冠脉内超声联机三维成像评价冠脉介入治疗的机理
作者：朱天刚 胡大一 贾三庆 陈方 王乐丰 李田昌 杨明
单位：100044 北京医科大学人民医院心内科(朱天刚， 胡大一)； 北京红十字朝阳医院(贾三庆、 陈方、 王乐丰、 李田昌、 杨明)
关键词：超声检查；介入性；冠脉内超声；联机三维；血管成形术；经腔；经皮冠状动脉
冠脉内超声联机三维成像评价冠脉介入治疗的机理 【摘要】目的 应用冠脉内超声联机三维成像， 探讨冠心病经皮冠脉成形术(PTCA)和冠脉内支架置入治疗的机理。 方法 对22例冠心病经皮冠脉成形术和冠脉内支架置入治疗患者进行了冠脉内超声联机三维成像， 在二维和三维图像显示模式， 选择远端参考血管段、 病变血管段和近段参考血管段的图像， 分别测量血管直径、 血管面积、 血管最小腔径、 最小腔面积和斑块面积。 对近端参考段与病变段血管治疗前后所测得参数、 以及病变段血管治疗前后所测得参数进行相关分析和配对t检验。 结果 治疗前靶血管近端参考段的血管直径为： (4.48±0.47)mm， 病变段的血管直径为： (4.60±0.42)mm。 近端参考段的血管面积为： (17.39±3.91)mm2， 病变段的血管面积为： (16.70±3.67)mm2。 近端参考段和病变段的血管直径和血管面积之间呈显著正相关， 但无显著差异。 支架置入后， 联机三维显示病变段与近端参考段在血管直径和血管面积方面均无显著差异(P>0.05)， 而最小腔径和腔面积与术前比较， 均有明显增大[(2.04±0.31)mm vs (3.04±0.25)mm， (3.84±0.79)mm2 vs (8.22±1.46)mm2]， 且呈极显著差异(P<0.001)， 斑块面积与术前比较明显减小[(76.87±6.17)mm2 vs (53.04±6.60)mm2]， 且有显著差异(P<0.001)。 结论 治疗前病变段的血管代偿性扩张， 其代偿性扩张后的直径和面积与近端参考段相近。 在支架置入治疗的患者， 其血管腔面积扩大和血流改善的机理， 主要是斑块压缩和重分布， 同时伴有轻度的管壁伸展和扩张。 向心的软斑块， 在PTCA和支架置后， 血管腔的增大以斑块压缩为主， 而偏心的钙化斑块， 则以血管壁伸展和扩张为主。
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Evaluation for the mechanism of angioplasty and stent deployment with online three dimensional reconstruction of intracoronary ultrasound
ZHU Tiangang, HU Dayi, JIA Sanqing, et al.
Department of Cardiology, People's Hospatal of Beijing Medical University, Beijing 100044
【Abstract】Objective To evaluate the michanism of angioplasty and stentdeployment with online three dimensional (3D) reconstruction of intracoronary ultrasound(ICUS). Methods The imaging 3D reconstruction of ICUS was performed in 22 patients with angioplasty and stent deployment. The minimal lumen diameter, vessel diameter, lumen area, vessel area and plaque area were measured in proximal reference segment and target site before and after angioplasty and stent deployment in all patients. Results The vessel diameter and vessel area were (4.48±0.47)mm and (17.39±3.91)mm2 in proximal reference segment, and (4.60±0.42)mm and (16.70±3.67)mm2 in target site before stent deployment. There was no significant difference between proximal reference segment and target site before and after stent deployment (P>0.05). The minimal lumen diameter and lumen area were significantly increased after stent deployment in target site[( 2.04±0.31)mm vs (3.04±0.25)mm, (3.84±0.79) mm2 vs (8.22±1.46)mm2， respectively, P<0.001)]. The plaque area was significantly decreased after stent deployment in target site [(76.87±6.17)mm2 vs (53.04±6.60)mm2, respectively, P<0.001)]. Conclusions The vessel of coronary heart disease was compensative dilation with the progerss of atherosclerotic lesion, but the compensation of vessel in atherosclerotic lesion was related with the diameter proximal reference segment. Because of the compression and redistribution of atherosclerotic plaque, there were the lumen area dilated and flow increased after angioplasty and stent deployment.
, 百拇医药
【Key words】 Ultrasonography, interventional Intracoronary ultrasound Online 3D reconstruction Angioplasty, transluminal, percutaneous coronary
冠脉内超声能够时实地显示冠状动脉的切面图像，精确地区分血管壁的分层结构，定量地测量冠状动脉粥样硬化斑块地大小面积，通过三维成像可以清晰地显示血管长轴管腔的边界、轮廓以及斑块的几何形态，同时可以精确地测量靶血管的病变长度和范围，对帮助选择适当的介入治疗措施，指导冠心病介入治疗的机理均有重要的价值[1～3]。我院自1998年12月应用冠脉内超声联机三维成像对22例冠心病经皮冠脉成形术(PTCA)和冠脉内支架置入治疗患者进行了研究，以探讨冠心病经皮冠脉成形术(PTCA)和冠脉内支架置入治疗的机理。
资料与方法
, 百拇医药
一、 研究对象
22例冠心病介入治疗患者， 男19例， 女3例， 年龄在36～72岁之间。 平均年龄为(54.1±10.1)岁。 其中急性心肌梗塞6例， 不稳定心绞痛16例。 全部病人均行支架置入术， 其中14例行球囊预扩张后再置入支架， 8例行直接支架置入术。
二、 研究方法
采用美国Endosonics 公司生产的冠脉内超声联机三维成像系统， 所用超声导管外径3.2 fr.， 探头中心频率为20.0 MHz。 进行冠脉内超声检查时， 该仪器在显示二维切面图像的同时， 还可以同步实时地显示血管矢状面的三维图像。
三、 三维图像的采集和重建
图像采集分为自动回撤和手动回撤采集图像两种形式。 前者是采用自动回撤装置(pull-back device)将超声导管固定， 然后设置一定的间距(0.5 mm/s或1 mm/s)， 将超声导管置于血管远端， 由远端向近端等距离回撤， 而获取血管的切面图像。 后者将超声导管置于血管远端， 采用手动控制， 缓慢由血管远端向近端回撤， 而获取血管的切面图像。 在二维图像采集的同时， 主机可同步显示血管矢状面三维图像。
, 百拇医药
四、 图像显示模式
Endosonics冠脉内超声显像仪的图像显示模式分为： 二维图像显示、 二维和三维图像显示、 二维和X光图像显示以及全屏X光图像显示四种形式。 根据不同的需要可预先设置图像的显示模式。 在预先设置二维和三维图像显示模式后， 显示器屏幕的左侧显示冠状动脉的二维切面图像，其右侧则显示冠状动脉的矢状三维图像， 采用自动回撤装置重建的三维图像可精确测量病变血管的长度。
五、 图像分析和测量的参数
选择二维和三维图像显示模式， 记录超声图像， 冻结图像后， 应用回放功能， 选择远端参考血管段、 病变血管段和近段参考血管段的图像， 分别测量血管直径、 血管面积、 血管最小腔径、 最小腔面积和斑块面积。 斑块面积=血管面积-最小腔面积。
对近端参考段与病变段血管治疗前所测的参数、 近端参考段与病变段血管治疗后所测的参数以及病变段血管治疗前、 后所测的参数进行相关分析和配对t检验。
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结 果
22例患者均成功地进行了冠脉内超声联机三维成像， 其中2例为自动回撤三维成像， 20例为手动回撤三维成像。 右冠状动脉三维成像4例， 左冠状动脉三维成像18例。 向心性斑块2例， 余均为偏心性斑块。 斑块的性质为： 钙化性斑块4例， 纤维性斑块3例， 余为软斑块。
近端参考段与病变段血管测量参数相关分析和配对t检验的结果显示： 在治疗前， 近端参考段与病变段的血管直径和血管面积虽然呈显著的正相关， 但两者无显著差异； 而两者的最小腔径和最小面积存在极显著差异(表1)。
近端参考血管与病变段血管治疗后所测参数的相关分析和配对t检验显示： 治疗后病变段的最小直径、 血管直径、 腔面积和血管面积与近端参考血管均无显著差异(表2)。 而病变段血管各种参数在治疗前、 后均有显著差异(表3)。
讨 论
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在冠脉内超声应用于临床之前，关于经皮穿刺血管成形术(PTCA)的机理，大多是根据尸体解剖而证实， 很少能从活体中直接观察到。 冠脉内超声(ICUS)能精确地分辨血管壁的分层结构， 在冠脉的横截面上能清晰地显示冠脉粥样硬化斑块的大小、形态和性质，故ICUS能从体内直接观察PTCA前、后血管壁和管腔的变化，这为研究PTCA的机理奠定了基础。
冠脉内超声三维重建能直接和直观地显示靶血管的整体结构， 利于评价介入治疗的机理。 目前， 冠脉内超声的三维重建为脱机三维和联机三维重建两种形式， 前者是采集图像后， 到三维成像工作站进行脱机分析， 重建冠脉内超声的三维图像， 重建后三维图像的显示方式可分为圆柱形、 半闭或开放的半圆柱形以及管腔透明显示等[4]。 后者是在进行冠脉内超声导管检查时， 主机荧光屏上左侧显示冠脉内超声二维图像， 同时其右侧显示任何角度的血管纵轴的剖面图像， 此图像可对靶血管段进行测量分析(图1)。
表1 近端参考段与病变段血管治疗前所测参数的相关分析和配对t检验(n=22)
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参 数
近端血管(
±s)
病变段血管(±s)
r
P值
T
P值
最小腔径(mm)
, http://www.100md.com
3.02±0.44
2.04±0.31
0.38
>0.05
10.76
<0.001
血管直径(mm)
4.48±0.47
4.60±0.42
0.59
>0.05, <0.001
-1.30
, 百拇医药
>0.05
直径狭窄百分比(%)
35.09±6.97
54.30±4.13
0.14
>0.05
-10.48
<0.001
腔面积(mm2)
8.48±2.27
3.84±0.79
0.31
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>0.05
9.05
<0.001
血管面积(mm2)
17.39±3.91
16.70±3.67
0.71
<0.001
-1.10
>0.05
斑块面积(mm2)
50.10±9.64
, 百拇医药
76.87±6.17
0.007
>0.05
-11.0
<0.001
表2 近端参考段与病变段血管治疗后所测参数的相关分析和配对t检验(n=22)
参 数
近端血管(±s)
病变段血管(±s)
, 百拇医药
r
P值
T
P值
最小腔径(mm)
3.02±0.44
3.04±0.25
0.599
>0.05， <0.001
-0.31
>0.05
血管直径(mm)
, 百拇医药 4.48±0.47
4.60±0.47
0.766
<0.001
1.29
>0.05
直径狭窄百分比(%)
35.09±6.97
35.77±6.17
0.046
>0.05
-10.35
, 百拇医药
>0.05
腔面积(mm2)
8.48±2.27
8.22±1.46
0.590
>0.05， <0.001
0.66
>0.05
血管面积(mm2)
17.39±3.91
18.02±3.74
, 百拇医药
0.857
<0.001
1.88
>0.05
斑块面积(mm2)
50.10±9.64
53.04±6.60
0.249
>0.05
-1.38
>0.05
表3 病变段血管治疗前、 后所测参数的相关分析和配对t检验(n=22)
, 百拇医药
参 数
治疗前(±s)
治疗后(±s)
r
P值
T
P值
最小腔径(mm)
, 百拇医药
2.04±0.31
3.04±0.25
0.44
>0.05， <0.001
15.58
<0.001
血管直径(mm)
4.68±0.42
4.68±0.47
0.77
<0.001
2.92
, 百拇医药
>0.05， <0.001
直径狭窄百分比(%)
54.30±4.13
35.77±6.17
0.13
>0.05
-12.89
<0.001
腔面积(mm2)
3.84±0.79
8.22±1.46
0.31
, 百拇医药
>0.05
10.07
<0.001
血管面积(mm2)
16.70±3.67
18.02±3.74
0.65
<0.001
2.34
>0.05， <0.001
斑块面积(mm2)
76.87±6.17
, http://www.100md.com
53.04±6.60
0.29
>0.05
-14.66
<0.001
图1 荧光屏左侧为冠脉内超声二维图像，右侧为
血管纵轴冠脉内超声的剖面图像
对22例冠心病行PTCA和支架置入术患者进行了联机三维重建， 结果显示治疗前靶血管近端参考段的血管直径为： (4.48±0.47)mm， 病变段的血管直径为： (4.60±0.42)mm。 近端参考段的血管面积为： (17.39±3.91)mm2， 病变段的血管面积为： (16.70±3.67)mm2。 近端参考段和病变段的血管直径和血管面积之间呈显著正相关， 但无显著差异。 在冠状动脉粥样硬化形成过程中， 当斑块面积小于血管面积的40%时， 血管呈代偿性扩张， 而当斑块面积大于血管面积的40%时， 斑块则向血管腔内生长， 使血管腔逐渐狭窄。 本组研究观察到近端参考段和病变段的血管直径和血管面积之间虽然呈显著正相关， 但均无显著差异， 说明病变段的血管代偿性扩张有一定限度， 其代偿性扩张后的直径和面积与近端参考段相近。
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PTCA使血管腔扩大血流改善， 公认为是斑块压缩和重分布、 斑块破裂、 中膜伸展、 夹层形成和管壁撕裂等。 Losordo[5]等用髂动脉研究发现斑块破裂和压缩是PTCA后管腔增大的主要原因， 而动脉壁伸展只起附加的微小的作用。 Botas[6]等对24例成功的PTCA血管腔扩大的机制进行研究， 认为是冠状动脉扩展所致。 由于单纯PTCA治疗， 其再狭窄发生率高达40%， 目前在PTCA治疗后通常再置入支架， 以减少再狭窄发生率。 本组病例均行支架置入术， 其中14例行低压球囊预扩张后， 再置入支架， 8例直接行支架置入。 支架置入后， 联机三维显示病变段与近端参考段在血管直径和血管面积方面均无显著差异(P>0.05)， 而最小腔径和腔面积与术前比较， 均有明显增大[(2.04±0.31)mm vs (3.04±0.25)mm， (3.84±0.79)mm2 vs (8.22±1.46)mm2]， 而且呈极显著差异(P<0.001)， 斑块面积与术前比较明显减小[(76.87±6.17)mm2 vs (53.04±6.60)mm2]， 且有显著差异(P<0.001)。 可见在PTCA和支架置入时， 血管腔面积增大， 而血管直径和血管面积无显著增大， 但斑块面积明显缩小， 故在PTCA和支架置入治疗的患者， 其血管腔面积扩大和血流改善的机理， 主是是斑块压缩和重分布， 同时伴有轻度的管壁伸展和扩张(图2)。Gil[7]等发现PTCA后管腔增大的原因随图2A 近端血管直径为4.2 mm； 图2B 支架置入段血管直径仍为4.2 mm， 但管腔扩大， 此为斑块压缩和重分布所致； 图3A PTCA血管段二维图像显示向心性混合硬斑块， 联机三维显示血管外膜均匀、 平滑向外扩展， 但管腔未扩大； 图3B 同一病人PTCA近端血管二维图像显示斑块撕裂、 压缩、 管腔扩大， 联机三维显示血管外膜均匀、 平滑向外扩展斑块性质的不同而改变。 对混合斑块和硬斑块， 管壁撕裂和血管扩张是其主要机制。 而对软斑块斑块压缩(占急性管腔增加的77.9%)或/和轴向重新分布是其主要原因。 Reddy[8]等也发现斑块性质不同影响PTCA效果。 软斑块比硬斑块有更大的扩张， 而硬斑块中有更多的破裂。 本研究同样观察到斑块性质的不同， 在支架置入后， 血管腔增大的机制也不同。 向心的软斑块， 在PTCA和支架置入后， 血管腔的增大以斑块压缩为主， 在联机三维上表现为血管腔明显增大， 而血管外膜为均匀、 平滑地向外扩张(图3)。 而偏心的硬斑块， 尤其是偏心的钙化斑块， 则以血管壁伸展和扩张为主， 4例偏心的钙化斑块在联机三维上均表现为偏心斑块钙化侧的外膜， 均匀、 平滑地向外扩张或不扩张， 其对侧的外膜则在支架置入处突然向外伸展。
, 百拇医药
冠脉内超声二维成像可对动脉粥样硬化斑块进行精确的定量评价和定性分析， 冠脉内超声联机三维成像则能直观、清晰地观察血管腔增大和血流改善的机制， 为客观评价介入治疗的机理提供了一种新方法。
, 百拇医药
图2A 近端血管直径为4.2mm；图2B 支架置入段血管直径为4.2mm，但管腔扩大，此为斑块压缩和重分布所致；图3A PTCA血管段二维图像显示向心性混合硬斑块，联机三维显示血管外膜均匀、平滑向外扩展，但管腔未扩大；图3B 同一病人PTCA近端血管二维图像显示斑块撕裂、压缩、管腔扩大，联机三维显示血管外膜均匀、平滑向外扩展
参 考 文 献
1 Nissen SE， Gurley JC, Grines CL, et al. Intravascular ultrasound assessment of luminal size and wall morphology in normal subjects and patients with coronary disease. Circulation, 1991, 84∶1087-1099.
, 百拇医药 2 Werner GS， Sold G, Buchwald A, et al. Intravascular ultrasound imaging of human coronary arteries after percutaneous transluminal angiopasty: morphologic and quantitative assessment. Am Heart J, 1991, 122∶212-220.
3 Tobis JK， Mallery JA, Gessert J, et al. Intravascular ultrasound cross-sectional arterial image before and after balloon angioplasty in vitro. Circulation, 1989, 80∶873-882.
4 Roelandt JR， Dimario C, Pandian NG, et al. Three-dimensional reconstruction of intravascular of intracoronary ultrasound images: rationale, approaches, problem and direction. Circulation, 1994, 90∶1044-1055.
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5 Losordo DW， Rosenfied K, Kaufman J, et al. Foca compensatory ennlargement of humann arteries in response to progressive atherosclerosis: in vivo documentation using intravascular ultrasound. Circullation, 1994, 89∶2570-2577.
6 Botas J, Clark DA, Pinto F, et al. Balloon angioplasty results in increased segmental coronary distensibility:a likely mechanism of percutaneous transluminal coronary angioplasty. J Am Coll Cardiol, 1994, 23(5)∶1043-1052.
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7 Gil R， Ruygrok D, Prati F, et al. Influence of plaque composition on mechanism of percutanous transluminal coronary balloon angioplasty assessed by ultrasound imaging. Am Heart J, 1996, 131∶591-597.
8 Reddy KG， Nair RN, Sheehan HM, et al. Measurement by intracoronary ultrasound of in vivo arterial distensibility within atheroscerotic lesions. Am J Cardiol, 1993, 72∶1232-1237.
收稿 1999-07-20, 百拇医药
单位：100044 北京医科大学人民医院心内科(朱天刚， 胡大一)； 北京红十字朝阳医院(贾三庆、 陈方、 王乐丰、 李田昌、 杨明)
关键词：超声检查；介入性；冠脉内超声；联机三维；血管成形术；经腔；经皮冠状动脉
冠脉内超声联机三维成像评价冠脉介入治疗的机理 【摘要】目的 应用冠脉内超声联机三维成像， 探讨冠心病经皮冠脉成形术(PTCA)和冠脉内支架置入治疗的机理。 方法 对22例冠心病经皮冠脉成形术和冠脉内支架置入治疗患者进行了冠脉内超声联机三维成像， 在二维和三维图像显示模式， 选择远端参考血管段、 病变血管段和近段参考血管段的图像， 分别测量血管直径、 血管面积、 血管最小腔径、 最小腔面积和斑块面积。 对近端参考段与病变段血管治疗前后所测得参数、 以及病变段血管治疗前后所测得参数进行相关分析和配对t检验。 结果 治疗前靶血管近端参考段的血管直径为： (4.48±0.47)mm， 病变段的血管直径为： (4.60±0.42)mm。 近端参考段的血管面积为： (17.39±3.91)mm2， 病变段的血管面积为： (16.70±3.67)mm2。 近端参考段和病变段的血管直径和血管面积之间呈显著正相关， 但无显著差异。 支架置入后， 联机三维显示病变段与近端参考段在血管直径和血管面积方面均无显著差异(P>0.05)， 而最小腔径和腔面积与术前比较， 均有明显增大[(2.04±0.31)mm vs (3.04±0.25)mm， (3.84±0.79)mm2 vs (8.22±1.46)mm2]， 且呈极显著差异(P<0.001)， 斑块面积与术前比较明显减小[(76.87±6.17)mm2 vs (53.04±6.60)mm2]， 且有显著差异(P<0.001)。 结论 治疗前病变段的血管代偿性扩张， 其代偿性扩张后的直径和面积与近端参考段相近。 在支架置入治疗的患者， 其血管腔面积扩大和血流改善的机理， 主要是斑块压缩和重分布， 同时伴有轻度的管壁伸展和扩张。 向心的软斑块， 在PTCA和支架置后， 血管腔的增大以斑块压缩为主， 而偏心的钙化斑块， 则以血管壁伸展和扩张为主。
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Evaluation for the mechanism of angioplasty and stent deployment with online three dimensional reconstruction of intracoronary ultrasound
ZHU Tiangang, HU Dayi, JIA Sanqing, et al.
Department of Cardiology, People's Hospatal of Beijing Medical University, Beijing 100044
【Abstract】Objective To evaluate the michanism of angioplasty and stentdeployment with online three dimensional (3D) reconstruction of intracoronary ultrasound(ICUS). Methods The imaging 3D reconstruction of ICUS was performed in 22 patients with angioplasty and stent deployment. The minimal lumen diameter, vessel diameter, lumen area, vessel area and plaque area were measured in proximal reference segment and target site before and after angioplasty and stent deployment in all patients. Results The vessel diameter and vessel area were (4.48±0.47)mm and (17.39±3.91)mm2 in proximal reference segment, and (4.60±0.42)mm and (16.70±3.67)mm2 in target site before stent deployment. There was no significant difference between proximal reference segment and target site before and after stent deployment (P>0.05). The minimal lumen diameter and lumen area were significantly increased after stent deployment in target site[( 2.04±0.31)mm vs (3.04±0.25)mm, (3.84±0.79) mm2 vs (8.22±1.46)mm2， respectively, P<0.001)]. The plaque area was significantly decreased after stent deployment in target site [(76.87±6.17)mm2 vs (53.04±6.60)mm2, respectively, P<0.001)]. Conclusions The vessel of coronary heart disease was compensative dilation with the progerss of atherosclerotic lesion, but the compensation of vessel in atherosclerotic lesion was related with the diameter proximal reference segment. Because of the compression and redistribution of atherosclerotic plaque, there were the lumen area dilated and flow increased after angioplasty and stent deployment.
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【Key words】 Ultrasonography, interventional Intracoronary ultrasound Online 3D reconstruction Angioplasty, transluminal, percutaneous coronary
冠脉内超声能够时实地显示冠状动脉的切面图像，精确地区分血管壁的分层结构，定量地测量冠状动脉粥样硬化斑块地大小面积，通过三维成像可以清晰地显示血管长轴管腔的边界、轮廓以及斑块的几何形态，同时可以精确地测量靶血管的病变长度和范围，对帮助选择适当的介入治疗措施，指导冠心病介入治疗的机理均有重要的价值[1～3]。我院自1998年12月应用冠脉内超声联机三维成像对22例冠心病经皮冠脉成形术(PTCA)和冠脉内支架置入治疗患者进行了研究，以探讨冠心病经皮冠脉成形术(PTCA)和冠脉内支架置入治疗的机理。
资料与方法
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一、 研究对象
22例冠心病介入治疗患者， 男19例， 女3例， 年龄在36～72岁之间。 平均年龄为(54.1±10.1)岁。 其中急性心肌梗塞6例， 不稳定心绞痛16例。 全部病人均行支架置入术， 其中14例行球囊预扩张后再置入支架， 8例行直接支架置入术。
二、 研究方法
采用美国Endosonics 公司生产的冠脉内超声联机三维成像系统， 所用超声导管外径3.2 fr.， 探头中心频率为20.0 MHz。 进行冠脉内超声检查时， 该仪器在显示二维切面图像的同时， 还可以同步实时地显示血管矢状面的三维图像。
三、 三维图像的采集和重建
图像采集分为自动回撤和手动回撤采集图像两种形式。 前者是采用自动回撤装置(pull-back device)将超声导管固定， 然后设置一定的间距(0.5 mm/s或1 mm/s)， 将超声导管置于血管远端， 由远端向近端等距离回撤， 而获取血管的切面图像。 后者将超声导管置于血管远端， 采用手动控制， 缓慢由血管远端向近端回撤， 而获取血管的切面图像。 在二维图像采集的同时， 主机可同步显示血管矢状面三维图像。
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四、 图像显示模式
Endosonics冠脉内超声显像仪的图像显示模式分为： 二维图像显示、 二维和三维图像显示、 二维和X光图像显示以及全屏X光图像显示四种形式。 根据不同的需要可预先设置图像的显示模式。 在预先设置二维和三维图像显示模式后， 显示器屏幕的左侧显示冠状动脉的二维切面图像，其右侧则显示冠状动脉的矢状三维图像， 采用自动回撤装置重建的三维图像可精确测量病变血管的长度。
五、 图像分析和测量的参数
选择二维和三维图像显示模式， 记录超声图像， 冻结图像后， 应用回放功能， 选择远端参考血管段、 病变血管段和近段参考血管段的图像， 分别测量血管直径、 血管面积、 血管最小腔径、 最小腔面积和斑块面积。 斑块面积=血管面积-最小腔面积。
对近端参考段与病变段血管治疗前所测的参数、 近端参考段与病变段血管治疗后所测的参数以及病变段血管治疗前、 后所测的参数进行相关分析和配对t检验。
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结 果
22例患者均成功地进行了冠脉内超声联机三维成像， 其中2例为自动回撤三维成像， 20例为手动回撤三维成像。 右冠状动脉三维成像4例， 左冠状动脉三维成像18例。 向心性斑块2例， 余均为偏心性斑块。 斑块的性质为： 钙化性斑块4例， 纤维性斑块3例， 余为软斑块。
近端参考段与病变段血管测量参数相关分析和配对t检验的结果显示： 在治疗前， 近端参考段与病变段的血管直径和血管面积虽然呈显著的正相关， 但两者无显著差异； 而两者的最小腔径和最小面积存在极显著差异(表1)。
近端参考血管与病变段血管治疗后所测参数的相关分析和配对t检验显示： 治疗后病变段的最小直径、 血管直径、 腔面积和血管面积与近端参考血管均无显著差异(表2)。 而病变段血管各种参数在治疗前、 后均有显著差异(表3)。
讨 论
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在冠脉内超声应用于临床之前，关于经皮穿刺血管成形术(PTCA)的机理，大多是根据尸体解剖而证实， 很少能从活体中直接观察到。 冠脉内超声(ICUS)能精确地分辨血管壁的分层结构， 在冠脉的横截面上能清晰地显示冠脉粥样硬化斑块的大小、形态和性质，故ICUS能从体内直接观察PTCA前、后血管壁和管腔的变化，这为研究PTCA的机理奠定了基础。
冠脉内超声三维重建能直接和直观地显示靶血管的整体结构， 利于评价介入治疗的机理。 目前， 冠脉内超声的三维重建为脱机三维和联机三维重建两种形式， 前者是采集图像后， 到三维成像工作站进行脱机分析， 重建冠脉内超声的三维图像， 重建后三维图像的显示方式可分为圆柱形、 半闭或开放的半圆柱形以及管腔透明显示等[4]。 后者是在进行冠脉内超声导管检查时， 主机荧光屏上左侧显示冠脉内超声二维图像， 同时其右侧显示任何角度的血管纵轴的剖面图像， 此图像可对靶血管段进行测量分析(图1)。
表1 近端参考段与病变段血管治疗前所测参数的相关分析和配对t检验(n=22)
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参 数
近端血管(
±s)病变段血管(
±s)r
P值
T
P值
最小腔径(mm)
, http://www.100md.com
3.02±0.44
2.04±0.31
0.38
>0.05
10.76
<0.001
血管直径(mm)
4.48±0.47
4.60±0.42
0.59
>0.05, <0.001
-1.30
, 百拇医药
>0.05
直径狭窄百分比(%)
35.09±6.97
54.30±4.13
0.14
>0.05
-10.48
<0.001
腔面积(mm2)
8.48±2.27
3.84±0.79
0.31
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>0.05
9.05
<0.001
血管面积(mm2)
17.39±3.91
16.70±3.67
0.71
<0.001
-1.10
>0.05
斑块面积(mm2)
50.10±9.64
, 百拇医药
76.87±6.17
0.007
>0.05
-11.0
<0.001
表2 近端参考段与病变段血管治疗后所测参数的相关分析和配对t检验(n=22)
参 数
近端血管(
±s)病变段血管(
±s), 百拇医药
r
P值
T
P值
最小腔径(mm)
3.02±0.44
3.04±0.25
0.599
>0.05， <0.001
-0.31
>0.05
血管直径(mm)
, 百拇医药 4.48±0.47
4.60±0.47
0.766
<0.001
1.29
>0.05
直径狭窄百分比(%)
35.09±6.97
35.77±6.17
0.046
>0.05
-10.35
, 百拇医药
>0.05
腔面积(mm2)
8.48±2.27
8.22±1.46
0.590
>0.05， <0.001
0.66
>0.05
血管面积(mm2)
17.39±3.91
18.02±3.74
, 百拇医药
0.857
<0.001
1.88
>0.05
斑块面积(mm2)
50.10±9.64
53.04±6.60
0.249
>0.05
-1.38
>0.05
表3 病变段血管治疗前、 后所测参数的相关分析和配对t检验(n=22)
, 百拇医药
参 数
治疗前(
±s)治疗后(
±s)r
P值
T
P值
最小腔径(mm)
, 百拇医药
2.04±0.31
3.04±0.25
0.44
>0.05， <0.001
15.58
<0.001
血管直径(mm)
4.68±0.42
4.68±0.47
0.77
<0.001
2.92
, 百拇医药
>0.05， <0.001
直径狭窄百分比(%)
54.30±4.13
35.77±6.17
0.13
>0.05
-12.89
<0.001
腔面积(mm2)
3.84±0.79
8.22±1.46
0.31
, 百拇医药
>0.05
10.07
<0.001
血管面积(mm2)
16.70±3.67
18.02±3.74
0.65
<0.001
2.34
>0.05， <0.001
斑块面积(mm2)
76.87±6.17
, http://www.100md.com
53.04±6.60
0.29
>0.05
-14.66
<0.001
图1 荧光屏左侧为冠脉内超声二维图像，右侧为
血管纵轴冠脉内超声的剖面图像
对22例冠心病行PTCA和支架置入术患者进行了联机三维重建， 结果显示治疗前靶血管近端参考段的血管直径为： (4.48±0.47)mm， 病变段的血管直径为： (4.60±0.42)mm。 近端参考段的血管面积为： (17.39±3.91)mm2， 病变段的血管面积为： (16.70±3.67)mm2。 近端参考段和病变段的血管直径和血管面积之间呈显著正相关， 但无显著差异。 在冠状动脉粥样硬化形成过程中， 当斑块面积小于血管面积的40%时， 血管呈代偿性扩张， 而当斑块面积大于血管面积的40%时， 斑块则向血管腔内生长， 使血管腔逐渐狭窄。 本组研究观察到近端参考段和病变段的血管直径和血管面积之间虽然呈显著正相关， 但均无显著差异， 说明病变段的血管代偿性扩张有一定限度， 其代偿性扩张后的直径和面积与近端参考段相近。
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PTCA使血管腔扩大血流改善， 公认为是斑块压缩和重分布、 斑块破裂、 中膜伸展、 夹层形成和管壁撕裂等。 Losordo[5]等用髂动脉研究发现斑块破裂和压缩是PTCA后管腔增大的主要原因， 而动脉壁伸展只起附加的微小的作用。 Botas[6]等对24例成功的PTCA血管腔扩大的机制进行研究， 认为是冠状动脉扩展所致。 由于单纯PTCA治疗， 其再狭窄发生率高达40%， 目前在PTCA治疗后通常再置入支架， 以减少再狭窄发生率。 本组病例均行支架置入术， 其中14例行低压球囊预扩张后， 再置入支架， 8例直接行支架置入。 支架置入后， 联机三维显示病变段与近端参考段在血管直径和血管面积方面均无显著差异(P>0.05)， 而最小腔径和腔面积与术前比较， 均有明显增大[(2.04±0.31)mm vs (3.04±0.25)mm， (3.84±0.79)mm2 vs (8.22±1.46)mm2]， 而且呈极显著差异(P<0.001)， 斑块面积与术前比较明显减小[(76.87±6.17)mm2 vs (53.04±6.60)mm2]， 且有显著差异(P<0.001)。 可见在PTCA和支架置入时， 血管腔面积增大， 而血管直径和血管面积无显著增大， 但斑块面积明显缩小， 故在PTCA和支架置入治疗的患者， 其血管腔面积扩大和血流改善的机理， 主是是斑块压缩和重分布， 同时伴有轻度的管壁伸展和扩张(图2)。Gil[7]等发现PTCA后管腔增大的原因随图2A 近端血管直径为4.2 mm； 图2B 支架置入段血管直径仍为4.2 mm， 但管腔扩大， 此为斑块压缩和重分布所致； 图3A PTCA血管段二维图像显示向心性混合硬斑块， 联机三维显示血管外膜均匀、 平滑向外扩展， 但管腔未扩大； 图3B 同一病人PTCA近端血管二维图像显示斑块撕裂、 压缩、 管腔扩大， 联机三维显示血管外膜均匀、 平滑向外扩展斑块性质的不同而改变。 对混合斑块和硬斑块， 管壁撕裂和血管扩张是其主要机制。 而对软斑块斑块压缩(占急性管腔增加的77.9%)或/和轴向重新分布是其主要原因。 Reddy[8]等也发现斑块性质不同影响PTCA效果。 软斑块比硬斑块有更大的扩张， 而硬斑块中有更多的破裂。 本研究同样观察到斑块性质的不同， 在支架置入后， 血管腔增大的机制也不同。 向心的软斑块， 在PTCA和支架置入后， 血管腔的增大以斑块压缩为主， 在联机三维上表现为血管腔明显增大， 而血管外膜为均匀、 平滑地向外扩张(图3)。 而偏心的硬斑块， 尤其是偏心的钙化斑块， 则以血管壁伸展和扩张为主， 4例偏心的钙化斑块在联机三维上均表现为偏心斑块钙化侧的外膜， 均匀、 平滑地向外扩张或不扩张， 其对侧的外膜则在支架置入处突然向外伸展。
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冠脉内超声二维成像可对动脉粥样硬化斑块进行精确的定量评价和定性分析， 冠脉内超声联机三维成像则能直观、清晰地观察血管腔增大和血流改善的机制， 为客观评价介入治疗的机理提供了一种新方法。
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图2A 近端血管直径为4.2mm；图2B 支架置入段血管直径为4.2mm，但管腔扩大，此为斑块压缩和重分布所致；图3A PTCA血管段二维图像显示向心性混合硬斑块，联机三维显示血管外膜均匀、平滑向外扩展，但管腔未扩大；图3B 同一病人PTCA近端血管二维图像显示斑块撕裂、压缩、管腔扩大，联机三维显示血管外膜均匀、平滑向外扩展
参 考 文 献
1 Nissen SE， Gurley JC, Grines CL, et al. Intravascular ultrasound assessment of luminal size and wall morphology in normal subjects and patients with coronary disease. Circulation, 1991, 84∶1087-1099.
, 百拇医药 2 Werner GS， Sold G, Buchwald A, et al. Intravascular ultrasound imaging of human coronary arteries after percutaneous transluminal angiopasty: morphologic and quantitative assessment. Am Heart J, 1991, 122∶212-220.
3 Tobis JK， Mallery JA, Gessert J, et al. Intravascular ultrasound cross-sectional arterial image before and after balloon angioplasty in vitro. Circulation, 1989, 80∶873-882.
4 Roelandt JR， Dimario C, Pandian NG, et al. Three-dimensional reconstruction of intravascular of intracoronary ultrasound images: rationale, approaches, problem and direction. Circulation, 1994, 90∶1044-1055.
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5 Losordo DW， Rosenfied K, Kaufman J, et al. Foca compensatory ennlargement of humann arteries in response to progressive atherosclerosis: in vivo documentation using intravascular ultrasound. Circullation, 1994, 89∶2570-2577.
6 Botas J, Clark DA, Pinto F, et al. Balloon angioplasty results in increased segmental coronary distensibility:a likely mechanism of percutaneous transluminal coronary angioplasty. J Am Coll Cardiol, 1994, 23(5)∶1043-1052.
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7 Gil R， Ruygrok D, Prati F, et al. Influence of plaque composition on mechanism of percutanous transluminal coronary balloon angioplasty assessed by ultrasound imaging. Am Heart J, 1996, 131∶591-597.
8 Reddy KG， Nair RN, Sheehan HM, et al. Measurement by intracoronary ultrasound of in vivo arterial distensibility within atheroscerotic lesions. Am J Cardiol, 1993, 72∶1232-1237.
收稿 1999-07-20, 百拇医药