀治疗具有稳定和消退斑块的作用［37］。

三、总结

VH-IVUS的粥样硬化斑块分析技术是目前与病理学最为符合的导管成像技术。从越来越多的临床研究数据中可以看到，应用VH-IVUS的粥样硬化斑块分析技术，可以帮助心脏介入医生对患者的粥样硬化病变有更多的了解，有助于识别导致血管事件的高危斑块，从而制定合适的治疗方案。虽然，VH-IVUS目前还存在着一些技术上的不足，如不能发现血栓（图3-1-1-8）［38］、夹层，不能区分出支架（图3-1-1-9），还有需要人工进行血管边界校正（图3-1-1-10）等。但是，随着科学技术不断的进步，VH-IVUS的技术也会逐步改进，其存在的不足也可以最终得到解决。我们有理由相信VH-IVUS将会在未来的临床诊断发挥更重要的作用，帮助我们进一步了解粥样硬化病变的病理过程。