冠状动脉斑块 冠状动脉粥样硬化易损斑块影像技术研究进展

2019-02-24 - 冠状动脉

作者:覃雨雪,李科,刘剑雄,遵义医学院附属成都市第二人民医院

动脉粥样硬化是一个复杂、缓慢发展的过程,目前认为血管内皮功能障碍、血管内膜增生、脂质积累量以及显著的炎症反应为斑块形成的主要机制。大多数粥样硬化斑块处于不稳定状态或具有破裂倾向,但在临床工作中常被忽视。

冠状动脉斑块

目前近70%的急性冠状动脉事件并不是由显著的冠状动脉狭窄引起,而是由易损斑块突然破裂造成的急性狭窄以及其后血栓形成所致。“易损斑块”的概念是由Muller等于1989年提出的,是指血管内非阻塞性斑块,易发生破裂并快速形成血栓,从此开启了易损斑块的研究。

冠状动脉斑块

随着影像学技术的发展及人们对冠状动脉粥样斑块性质认识的提高,急性冠脉综合征(ACS)的预防理念在不断加强,现将近年来易损斑块的影像学技术评估予以综述。

1.冠状动脉粥样硬化斑块病理基础

冠状动脉斑块

易损斑块即“不稳定斑块”,多为脂质核较大(脂核所占斑块容积≥40%)且伴有大量巨噬细胞浸润,具有薄层纤维帽,新生血管的斑块,具有斑块破裂的倾向。其不稳定性也与斑块本身性质相关,斑块常呈偏心性,其破裂最易发生在斑块的肩部,即斑块与正常邻近组织移行处,该处受血管切应力最大,加速斑块破裂,导致ACS发生。

大量数据证实,大多数急性冠状动脉事件与非狭窄性病变相关,由于斑块生长的同时增加管腔横截面积,使得能保持足够大的血管内径,称为血管重建。直接后果为这些斑块常常不引起心绞痛,但一旦破裂将造成严重的血栓事件,这样不稳定的斑块被视为“无声的杀手”。

2.各种影像学方法诊断冠状动脉粥样硬化斑块的价值

2.1冠状动脉造影术

冠状动脉造影术是目前临床诊断冠心病的金标准,一次性呈现冠状动脉总体构象是其最主要的优势,根据呈现出的充盈缺损影像直观判断冠状动脉管腔的狭窄程度、是否合并钙化,还能看到溃疡、夹层、瘘等血管壁病变情况,可以作为搭桥手术和进一步介入治疗的辅助工具;但无法提供关于血管壁性质的信息,因此只有斑块导致管腔狭窄时可被检测到,而绝大多数ACS是非狭窄性斑块引起(解剖直径<>

2.2血管内超声成像

血管内超声成像(IVUS)目前被认为是诊断冠状动脉粥样硬化斑块性质的“金标准”,可观察粥样斑块成分。研究表明,IVUS对钙化成分的敏感性为97%,对脂质成分的敏感性为78%~95%,特异性为30%。低回声物质对应血栓或脂质丰富的组织,无回声声影代表纤维组织,强回声并伴有声影多为钙化组织。

不稳定斑块的声学特征为:脂核大;低回声的偏心脂质斑块;斑块面积较大;管腔狭窄明显,存在严重的正性重构;存在表浅型钙化、点状钙化。

即使在血管造影大致正常的节段,IVUS仍能检测出早期动脉粥样硬化性病变,其显著增厚的内膜中含有大量脂质,同时已有研究证实,斑块的不稳定性与血管正性重建有关,IVUS对管腔内径的评估有助于对易损斑块进行危险分层。

但IVUS仅能鉴定斑块内的钙质成分,其分辨率(200μm)不足以准确识别出较薄的纤维帽,也不能准确区分富含脂质和富含纤维的“不稳定”斑块,并且需结合冠状动脉造影对斑块位置进行定位。同时,由于受超声探头大小的限制,IVUS应用范围主要局限在管径较大的冠状动脉主干,对于管径较小或存在严重狭窄的血管则无法运用IVUS。

2.3虚拟组织学成像

虚拟组织学成像(IVUS-VH)采用射频数据的频谱分析构建不同组织的频谱图,根据不同成分的射频信号用特定的颜色表示:纤维组织(深绿色)、纤维脂肪(黄绿色)、坏死脂核(红色)、钙质(白色),对其识别的精确度分别为87.

1%、87.1%、88.3%、96.5%。近来,IVUS-VH将斑块进一步细分为:病理性内膜增厚;薄纤维帽动脉粥样硬化;厚纤维帽动脉粥样硬化;纤维化斑块;纤维钙化斑块。较灰阶IVUS更准确辨别斑块性质,但IVUS-VH不能鉴定出早期血栓与软斑块,对于易损斑块的辨别仍有一定局限性。

2.4血管内超声弹性成像

其是利用斑块力学特性评价斑块稳定性,是对IVUS的补充,不同硬度的组织若施加一定的压力,会受到不同程度的压缩。僵硬、顺应性低的组织不易被外力改变形态,而柔软、顺应高的组织易受到外力影响。易损斑块具有大量脂质池及薄纤维帽,且表面有炎症细胞浸润,为高应变区,两侧肩部为低应变区,deKorte等通过研究血管不同节段受力后的相对压缩或膨胀,分析得出血管内超声弹性图,显示血管壁及内膜下200mm不同组织成分的张力分布,识别出IVUS难以区分的纤维化及脂质斑块,超声弹性成像与应变图的构建需依赖IVUS提供信号来源,心律失常或心脏运动伪影会影响IVUS信号提供。

2.5光学相干断层扫描

光学相干断层成像(OCT)采用红外线低相干光源(波长1300~1320nm),根据反射时间和反向散射光的强度来构建图像。研究发现,OCT较其他影像学检查具有更高的分辨率,对主动脉、颈动脉、冠状动脉管壁组织具有很高的敏感性和特异性,可精确测量粥样斑块纤维帽的厚度,并且OCT发现ACS患者的纤维帽厚度明显薄于稳定型的冠状动脉疾病。

同时,斑块破裂易形成血栓,白血栓对OCT信号呈低衰减,而红血栓呈高衰减,有助于OCT对血管内血栓性质的鉴别。

OCT对脂肪与钙化的识别仍有一定局限性,两者之间唯一区别在于边界特征:脂质斑块的边界较为弥散,钙质的边界比较尖锐,需要其他影像学技术辅助两者间的鉴别。此外,由于血液对光源的吸收,必须用球囊阻断血流,会引发血管内皮损伤、组织缺血等相关问题。

OCT所用的近红外光穿透性较弱,仅2~3mm,影响更深层次的脂质核心的检测,对某些较大的粥样斑块或大动脉壁成像获得信息有限,难以评价完整的斑块信息,同时还需要冠状动脉造影辅助导管进行定位。

2.6多层螺旋CT

作为一种冠状动脉形态显像的替代技术,多层螺旋CT(MSCT)可以无创性显示管腔以及血管壁的情况。通过MSCT可识别出IVUS不能识别的低回声或无回声区。这些区域包括富含脂质的部位或坏死的脂核,低致密化的纤维组织,新生血管的生成或者血栓。

根据斑块中不同成分对应的CT值,MSCT将斑块分为4类,即软斑块、纤维性斑块、钙化性斑块和混合型斑块。由于纤维斑块与脂质斑块CT值有重叠部分,所以CT能可靠鉴别钙化和非钙化斑块,但不能区别部分密度比较相近的脂质斑块及纤维斑块。

临床倾向于观察易损斑块的CT特征,CT特征如下:低密度斑块,正性重构,细小斑点状钙化,指环征;但仍存在一定局限性:(1)尽管MSCT分辨率可达0.30~0.35μm,仍难以显示易损斑块的纤维帽;(2)仍受患者心率快、心律不齐(快速性心房颤动)影响,以致检查结果中心脏及冠状动脉存在运动伪影,可通过应用β受体阻滞剂减慢心率,优化图像;(3)严重钙化的斑块会引起晕状伪影影响评估结果;(4)MSCT有辐射暴露,难以反复进行操作;(5)当患者的体重指数>40kg/m2时,准确率会有所下降。

2.7磁共振成像

磁共振成像(MRI)区分斑块成分基于对不同组织各自的物理及化学特性进行分析,结合T1、T2加权成像的信息可识别粥样硬化斑块的主要成分如纤维帽、脂核、是否合并有钙化及出血。近年来,高分辨率的MRI分子探针在分子影像技术的发展中起着关键作用,也提高了MRI对易损斑块成分判断的准确性。

超顺磁性氧化铁颗粒作为一种靶向造影剂用于粥样斑块研究,注入体内的氧化铁颗粒易于被巨噬细胞摄取,聚集到斑块内皮下,有助于对易损斑块进行检测和稳定性判断。

其缺点在于巨噬细胞也广泛分布于人体组织的各个部分,因此超顺磁性氧化铁颗粒产生的信号缺乏特异性,影响临床实用价值。但MRI无创,无电离辐射,可对患者进行反复、多次、连续的动态观察。由于呼吸、心脏运动的干扰,较颈动脉斑块MRI成像更加困难,此外冠状动脉粥样斑块体积较小,不易定位,冠状动脉走形迂曲也是存在的问题。

2.8核素显像

葡萄糖是斑块内巨噬细胞的主要能量来源,是放射性核素诊断易损斑块的分子影像学基础。大部分易损斑块的新陈代谢很活跃,核素显像(PET)检出代谢示踪剂如[18F]-氟代脱氧葡萄糖([18F]-FDG)已被广泛用于临床研究中。

而在急性心肌梗死死亡的患者中,罪犯血管斑块(即不稳定斑块)内的炎症细胞浓度比稳定斑块中的明显增加,最近研究表明,FDGPET可准确反映斑块炎症,并对巨噬细胞进行量化,还可通过检测[18F]-FDG摄取量来识别斑块内的炎症反应度,区分稳定性斑块及易损斑块,可进一步预测血栓发生事件和指导临床治疗。

2.9血管内镜

血管内镜通过氙气光源和微型摄像头可直接观察血管腔和血管表面斑块,能提供斑块表面的直观图像,并可以通过斑块颜色对斑块性质进行评估。血管内镜作为检测血栓的金标准常被作为心脏搭桥手术和血管成形术的指导技术。斑块按颜色区分主要分为白色、浅黄、黄色、深黄,白色斑块常为纤维斑块,伴有厚纤维帽和少量脂核,多为稳定斑块不易破裂。

颜色越深,富含脂质容积越多,薄纤维帽下含有大量脂质,为不稳定斑块,在血管狭窄和切应力增大时易出现破裂并进一步形成血栓,成为心血管事件罪犯斑块。

血管内镜还可以观察到斑块表面负荷形成的血栓,是目前检查血栓最准确的手段。但该技术只能检测斑块表面,颜色饱和度与纤维帽的厚度、纤维量的多少、纤维帽下的脂质含量有关,不能仅通过斑块表面颜色判断斑块的稳定性,同时由于血液会吸收一部分氙气,检查操作时需阻断血流,从而引起缺血或内皮损伤,并且只适用于管径较大的血管(>2mm),临床应用较少。

2.10血管内温度测量法

炎症是引起斑块不稳定、斑块破裂和血栓形成的一个重要病理生理机制。由于炎症反应常伴有热量产生,可在导管内放置一个热成像装置,对血管内温度进行测量,并对炎症反应进行量化。易损斑块内含有巨大脂质核伴有炎症细胞大量浸润,主要的炎症细胞如巨噬细胞处于高代谢状态,释放大量热量,通过薄的纤维帽热量穿透内膜被检测到,因此易损斑块表面温度高于斑块周边正常血管壁温度。

Stefanadis等检测90例冠心病患者的冠状动脉粥样硬化斑块表面温度,发现与正常血管壁相比,绝大多数动脉粥样硬化斑块温度呈节段性升高,在稳定型心绞痛患者中温度最低,不稳定型心绞痛和心肌梗死组斑块温度最高。

因此提出通过检测斑块表面温度差,可特异性反映处于不同缺血时期的斑块稳定程度,以此预测ACS的发生。

这些研究结果表明,检查斑块局部温度作为炎症替代标志物的方法对斑块性质的判断是有意义的,但该方法需要与血管壁直接接触,从而增加血管损伤的可能性,另一个局限在于温度测量的精度问题:在稳定与不稳定冠状动脉疾病中,温度差异似乎有很大重叠,此外尚不清楚斑块之间的温度差异与斑块易损性有关,还是与患者用药或全身炎症反应的复杂相互作用有关,仍需要进一步探讨。

2.11近红外线光谱法

近红外光谱测量漫反射信号通过使用近红外光(波长800~2500nm)作为能源,近红外光谱仪将光发射到物质上,测量反射在宽波长范围内的光,然后处理这些信息产生光谱,研究发现,罪犯血管常常伴有大的脂质负荷指数(lipid core burden index,LCBI),LCBI>400提示ST段抬高心肌梗死患者罪犯斑块含有大量脂质负荷斑块,LCBI>500患者容易发生经皮冠脉介入术后心肌梗死。

近红外线光谱法主要优点为具有良好穿透性,无需成像时阻断血流,但它的局限在于只能提供斑块成分信息,无法探测脂核的深度,目前将近红外光谱与灰阶IVUS结合的多模态成像技术可进一步帮助易损斑块的识别。

3.总结与展望

易损斑块作为主要不良心血管事件的重要原因,通过侵入和非侵入性的成像技术来识别高危斑块来预测ACS,对患者进行心血管事件危险分层具有重要意义。综上所述,MSCT可以考虑为非侵入性冠状动脉狭窄检测最准确的临床方法,然而辐射暴露影像操作重复性差;灰阶IVUS对钙化识别能力较强,但对准确识别斑块性质,特别是纤维斑块和脂质斑块的鉴别仍有缺陷,IVUS-VH弥补了灰阶IVUS的不足,可以识别富含脂质的斑块成分,但由于分辨率较低,两项IVUS均不能很好识别纤维帽及巨噬细胞浸润情况,也不能准确识别血栓。

OCT则填补IVUS对纤维帽识别的不足,但穿透性较低,操作时需阻断冠状动脉血流,不能用于左主干和前降支、回旋支近段血管的检测。血管镜可探测斑块表面性质,是目前探测红、白血栓最可靠的手段,但不能评估斑块内部情况,对斑块分布、面积探测仍有局限性。近红外光谱仪和MRI能更好判别脂质,血管内温度测量是一种较新的检测易损斑块的方法,应用前景良好。

迄今为止,没有一项影像学检查可单独完善地提供冠状动脉粥样硬化易损斑块的所有特征信息,需要各种技术之间取长补短,同时影像工具的联合使用可以提高对易损斑块的认识。未来的研究不仅要着眼于每一种技术的发展,还必须重视对这些技术的整合,以便在临床实践中优化治疗。

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