冠状动脉腔内超声显像的局限性及发展前景
作者：顾振良 方秀英 蒋文平
单位：215006 苏州医学院附属第一医院心内科
关键词：
中华超声影像学杂志980116 冠状动脉腔内超声显像(intracoronary ultrasound imaging, ICUI)是无创性超声技术同有创的心导管技术相结合的方法， 大量离体与在体研究表明， ICUI能精确地提供介入治疗前后冠状动脉腔径、 面积、 血管形态及结构特征的信息， 越来越多地被应用于冠心病诊断及冠状动脉介入治疗的评价[1，2]。 然而， 作为一门新技术， 不可避免地还存在着某些技术上或诊断上的不足， 只有认识这些不足，才能对ICUI有一个全面的评价， 使其在临床工作中得到正确应用。
一、 并发症
ICUI是在冠状动脉造影时完成， 因此它的并发症与冠状动脉造影相似， 包括冠状动脉痉挛、 空气栓塞、 急性血管闭塞、 急性心肌梗塞及室速等[3]。为了减少并发症， Sudhik 等将5 F(30 MHz)导管置入心脏静脉系统， 利用前降支、左旋支与心大静脉伴行的解剖特点试行经静脉观察前降支、 左旋支的形态结构获得成功[4]。 虽然由于解剖变异， 前降支显像的成功率偏低(73%)， 而且不能显示右冠状动脉及左主干， 但开创了一种创伤性较低、 并发症较少的观察冠状动脉形态结构的方法， 或许不久可在心脏内或心脏邻近部位能成功地显像冠状动脉。
, 百拇医药
二、 导管直径偏大
临床上常用的导管约4.0 F， 如果血管直径为2.5~3.5 mm， 使用该导管要显像成功的条件之一是病变段狭窄率在理论上必须低于50%~60%， 因为当狭窄率达70%以上时， 残余腔径将小于导管直径， 因此限制了该项技术的应用范围。 虽然现已有将2.9 F导管应用于临床的报道， 但仍不能满足临床要求。 若导管小至2 F以下， 则可显示严重狭窄病变。 如果将探头安装在血管成形术的指引钢丝上，那么就可用于几乎所有严重病变的冠状动脉。 改进超声导管的要点、 导管微型化是临床工作的需要。
三、 人工伪差
当探头的位置或运动不适当时， 将产生人工伪差。 探头位置可分为血管中央(同轴)位置、 偏心(同轴)位置、 或与血管纵轴成角(非同轴)位置。 当探头位于血管中央同轴位置时， 介面的反射波垂直回到探头， 所获得的图像最准确， 这是由于径向脉冲效应之故(radial impulse response)。 然而临床操作时并非经常能做到这一点，尤其当血管本身有扭曲、 成角时更难获得标准图像。 偏心同轴位置并不影响腔径测量， 但会导致明显的回声增强增粗(blooming)伪差， 即与探头最邻近的血管壁回声增强， 使血管的三层结构消失。 另外， 当探头偏心时， 由于侧向脉冲效应
, 百拇医药
(lateral impulse response)， 使几何学上完整连续的介面产生断续的“裂片”样(fragmentation)改变， 使界面显得增厚[5]。 当导管处于非同轴或偏离轴线位置时，正常的圆形管腔会扭曲变形成椭圆形状， 将导致管径的高估[6，7]。 体外模型实验表明， 偏离轴心角30°时， 对腔径、 腔面积的高估率分别达30%和20%， 临床在体研究也证实这种结果[8，9]。
机械式超声系统中， 与驱动轴不均匀旋转有关的导管周期运动也会导致管腔形态扭曲变形， 使原来的圆形管腔变成椭圆形。 导管头的非周期性运动或称为随机运动， 不仅使图像变形， 亦降低系统分辨力。 驱动轴转速不均匀， 使探头或反射镜的旋转速度不均匀， 导致图像的某些区域呈现压缩或伸展变形。 在旋转偏慢时， 这部位的血管壁图像将被伸展(expand)。 相反， 随后导管头转速加快时，则该超声血管区域的图像将被压缩(compress)，当导管头处于偏心同轴位置时，图像呈典型的肾形改变。这类伪差被称为非均匀旋转缺陷(nonuniform rotational defects,NURD)[7]。消除上述人工伪差的措施除了用同轴和中心型球囊导管(co-axializingand centering balloon catheter)调整探头于血管腔中心同轴位置外，最新的进展是微型马达导管探头的研制成功[10]。微型马达直径仅1 mm大小，长仅2 mm，在导管前端直接与换能器和/或反射镜连接。由于省去了驱动轴，故更具易操纵性、柔软性、图像质量好、灰阶范围宽、声能强、分辨高、转速均匀等优点。该导管还可能被研制成如同指引钢丝大小，以适应临床需要，甚至可与多普勒及与治疗导管结合，这就使形态学显像、功能诊断及治疗紧密结合起来。
, http://www.100md.com
四、 系统分辨力
ICUI具较高图像质量， 其原因之一是采用了较高的超声频率。 设组织中超声波声速平均为1540 m/s， 20 MHz、 30 MHz超声频率的轴向分辨力分别约300 μm和200 μm， 肌性动脉血管内膜很薄， 低于轴向分辨力， 由于系统的点传播作用(point spread function, PSF)， 内膜在图像上显得较厚， 故ICUI高估内膜厚度，要使其得到精确测量必须提高超声频率， 但同时会影响透人深度。 为获理想质量图像，探头频率应与血管大小相匹配， 目前ICUI常用的超声频率还不能对内膜、 中膜分别精确测量[6]。
五、 血管三维重建(3-D)
当今的ICUI仅能提供探头处血管的横断面图像， 单个切面并不能精确地代表整个病变斑块， 对整个血管节段的全面评价将减少潜在错误的发生。 血管三维重建技术能提供粥样斑块复杂的纵向结构信息， 很好地评价冠状动脉介入治疗后内膜层范围、 识别内膜及术后管腔平滑程度， 对介入治疗过程的指导有极其重要的作用[11]。
, http://www.100md.com
六、 血管腔内多普勒
可估测冠状动脉狭窄程度、 评价介入治疗前后血流动力学改变、 侧支循环状况及冠状动脉微血管功能[12]。 ICUI与冠状动脉腔内测压导管结合将超声图像与冠状动脉腔内压力曲线同步记录， 可评价冠状动脉的扩张性[13]。 但目前的ICUI仅是形态学诊断， 还不能提供有关血流速度、 动脉功能方面的信息。不过，ICUI对冠状动脉斑块定性、 定量分析较冠状动脉造影确是前进了一大步， 它推动了冠状动脉介入治疗的发展。 随着技术不断的更新， 研制一种操作更便捷、 导管直径更细伪差更少、 形态显像、 功能诊断与介入治疗结合的ICUI系统将是今后发展的
方向。
参 考 文 献
1 Lee DY, Eigler N, Luo H, et al. Effect of intracoronary ultrasound imaging of clinical decision making. Am Heart J, 1995, 129(6)∶1084.
, 百拇医药
2 Peters RJG, Kok WEM, Havenith MG, et al. Histopathologic validation of intracoronary ultrasound imaging. J Am Soc Echocardiogr, 1994, 7(3, Part 1))∶230.
3 Hausmann D, Erbel R, Alibelli-Chemarin MJ, et al. The safety of intracoronary ultrasound:A multicenter survey of 2207 examinations. Circulation, 1995, 91(3)∶623.
4 Sudhi K, Fitzgerald PJ, Mac Gregor JS, et al. Transvenous coronary ultrasound imaging: A new approach to visualization of the coronary arteries. Circulation, 1991, 84(5)∶1957.
, http://www.100md.com
5 Finet G, Maurincomme E, Douek PH, et al. Three-layer appearance of the arterial wall in intravascular ultrasound imaging: Artifact or Reality? Echocardiography, 1994, 11(4)∶343.
6 Ge J, Erbel R, Gorge G, et al. Intravascular ultrasound imaging of arterial wall architecture Echocardiography, 1992, 9(5)∶475.
7 Higano ST, Nishimura RA. Intravascular ultrasonography. Curr Probl Cardiol, 1994, 19(1)∶26.
, http://www.100md.com
8 Nishimura RA, Edwards WD, Warnes CA, et al. Intravascular ultrasouund imaging: in vitro validation and pathologic correlation. J Am Coll Cardial, 1990, 16(1)∶145.
9 St Goar FG, Pinto PJ, Alderman EL, et al. Intravascular ultrasound imaging of angiographically normal coronary arteries: an in vivo comparison with quantitativeangiography. J Am Coll Gardiol, 1991, 18(4)∶952.
10Lancee CT, Bom N, Roelandt J. Future directions in intravascular ultrasound: From micro-motors to imaging guidewire systems. Echocardiography, 1995, 12(3)∶275.
, http://www.100md.com
11Rosenfield K, Losordo DW, Ramaswamy K, et al. Three-dimensional reconstruction of human coronary and peripheral arteries from images recorded during two-dimensional intravascular ultrasound examination Circulaton, 1991, 84(5)∶1938.
12Di Mario C, Gil R, Sunamura M, et al. New concepts for interparetation of intracoronary velocity and pressure tracing. Br Heart J, 1995, 74∶485.
13Nakatani S, Yamagishi M, Tamai J, et al. Assessment of coronary artery distensibility by intravascular ultrasound: Application of simultaneous measurements of lumenal area and pressure. Circulation, 1995, 91(12)∶2904.
(收稿 1996-07-26 修回 1997-06-02), 百拇医药
单位：215006 苏州医学院附属第一医院心内科
关键词：
中华超声影像学杂志980116 冠状动脉腔内超声显像(intracoronary ultrasound imaging, ICUI)是无创性超声技术同有创的心导管技术相结合的方法， 大量离体与在体研究表明， ICUI能精确地提供介入治疗前后冠状动脉腔径、 面积、 血管形态及结构特征的信息， 越来越多地被应用于冠心病诊断及冠状动脉介入治疗的评价[1，2]。 然而， 作为一门新技术， 不可避免地还存在着某些技术上或诊断上的不足， 只有认识这些不足，才能对ICUI有一个全面的评价， 使其在临床工作中得到正确应用。
一、 并发症
ICUI是在冠状动脉造影时完成， 因此它的并发症与冠状动脉造影相似， 包括冠状动脉痉挛、 空气栓塞、 急性血管闭塞、 急性心肌梗塞及室速等[3]。为了减少并发症， Sudhik 等将5 F(30 MHz)导管置入心脏静脉系统， 利用前降支、左旋支与心大静脉伴行的解剖特点试行经静脉观察前降支、 左旋支的形态结构获得成功[4]。 虽然由于解剖变异， 前降支显像的成功率偏低(73%)， 而且不能显示右冠状动脉及左主干， 但开创了一种创伤性较低、 并发症较少的观察冠状动脉形态结构的方法， 或许不久可在心脏内或心脏邻近部位能成功地显像冠状动脉。
, 百拇医药
二、 导管直径偏大
临床上常用的导管约4.0 F， 如果血管直径为2.5~3.5 mm， 使用该导管要显像成功的条件之一是病变段狭窄率在理论上必须低于50%~60%， 因为当狭窄率达70%以上时， 残余腔径将小于导管直径， 因此限制了该项技术的应用范围。 虽然现已有将2.9 F导管应用于临床的报道， 但仍不能满足临床要求。 若导管小至2 F以下， 则可显示严重狭窄病变。 如果将探头安装在血管成形术的指引钢丝上，那么就可用于几乎所有严重病变的冠状动脉。 改进超声导管的要点、 导管微型化是临床工作的需要。
三、 人工伪差
当探头的位置或运动不适当时， 将产生人工伪差。 探头位置可分为血管中央(同轴)位置、 偏心(同轴)位置、 或与血管纵轴成角(非同轴)位置。 当探头位于血管中央同轴位置时， 介面的反射波垂直回到探头， 所获得的图像最准确， 这是由于径向脉冲效应之故(radial impulse response)。 然而临床操作时并非经常能做到这一点，尤其当血管本身有扭曲、 成角时更难获得标准图像。 偏心同轴位置并不影响腔径测量， 但会导致明显的回声增强增粗(blooming)伪差， 即与探头最邻近的血管壁回声增强， 使血管的三层结构消失。 另外， 当探头偏心时， 由于侧向脉冲效应
, 百拇医药
(lateral impulse response)， 使几何学上完整连续的介面产生断续的“裂片”样(fragmentation)改变， 使界面显得增厚[5]。 当导管处于非同轴或偏离轴线位置时，正常的圆形管腔会扭曲变形成椭圆形状， 将导致管径的高估[6，7]。 体外模型实验表明， 偏离轴心角30°时， 对腔径、 腔面积的高估率分别达30%和20%， 临床在体研究也证实这种结果[8，9]。
机械式超声系统中， 与驱动轴不均匀旋转有关的导管周期运动也会导致管腔形态扭曲变形， 使原来的圆形管腔变成椭圆形。 导管头的非周期性运动或称为随机运动， 不仅使图像变形， 亦降低系统分辨力。 驱动轴转速不均匀， 使探头或反射镜的旋转速度不均匀， 导致图像的某些区域呈现压缩或伸展变形。 在旋转偏慢时， 这部位的血管壁图像将被伸展(expand)。 相反， 随后导管头转速加快时，则该超声血管区域的图像将被压缩(compress)，当导管头处于偏心同轴位置时，图像呈典型的肾形改变。这类伪差被称为非均匀旋转缺陷(nonuniform rotational defects,NURD)[7]。消除上述人工伪差的措施除了用同轴和中心型球囊导管(co-axializingand centering balloon catheter)调整探头于血管腔中心同轴位置外，最新的进展是微型马达导管探头的研制成功[10]。微型马达直径仅1 mm大小，长仅2 mm，在导管前端直接与换能器和/或反射镜连接。由于省去了驱动轴，故更具易操纵性、柔软性、图像质量好、灰阶范围宽、声能强、分辨高、转速均匀等优点。该导管还可能被研制成如同指引钢丝大小，以适应临床需要，甚至可与多普勒及与治疗导管结合，这就使形态学显像、功能诊断及治疗紧密结合起来。
, http://www.100md.com
四、 系统分辨力
ICUI具较高图像质量， 其原因之一是采用了较高的超声频率。 设组织中超声波声速平均为1540 m/s， 20 MHz、 30 MHz超声频率的轴向分辨力分别约300 μm和200 μm， 肌性动脉血管内膜很薄， 低于轴向分辨力， 由于系统的点传播作用(point spread function, PSF)， 内膜在图像上显得较厚， 故ICUI高估内膜厚度，要使其得到精确测量必须提高超声频率， 但同时会影响透人深度。 为获理想质量图像，探头频率应与血管大小相匹配， 目前ICUI常用的超声频率还不能对内膜、 中膜分别精确测量[6]。
五、 血管三维重建(3-D)
当今的ICUI仅能提供探头处血管的横断面图像， 单个切面并不能精确地代表整个病变斑块， 对整个血管节段的全面评价将减少潜在错误的发生。 血管三维重建技术能提供粥样斑块复杂的纵向结构信息， 很好地评价冠状动脉介入治疗后内膜层范围、 识别内膜及术后管腔平滑程度， 对介入治疗过程的指导有极其重要的作用[11]。
, http://www.100md.com
六、 血管腔内多普勒
可估测冠状动脉狭窄程度、 评价介入治疗前后血流动力学改变、 侧支循环状况及冠状动脉微血管功能[12]。 ICUI与冠状动脉腔内测压导管结合将超声图像与冠状动脉腔内压力曲线同步记录， 可评价冠状动脉的扩张性[13]。 但目前的ICUI仅是形态学诊断， 还不能提供有关血流速度、 动脉功能方面的信息。不过，ICUI对冠状动脉斑块定性、 定量分析较冠状动脉造影确是前进了一大步， 它推动了冠状动脉介入治疗的发展。 随着技术不断的更新， 研制一种操作更便捷、 导管直径更细伪差更少、 形态显像、 功能诊断与介入治疗结合的ICUI系统将是今后发展的
方向。
参 考 文 献
1 Lee DY, Eigler N, Luo H, et al. Effect of intracoronary ultrasound imaging of clinical decision making. Am Heart J, 1995, 129(6)∶1084.
, 百拇医药
2 Peters RJG, Kok WEM, Havenith MG, et al. Histopathologic validation of intracoronary ultrasound imaging. J Am Soc Echocardiogr, 1994, 7(3, Part 1))∶230.
3 Hausmann D, Erbel R, Alibelli-Chemarin MJ, et al. The safety of intracoronary ultrasound:A multicenter survey of 2207 examinations. Circulation, 1995, 91(3)∶623.
4 Sudhi K, Fitzgerald PJ, Mac Gregor JS, et al. Transvenous coronary ultrasound imaging: A new approach to visualization of the coronary arteries. Circulation, 1991, 84(5)∶1957.
, http://www.100md.com
5 Finet G, Maurincomme E, Douek PH, et al. Three-layer appearance of the arterial wall in intravascular ultrasound imaging: Artifact or Reality? Echocardiography, 1994, 11(4)∶343.
6 Ge J, Erbel R, Gorge G, et al. Intravascular ultrasound imaging of arterial wall architecture Echocardiography, 1992, 9(5)∶475.
7 Higano ST, Nishimura RA. Intravascular ultrasonography. Curr Probl Cardiol, 1994, 19(1)∶26.
, http://www.100md.com
8 Nishimura RA, Edwards WD, Warnes CA, et al. Intravascular ultrasouund imaging: in vitro validation and pathologic correlation. J Am Coll Cardial, 1990, 16(1)∶145.
9 St Goar FG, Pinto PJ, Alderman EL, et al. Intravascular ultrasound imaging of angiographically normal coronary arteries: an in vivo comparison with quantitativeangiography. J Am Coll Gardiol, 1991, 18(4)∶952.
10Lancee CT, Bom N, Roelandt J. Future directions in intravascular ultrasound: From micro-motors to imaging guidewire systems. Echocardiography, 1995, 12(3)∶275.
, http://www.100md.com
11Rosenfield K, Losordo DW, Ramaswamy K, et al. Three-dimensional reconstruction of human coronary and peripheral arteries from images recorded during two-dimensional intravascular ultrasound examination Circulaton, 1991, 84(5)∶1938.
12Di Mario C, Gil R, Sunamura M, et al. New concepts for interparetation of intracoronary velocity and pressure tracing. Br Heart J, 1995, 74∶485.
13Nakatani S, Yamagishi M, Tamai J, et al. Assessment of coronary artery distensibility by intravascular ultrasound: Application of simultaneous measurements of lumenal area and pressure. Circulation, 1995, 91(12)∶2904.
(收稿 1996-07-26 修回 1997-06-02), 百拇医药