血管内超声技术目前的发展方向

作者:侯江涛[1] 
单位:香港中文大学医学院[1]
   对比于冠脉造影,血管内超声 (Intravascular Ultrasound简称IVUS) 是一种比较准确评估血管内病变的一种技术。 因为冠脉造影只是一种轮廓显像,只能描述管腔的狭窄,但不能提供血管壁内斑块的情况,而常规的黑白血管内超声是从冠脉的管腔内直接覌察血管内的情况,可以比较准确的测到血管内腔的大小,也能够更准确的反映冠脉内病变的性质和范围以及病变的严重程度,从而帮助介入医生根据病变的具体情况选择合适的冶疗方案,提高介入治疗的效果、并发症的减少和再狭窄的降低。
  根据血管内超声导管超声换能器的构成不同,目前在临床上应用的血管内超声导管主要分为两种(见附图1):机械旋转型(Mechanically Rotating Transducer)和电子相控阵型(Solid-State Electronically Switched Multi-element Array Transducer)。
   (1)机械旋转型:机械旋转型的血管内超声导管是利用外置的马达和驱动轴旋转安装于导管顶端的单一压晶体管超声换能器,旋转速度为1800rpm,可以以每秒30帧的速度成像。在将机械旋转型导管送入病人体内之前,一定需要利用生理盐水冲洗机械超声导管排除超声导管保护鞘内的空气,否则空气会影响超声波的传导而导致图像质量的明显下降甚至没有图像产生。目前所用的机械旋转型血管内超声导管均采用单轨形式,经0.014英寸的导引导丝送入需要成像的节段,导管前端的单轨部分较短,导管也较柔软,因此对扭曲和严重狭窄病变的通过能力相对较差。此型导管可因导管的不均匀旋转而产生图像的变形,即不均匀旋转伪像;位于超声换能器周围的导丝也可被成像,即导丝伪像,对这两种情况应加以识别。
   (2)电子相控阵型:电子相控阵型的血管内超声导管是利用环行安置于超声导管远程的64个超声换能器自动调控进行成像。其优点是稳定性很好,导引导丝的轨道作用较好,导管的推送能力较优。由于不需要马达驱动旋转轴去旋转超声换能器进行成像,不会产生旋转伪像。但是,电子相控阵型的血管内超声导管可产生明显的环晕伪像,需要在导管送出指引导管但在进入冠状动脉之前加以去除。新一代的电子相控阵型血管内超声导管的图像质量已有明显的提高,与机械旋转型无显著的差别。利用电子相控阵型的血管内超声导管进行成像时,还可以根据病变回声性质的不同,对斑块进行更准确的分辨,即虚拟组织学成像 (Virtual Histology,简称VH-IVUS)。虚拟组织学成像的基本原理,就是利用反向散射的超声射频信号,通过功率频谱的处理进行比较分析,重建实时的斑块分类的组织图,可以对斑块进行更准确的分辨。 虚拟组织学成像把原来常规的黑白血管内超声图像用四种不同的颜色表达出来,每一种颜色代表了不同性质的斑块:深绿色代表了纤维性斑块;浅绿色代表了纤维脂肪性的斑块;白色代表了钙化性斑块;而红色代表了坏死的组织(见附图2)。 现在已经有临床数据指出,虚拟组织学成像可能可以帮助我们识别不稳定、有容易破裂倾向的斑块(血管内横断面枳狭窄超过40%;坏死组织超过10%、而且接近管窗)。 经过多年的研究,我们已经知道不稳定、有破裂倾向的斑块,是引发血柱形成、导至急性冠脉综合证的主要病理基础。 如果我们可以在心血管事件发生前,识别出高危的不稳定斑块,并帮助病人进行临床干预或者是药物治疗,就可能可以大大减少了心血管事件的发生率,因此,虚拟组织学成像具有很重要的临床意义。
   在传统上,机械旋转型的血管内超声导管所采集的图像分辨率会比较好,因为它所采用的超声频率比较高,但是电子相控阵型的血管内超声导管在操作上比较简单方便,也比较安全。在以前,这两个血管内超声导管技术是应用在两个不同的血管内超声机器平台上,但是现在,在市场上巳经有了一个血管内超声机器平台(Volcano Corp. Rancho Cordova USA),可以使用机械旋转型和电子相控阵型的血管内超声导管,而其机械旋转型的血管内超声导管所采用的超声频率更高达45兆赫,成像分辨率也更好,那我们就可以根据不同的需要使用不同的血管内超声导管技术。此外,这一个新的血管内超声机器平台还可以和冠脉造影主机综合起来(见附图3),在操作上就更方便,效率上也会更好。还有,这一个新的血管内超声机器平台还可以同时进行以压力导丝得出的血流储备分数 (Fractional Flow Reserve简称FFR) 的检测(见附图4)。
   血流储备分数FFR其定义为在存在狭窄病变的情况下,该冠脉所提供给心肌区域能获得的最大血流量与同一区域在正常情况下所能获得的最大血流量之比。 换句话说,就是当狭窄存在时冠脉可获得的最大血流量,和该冠脉不存在狭窄时预期可达到的正常最大血流量值的分数来表示。 血流储备分数FFR真实反映了血管因阻塞而收窄对功能的影响,它可以表示为下列的计算公式: FFR = Pd/Pa
   Pd:最大充血状态下狭窄远程冠脉平均压。Pa:最大充血状态下主动脉平均压。
  冠脉狭窄远程的压力能通过0.014英寸的压力导丝测定,冠脉近端的平均压通过测定导引导管顶端的压力得到,并同时采用冠脉扩张药物腺苷或三磷酸腺甘诱导最大充血反应。传统上,我们在冠脉内用药的剂量,右冠是20-40µg,左冠是40-80µg,但是现在有很多临床的研究显示,用药的剂量是越高越好,因为如果用药的剂量不够,血管就没法完全扩张,那测到的FFR就偏高了,因而低估了血管狭窄的严重性。FFR具有几个特点:能应用于单支和三支血管病变;不受心率、血压和心肌收缩力等血流动力学因素变化的影响。 理论上,任何一个病人,任何一支冠脉其FFR的正常值均为1.0。FFR在正常和病变值有很明确的分界----0.75,可用以判断冠脉的狭窄病变和它对血管功能的影响,并考虑是否对这个病变位置进行血管重建术。
   目前,血管内超声有两个最大的局限性。其一,它只是一个检测的影像技术,没有治疗的效果,为了针对这个局限性,其中一个目前在开发的血管内超声导管的技术,就是把血管内超声导管与其它的一些介入器械结合在一起;在电子相控阵型的血管内超声导管的远程再加上一个介入球囊(见附图5),从而变成一个可以带有治疗效果的血管内超声导管。在血管病变太窄的情况下,我们常规使用的血管内超声导管就有可能过不去,在这个时候我们就可以选择用这个带有治疗效果的血管内超声导管,用远程的球囊先预扩病变一下,然后再用后端的超声换能器作血管内超声的检查,这样就不用再像以前一样,要切换球囊和血管内超声导管,在时间和效率上就会达到更好的效益,而理论上对病人血管的创伤就会更少。血管内超声另外一个重要的局限性是,目前的血管内超声技术只可以帮助我们看到超声导管傍边的血管影像,而没办法帮助我们看到超声导管前端的血管影像,这一点在处理完全闭塞病变特别重要 。 完全闭塞病变是目前血管介入最大的挑战,临床资料指出有超过百分之30 – 40%的完全闭塞病变都是因为PCI治疗器械没办法通过而放弃,所以目前我们需要一个器械可以帮肋我们去堤高完全闭塞病变手术的成功率。为了针对这个局限性,现在另外一个在开发的血管内超声的技术,就是把超声换能器放在机械旋转型的血管内超声导管的前端和驱动旋转轴呈一个45度的角度,当外置马达旋动的时候,我们就可以看到超声导管前端闭塞部位近端的影像(见附图6),有了这个向前看的血管内超声导管(Forward Looking)技术以后,我们对完全闭塞病变的处理就比较简单,我们从血管内超声的影像中就可以知道前端闭塞部位近端的斑块性质、血管假腔和真腔的位置,从而确认导引导丝的走行位置,就有可能不再需要常常切换导丝和球囊,在时间上和经济上就会达到更好的效益。
   虽然血管内超声在临床上的意义很大,但是受到分辨率的限制,难以准确评价冠状动脉支架后内膜覆盖情况,也没办法帮助我们看到薄于100µm以下的纤维帽,在这个时候,我们就需要分辨率更高的技术,也就是光学相干断层成像(Optical Coherence Tomography简称OCT)。 光学相干断层成像与血管内超声的原理相以,但其分辨率高达10-20µm,大约是血管内超声的10倍,这是现有临床医学影像诊断技术中分辨率最高的一个技术(见附图7)。它利用光学技术,能帮助我们实时获得生物组织内部微观结构的高清晰度图像。 但是光学相干断层成像也有它的局限性,就是它的穿透性不好,而在有血的环境下没办法看到好的图像,所以光学相干断层成像和血管内超声这俩个技术是有一个很好的互补作用。
总括来讲,现在的血管内超声机器的技术已经是朝着多功能的方向去走,我们期盼很快就会看到一个血管内超声机器的平台可以根据我们不同的需要使用不同的血管内超声导管技术,而且带有对斑块进行准确分辨的虚拟组织学成像和压力导丝检测的血流储备分数的功能,还可以作光学相干断层成像,并可以使用带有治疗效果的血管内超声导管和使用帮肋我们处理完全闭塞病变的可以向前看的血管内超声导管技术(见附图8)。

    2011/3/12 17:28:26     访问数:2804
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