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编号:10270247
应用血管内超声显像对正常和动脉粥样硬化血管的研究
http://www.100md.com 《中华超声影像学杂志》 2000年第3期
     作者:倪祝华 朱天刚 胡大一 隗冬梅 任文林 王英亮 李清贤

    单位:倪祝华 胡大一 任文林(100020 北京红十字朝阳医院心脏中心);朱天刚(北京医科大学附属人民医院);隗冬梅(病理科);王英亮(山东省淄博市淄川区人民医院);李清贤(山东省济宁市中心医院)

    关键词:血管内超声显像;动脉粥样硬化;病理学检查

    中国超声医学杂志000301 摘 要 目的:估价应用血管内超声显像(IVUS)对研究正常及动脉粥样硬化动脉的价值。方法:用IVUS观察对照组和实验组动物(兔)的胸主动脉,确定是否存在粥样硬化改变。对内膜、中膜及斑块的界限进行界定,对厚度进行测量,同时确定斑块的性质。病理检查确定相应部位的动脉有无斑块及斑块性质,用显微镜测微尺测量内膜、中膜及斑块的厚度,IVUS与病理检查相对比,找出其间的相关性。结果:和病理相对比,IVUS判断大弹性动脉是否存在粥样硬化二者无显著性的差异(P>0.05),其敏感性94%,特异性达100%;对中膜厚度的测量,二者相关性较好(r=0.814,P<0.05);对脂质斑块厚度的测量,二者相关性好(r=0.890,P<0.05);但对正常血管内膜的测量,二者相关性差(r=0.055,P>0.05);对脂质斑块性质的判断,二者亦无显著性差异(P>0.05),IVUS鉴定的敏感性97%,特异性达100%。结论:IVUS能够准确判断血管(弹性动脉)是否存在粥样硬化改变,即使是早期硬化也能较敏感地发现。更主要的是能够准确判断斑块性质及大小,并能较好地测量中膜的厚度,但却往往大大高估弹性动脉内膜的厚度。
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    Qualitative and Quantitative Study of Normal and Atherosclerotic

    Elastic Arteries with Intravascular Ultrasound

    Ni Zhuhua,Zhu Tiangang,Hu Dayi,et al

    The Heart Center of Beijing Red Cross Chaoyang Hospital,The Capital University of Medical Science Beijing 100020

    ABSTRACT Objective:Experimental study of intravascular ultrasound imaging technique in diagnosis of atherosclerosis.Methods:The thoracic aorta were observed by IVUS in both control group and experimental groups in order to determined whether there was atherosclerosis of the rabbit model.The boundary of intima,media and plaque was demarcated.The thickness was measured and the quality of plaque was identified.At the same time,the corresponding sites of artery which were observed by IVUS were got for histological examination.The arteries were also judged whether there was atherosclerosis,and the intima,media and plaque were measured by micrometer.Results of IVUS were compared with histological examination and their correlation was calculated.Results:Comparing with pathological examination,there was no statistical significance in determining whether atherosclerosis existed with IVUS(P>0.05),the sensitivity was 94%,the specificity amounted to 100%.For the measurement of the thickness of plaque and media,the two methods have a good correlation(r=0.890,P<0.05 and r=0.814 P<0.05 respectively),but for the measurement of intima,the two methods had a poor correlation(r=0.055,P>0.05).There was also no statistical significance in determining the quality of fat plaque with IVUS(P>0.05),the sensitivity was 97%,the specificity amounted to 100%.Conclusion:IVUS can be used to judge whether atherosclerosis (AS)exists at elastic arteries correctly,even in the very early stage of AS.It is more important that the quality and thickness of atherosclerotic plaque can determined accurately.The thickness of media can be measured relatively correctly.However the intimal thickness of elastic artery could be overestimated greatly by IVUS.
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    KEY WORDS Intravascular ultrasound imaging Atherosclerosis Pathological examination

    本文应用IVUS对动物的正常及粥样硬化的大弹性动脉进行定量及定性分析,以期进一步证实这一技术的可行性及优越性。

    资料与方法

    实验模型的制备:24只新西兰纯种大耳白兔,月龄6个月,体重2.0~2.5kg,雌雄各半,随机分成两组,对照组8只,给予实验室基础饲料喂养,实验组16只,给予饲料中含0.5%的胆固醇粉及3%蛋黄粉饲料喂养。5周后对照组及实验组进行IVUS观察。

    实验主要仪器:Endosonics血管内超声仪(美国);Visions Five-64F/X 20MHz超声导管(美国);显微镜测微尺(重庆)。
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    IVUS实验方法:按5ml/kg自耳缘静脉缓慢推注20%乌拉坦麻醉。麻醉成功后,分离暴露右(或左)股动脉。穿刺针穿刺股动脉,在导引钢丝引导及扩张管的扩张下插入5F鞘管,固定鞘管,立即按100u/kg推注肝素抗凝。

    超声导管换能器中心频率为20MHz从鞘管尾端缓慢插入,在X线透视下确定导管头端换能器部位的位置(通常放置在倒数第一、二、三肋间下肋上缘对应的胸主动脉处)。部位确定后,用血管内超声仪把此部位的血管超声二维影像记录在录像带上。每条血管取1~4个位点进行观察记录。

    实验结束时,股动脉推注空气处死动物,立即进行解剖,在整体动物上仔细辨认观察点,取下相应部位的血管段,置入10%福尔马林液中,送之行病理检查。

    病理检查的方法:HE染色后,显微镜观察血管,确定有无斑块及其性质,逐一照像保存。确定血管各层分界,用显微镜测微尺分别测量内膜、中膜、最大斑块厚度。
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    统计方法:采用Systat医学统计软件包,各指标值均以均数±标准差表示;记数资料用x2检验;相关程度用相关系数r表示。以P<0.05作为有统计学意义。

    结 果

    1.病理结果

    对照组:光镜下观察8条血管中7条的14个位点,血管壁结构基本正常。内弹力膜较清晰,反光性强,外弹力膜也较清晰,但反光性较内弹力膜弱(图1)。

    实验组:经高脂饮食喂养的家兔动脉普遍出现脂纹,16例中5例各有1个肋间对应的动脉出现早期脂纹(图3),即由细胞界线分明的吞噬脂质的泡沫细胞构成。11例的共23个肋间对应的动脉表现为细胞内和细胞外的脂质沉积,内膜增厚,其中又有7个肋间对应的动脉的内膜厚度超过了中膜(脂质大量堆积)(图5);有1个脂质沉积达中膜。16例均未见有纤维斑块及大的钙化斑块形成。
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    由于外膜层结缔组织疏松而且在病理切片过程中有脱落现象,无法测量其真实厚度,因此观察时不对外膜进行测量。本实验中显微镜测微尺每一小格代表100μm。当用显微镜放大40倍观察时,测量精确度可达2.5μm。

    2.IVUS结果

    24只动物均行血管内超声探测,其中20例得到较满意的图像。4例由于超声探头连续使用致使成像不清,难以清晰显示管壁结构以及斑块有无。

    对照组:8条血管有7条的12个位点获得满意的图像,显示均无明显的斑块形成。内膜层回声强度大,与管腔界线分明,与中膜层分界相对不清(图2)。其中有5个位点较易界定中膜界线。测得中膜厚度并记录。

    实验组:实验组16只动物中13条血管的33个位点获得较满意的图像,其中29个位点发现有斑块形成。斑块均回声低,与管腔分界清晰,与其外侧内弹力膜形成的高回声层间也有十分清晰的分界(图4,6),因而易于确定斑块的性质及测量其厚度。所有斑块均考虑为脂质斑块包括早期质纹。未发现高回声或高回声伴有声影的斑块即未发现纤维化及钙化斑块。本组有7个位点中膜界线清楚完整。其余有的较清楚地显示一部分中膜轮廓,有的整个中膜均不能清楚地显示。测量界线清楚完整地中膜厚度并记录。
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    3.IVUS和病理测量结果的对比

    病理显示正常弹性动脉内膜厚度为5.4±1.3μm,而IVUS显示为141.7±51.5μm,二者相关系数(r=0.005(P>0.05);对中膜的测量,病理显示其厚度为308.4±83.7μm,IVUS为507.1±82.9μm,相关系数r=0.814(P<0.05);而对斑块厚度的测量病理为303.2±197.1μm,IVUS为326.7±265.8μm,相关系数r=0.890(P<0.05)。

    本实验还发现,IVUS对弹性血管是否存在粥样硬化甚至是早期硬化的确定,与病理对比二者无显著性差异(P>0.05),其敏感性为94%(IVUS示对照组12个血管位点均未发现斑块,病理也示12个位点均正常,实验组33个位点IVUS发现30个存在斑块,3个正常;病理示32个存在脂纹或斑块,1个正常),特异性达100%;IVUS对斑块性质(主要是脂质斑块)鉴别二者对比亦无显著性差异(P>0.05),其敏感性为97%(IVUS和病理共同观察的12条血管的30个位点有一个位点IVUS未发现脂质斑块,而病理发现存在,其余位点二者均发现脂质斑块存在),特异性达100%(病理示均为脂质斑块,IVUS亦均示脂质斑块)。
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    图1 病理显示正常的大弹性血管,其内弹力膜清晰,呈波浪状。内皮层由单层细胞构成。外弹力膜亦较清晰

    图2 IVUS显示上述正常的大弹性血管的影像内膜层回声强,其内侧无低回声区。中膜界限不清

    图3 病理显示较早期脂纹,此截面示病理脂纹厚度较一致,基本呈“向心性”分布

    图4 IVUS显示图3血管的图像,斑块被较清晰地显示,形成所谓的“双轨”影像。“内轨”回声较“外轨”

    相对低。“内轨”是由脂纹和血液构成的界面形成的;
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    “外轨”是由脂纹和内弹力膜构成的界面形成的

    图5 病理显示大的“偏心”斑块,厚度超过中膜

    图6 IVUS显示与图5为同一部位的血管影像,表现为大的

    “偏心”斑块。斑块回声强度明显低于内弹力膜回

    声强度,考虑为脂质斑块。局部中膜可辨

    讨 论

    1.对IVUS和病理检查的分析:

    由于本试验选取是弹性动脉,与肌性动脉相比,弹性动脉中膜含有多量的弹性纤维和胶原,均表现为强回声,故使不同层的超声阻抗差异大大减少,因而IVUS图像各层分界远不如肌性动脉清楚〔1、2〕。本实验也充分证明了弹性动脉的这一特征。
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    IVUS图像显示正常弹性动脉内膜有非常强的回声,图像显示的厚度与病理显示的厚度有非常大的差异。一般病理显示不超过10μm,而IVUS则达100~200μm。主要有以下原因:(1)内弹力膜回声强度大,且与中膜分界不清,使内膜厚度较实际大大增加。许多作者发现在肌性动脉也存在这种现象,因认为IVUS高估内膜厚度约0.3mm〔3〕。(2)与超声主机测量的精确度有很大关系。本实验超声主机测量的精确度为100μm,而病理测量的精确度为2.5μm。(3)Blooming效应〔4〕:可以观察到当导管不在管腔中心时,靠近管腔处管壁,包括内膜回声增强,厚度增加。以上对大的弹性动脉而言,均会明显影响内膜厚度的测量,但对较小的肌性动脉,如人的冠状血管,上述因素的影响将会大大减少。

    IVUS能够界定一些弹性血管的中膜界线,而大部分弹性血管中膜界线不清,这是因为弹性动脉中膜大部分是由弹性纤维组成,其间散在数量不等的平滑肌细胞,内外弹力膜发达程度不同。如果内弹力膜越发达,外弹力膜及外膜疏松胶原组织含量越多,而中膜弹力纤维及胶原含量越少,平滑肌含量越大,则越易显示中膜的界线;反之,中膜界线不易显示〔5〕。实验中对有些能分清中膜界线的血管,随着其扩张与缩小,甚至能发现两高反射层之间点状颗粒状物质的运动,考虑为中层平滑肌细胞较多,细胞随着血管运动相互“挤压”所致。对中膜厚度的定量分析,IVUS和病理有良好的相关性,但IVUS测量值较病理偏高可能与弹性纤维的高反射性有关。
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    IVUS对确定血管是否存在斑块及其性质有独特的优势。粥样硬化斑块可分为脂质斑块(软斑块),纤维斑块(硬斑块)钙化斑块及混合斑块。IVUS显示为不同的特点:软斑块IVUS特点为比外膜弱的均匀的低回声或能够透过声波;硬斑块的IVUS特点为高于或等于血管外膜的相对均质的强回声,不伴有远端声影;钙化斑块的IVUS特点为高于血管外膜的强回声,并伴有远端声影。本实验斑块回声强度均明显低于外膜,且回声均质,考虑均为脂质斑块。尤其值得一提的是,对早期病变,病理上显示为脂纹,IVUS也能准确地发现。此时的IVUS表现较典型的“双轨”图像(图4)。靠近管腔回声强度较低的“轨”代表的是脂纹或脂斑与血液形成界面;外轨回声强度高,代表脂纹或脂斑与内弹力膜的界面,其间的低回声或无回声层代表的是脂纹或脂斑。对于斑块厚度的测量,IVUS与病理有良好的相关性(r=0.890),且二者测量的均值接近。这是因为斑块与周围组织分界清晰,且回声强度适中不象内弹力膜的回声无形中“放大”了所反应的组织。

    另外应强调的是IVUS观察测量方法十分重要。最好的观察方法是动态观察。单从一帧图像有时很难鉴别它们之间的界线,尤其本研究观察的是大弹性动脉,其各层超声束的反射差异较肌性动脉小得多,各层IVUS图像往往不清。因此特别强调动态观察测量。
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    当然,实验也存在不足和有待改进之处:(1)病理测得值不是在生理压力下得到的,较实际会有差别。因此在弹力膜测量时均选血管缩小时进行各指标的测量。这样与病理的对比性可能增强;(2)超声探测部位对应的病理观察部位的确定方法尚需进一步改进;(3)本实验中除脂质斑块外,IVUS未观察到明显纤维斑块及钙化斑块。

    综上所述,IVUS对正常及动脉粥样硬化血管的鉴别力达到了相当高的水平,即使对病理上只有早期脂纹或脂斑也是如此。对病变的性质如脂质斑块有很好的鉴别力,对斑块大小的测量同样相当准确。但对正常弹性动脉的内膜测量效果差。由于本实验中纤维斑块及钙化斑块不多,对这两种斑块IVUS特征尚需进一步研究。本研究也证实,IVUS是一种安全的介入技术,只要掌握好适应症,对临床将产生重要的指导作用。

    参考文献

    1,Lockword GR,Ryan 1K,Gotlieb AI,et al.In vitro high resolution intravascular imaging in muscular and elastic arteies.JACC,1992,20:153~160
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    2,Nishimura RA,Edwards WD,Warnes CA,et al.Intravasular ultrasound imaging:In vitro validation and pathologic correlation.JACC,1990,16:145~154

    3,Liebson PR,Klein LW,I11 C.Intravascular ultrasound in coronary atherosclerosis:A new approach to clinical assessment.Am Heart J,1992,123:1643~1660

    4,Mario CD,Madretsma S,Linker D,et al.The angle of incidence of the ultrasonic beam:A critical factor for the image quality in intravascular ultrasonography.Am Heart J,1993,125:442~448

    5,Maheswaran B,Leung CY,Gutfinger DZ,et al.Intravascular ultrasond apperance of normal and mildly diseased coronary arteries:Correlation with histological specimens.Am Heart J,1995,130:976~986

    (1999-08-11收稿,1999-09-22修回,176天刊出)

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