血管内超声成象.ppt

血管内超声成象,长期以来血管造影被公认为诊断血管病变的“金标准”，实际上，该方法仅能提供内腔影像方面的信息就其诊断动脉粥样硬化病变而言，存在以下多种局限性：不能检出早期粥样硬化病变；不能提供透壁信息；低估血管狭窄程度；低估其并发症尸检结果发现造影正常的血管实际上存在弥漫性动脉粥样硬化病变手术中心外膜超声检查也发现类似现象研究表明，在冠状动脉病变早期阶段，病变血管可发生代偿性扩张，只有在病变累及内弹力膜的40%时才会失代偿而产生狭窄当冠状动脉有广泛粥样硬化病变时，参考段血管已非正常血管，就不能准确判断血管狭窄程度对于偏心性病变，由于造影投照的局限性，也会影响评估血管狭窄的程度血管内超声成像(IVUS)技术问世为冠心病的诊断及有效的介入治疗提供了很有前景的手段，临床实践证明该技术在冠心病诊断和介入治疗方面具有独特的临床实用价值血管内超声的研究历程、现状与发展,随着微型导管超声换能器和声学成像技术的飞速进步,血管内超声(intravascular ultrasound,IVUS)检查已由实验研究阶段逐步发展成为冠心病临床诊断和介入治疗中具有重要价值的新方法IVUS利用安装在心导管顶端的微型超声换能器,在血管内发射和接收高频超声信号,实时显示血管的切面图像,能清晰显示管壁结构的厚度、管腔大小和形态等,甚至可以辨认钙化、纤维化和脂质池等病变。

早期工作：,在超声医学发展的早期阶段,就已有人对腔内超声进行了研究IVUS就是其中的一个分支,是腔内超声显像在血管内检查方面的应用1960年,Cieszynski研制了一种用于心内超声测量的导管研究显示,用该超声导管可以在实验模型上获得软组织回声进一步研究表明,该超声导管可以获得左右心室内膜及肺动脉的超声反射1967年,Stegall等首次应用安装在心导管尖端的连续多普勒探头记录了主动脉的血流速度1969年,Benchimol 等应用安装连续多普勒探头的导管,在主动脉根部检测人冠状动脉的血流信号1972年,Bom发明了32晶体、3.2 mm直径的相控阵超声探头,与9F导管结合可以提供心血管的实时二维图像,为IVUS的临床应用打下了基础1983年,Marcus等研制成功冠状动脉内多普勒导管最早的临床应用研究发表于1988年(Hodgson、 Pandian和Yock等),应用此法可显示动脉壁结构和粥样硬化成分的细致变化,并揭示血管造影的不足之处1990年,Doucette等首先应用多普勒导丝测量冠状动脉血流导丝可插入严重狭窄的冠状动脉,能在介入性治疗的同时测量流速20世纪80年代末到90年代初,冠心病介入治疗技术迅速发展,而冠状动脉造影不能满足临床需要,为了能精确地了解冠状动脉病变的性质与程度,人们加速了IVUS显像技术尤其是冠状动脉内显像技术的临床应用。

探头的类型及特点 :,目前常用的IVUS探头有机械旋转型和电子相控阵型两种两种探头各有优缺点机械性探头导管通过导管近端的马达驱动轴旋转超声换能器获取图像如果该探头位于弯曲的血管段,可能会由于驱动轴旋转不均匀而产生图像变形电子相控阵型导管虽然没有旋转部件,但由于它由相控阵型环状排列的多晶体换能器所组成,因此不但可显示血管断面的灰阶实时图像,而且还具有提供冠状动脉内血流信息的功能但是后者的单图像分辨率较机械性探头稍差,导管周边存在超声盲区随着导管技术的发展,IVUS已由原来的3~5 F、10~30 MHz发展到现在的2.6~3.5 F(可以通过6 F指引导管进入冠状动脉内)、20~50 MHz,可以随导丝进入冠状动脉系统的各个分支,其轴向分辨率也得到了进一步提高我国学者的贡献:,我国IVUS的开展始于20世纪90年代初,上海中山医院、山东齐鲁医院、北京协和医院、北京军区总医院以及西安、武汉和广州等地区的多家医院进行了大量卓有成效的基础研究和临床应用,使这一技术在我国得到应用和推广中山医院葛均波教授早年曾在德国Essen大学从事IVUS研究,学成归国后进一步开展研究,是国内外最早从事IVUS的学者之一,对冠状动脉的病理生理特征及诊治方法进行了系统研究,在血管内超声应用的初期参与了IVUS安全性、准确性和可行性的评价以及正常值的建立工作。

他深入研究了三层结构的成像特征;提出了不稳定斑块的量化指标;探讨了粥样斑块导致血管发生重构的规律;发现了心肌桥的特异性诊断指标“半月现象”,并将这一技术应用到冠状动脉疾病的诊治过程中,在Circulation、European Heart Journal和Heart等国际著名杂志上发表了许多具有创见性的论文,其文章被引用500余次,得到了国际同仁的认可,并有力地推动了这一技术在国内的推广当前,IVUS已成为国内心导管室介入治疗的有效手段,在指导介入治疗病例的选择、疗效的观察方面发挥着重要作用,每年完成的病例数正在迅速增加发展前景 :,回顾IVUS的发展历程,可以看出它的发展与冠状动脉介入治疗的发展是互相平行的,并有力的促进了后者的发展,增进了广大医师对冠状动脉疾病病理生理特征的认识,提高了冠状动脉疾病的诊治水平,有效地指导了冠状动脉疾病的介入治疗及预防超声发射频率和成像帧频率的增加,使IVUS具有更高的分辨率,并可以更好地识别组织学特征以及辨别粥样斑块性质通过马达回拉IVUS导管是标准测量方法,它可以进行容积性测量,尤其对研究斑块的进展与改变具有很大价值此外,通过计算可以进行三维重建或者二维及长轴成像,从而精确在体测量整个血管壁、管腔和斑块的大小及比邻关系。

将来,通过分析IVUS射频信号的背向散射积分有可能会进一步提高对斑块性质的认识,尤其是发现那些可能即将破裂的不稳定斑块随着超声技术的进展,血管内超声可作为一种治疗方法,用来消融动脉粥样硬化斑块今后如能将成像系统进一步微型化,与介入装置一体化,发展血管内实时超声三维成像,并与血管造影相结合,将会在全面准确地评价、诊断和治疗心血管疾病方面发挥更大作用 虽然如此,IVUS检查仍有很多问题需要进一步解决,比如IVUS较高的费用限制了它的进一步普及推广,包括易损斑块的早期识别等在内的技术问题也尚需进一步探讨相信在广大同仁的努力下,随着我国经济的发展和医疗技术水平的提高,IVUS应用会日益广泛,技术不断提高,使越来越多的患者受益,IVUS设备,1 超声导管超声导管的种类很多，可根据靶血管选择不同外径和长度的导管超声导管核心部件是安装在导管顶端的超声晶片导管探头分为机械和电子相控阵两类，前者包括旋转式单晶片和晶片固定而旋转一声学反光镜两种单晶片位于一可弯曲的轴心头端，轴心在外鞘管内以1800转/分的速度旋转，超声束环绕血管周径做360°扫描，以30帧/秒获取血管横切面的超声图像电子相控阵式超声导管有32～64个晶片组成，呈环状排列于导管顶端，同时向360°方向发送超声束，获得血管横断面图像。

目前的导管探头轴向分辨力可达到80～100μm，侧向分辨力150～200μm，探测深度6～16mm，频率通常为20～30MHz频率过高时，因血液中红细胞的大量散射可能产生较多的伪差，同时，声束的穿透力减低；而频率较低(20MHz)的晶片分辨力随之下降，主要用于心腔内和主动脉内的超声成像检查2 二维超声主机通过电子线路控制超声导管顶端的晶片发射和接收超声信号，经计算机处理后将影像送到视屏上实时显示血管的横断面图像在主机上，可选择导管类型、频率和测量深度并可由键盘输入病人的有关信息，超声图像可进行实时录象，可进行连机或脱机的图像定性和定量分析等血管内超声成像系统,IVUS操作要求,(1)常规经右股动脉穿刺，插入8F引导导管至相应的冠状动脉口，行选择性冠脉造影然后在X线透视下沿靶血管插入直径0.014英口 寸的引导钢丝至血管远端再沿引导钢丝在透视下插入血管超声探头导管，通过狭窄病变至血管远端，在透视下缓慢后撤探头导管当探头导管以1800转/m作360°旋转时可连续获得30帧/S的血管横轴实时切面图像2)机械探头在使用前需经导管顶端注入0.5ml无菌蒸馏水并作排气处理在行血管内超声检查前，应经冠脉内注入硝酸甘油200μg以预防冠状动脉痉挛并产生最大的血管扩张。

3)操作过程中，血管造影和血管内超声分别同步显示导管探头在管腔内的部位和相应的冠状动脉管壁的结构形态血管内超声成像以录象记录供脱机回放分析血管内超声成像及三维重建,研究表明，冠状动脉病变早期阶段冠状动脉的主要反应是血管的代偿性扩张，只有病变累及内弹力膜的 40%时才会失代偿而产生狭窄，因此，血管造影正常也不能排除病变的存在病检表明 70%～ 80%的病变是偏心性的，这也加大了血管造影评价血管狭窄严重程度的难度上述这些不足使得血管造影在临床工作中越来越多的受到来自其它影像诊断手段的挑战血管内超声 (intravascular ultrasound, IVUS)及其三维重建 (three-dimensional reconstruction, 3DR)能够清楚显示血管壁三层结构、确定病变的构成和性质、诊断断裂和夹层、对血管及病变进行准确的定量分析，以及在介入过程中的作用等都证实了该技术具有独特的临床实用价值1.图像采集：准确采集靶血管节段的一系列横断面 (二维 )图像，数字化处理后，应用所选择的方式三维空间重建该靶血管段，在监视器上显示出 X、 Y、 Z平面的立体图像其中关键的步骤是用最佳的灰阶范围正确采集系列横断面图像。

所用技术有两种： (1)在恒速马达控制下以已知的速度沿靶血管段回撤[ 6] ； (2)通过位移传感器控制，固定间距采集一系列毗邻的横断面图像传感器可把导管的运动转变为电脉冲信号，使导管运动准确数字化，提供实时位置信息一个内在的接口可把该装置与进行三维重建的计算机系统相连接，通过读取数字化的位移资料，间隔 0.1 mm的一系列超声图像叠片能被自动采集目前的三维重建技术一般分为四个阶段来完成，即图像采集、图像数字化处理、三维重建及图像显示2.图像数字化和切割 (segmentation)：数字化的横断面图像被储存进一个光盘中图像的切割和重构模式目前有三种：(1)网格模式，不同构成成分的形态是自动或人为定义的，邻近横切面的形态被直线相连，这种方法远不能显示复杂的几何形态结构 (2)阈值双图形法，所有像素的回声强度分属于阈值的上下两部分，构成两幅图像，其优点是完全自动化评估几何形态，缺点是壁病理结构的灰阶信息被丢失 (3)上述两种方法现已极大程度地被容积像素重建模式所取代，它能详细记录管壁成分的灰阶，其优点是能以立体模式显示动脉壁资料，允许对血管各种成分 (管腔、中膜和斑块 )的容积进行定量。

三维重建中还可利用自动边缘检测技术来确定内膜边界，它在实时评价管腔横切面中是十分实用的3.三维重建：容积像素三维重建时，要在监视屏上观察三维物体，重建的血管必须通过一种表达程序投影到二维视屏上去，因此要在立体模型中计算出三种要素，即容积像素距离、表面矢量梯度和原始灰阶特性[ 7] 综合三种要素就可显示靶血管的深度、方位和回声强度在重建的三维图像中，低回声中膜因保持其灰阶值而清晰可见，当中膜界面被自动标出时，即可最佳显示病变的容积现阶段重建均采用直线管腔显示4.显示方式：完成三维重建后，可显示处理后的二维图像 (横切、冠状切及斜切 )和重建的三维图像 (圆柱形、关闭和开放的半圆柱形、管腔铸型 )，每一种图形都能提供管腔及管壁结构的独特切面，联合应用可以达到最佳的透视效果其中，圆柱形图像是定性检查血管壁最有效的显示方式，它提供了复杂夹层的纵行全景图，能确保支架最佳显示,临床应用进展 :,１ 二维血管内超声(2D-IVUS) 这是IVUS的基础，迄今的血管内超声检查，基本上是以2D-IVUS为主以冠脉内血管超声检查为例，一般是经股动脉穿刺，插入导引导管至相应的冠状动脉口后，可先行选择性冠脉造影，再将IVUS导管探头送至冠脉造影显示有狭窄的血管段远端，然后缓慢地后撤导管探头，连续检查而获得血管壁横轴及斑块等的实时二维图像。

常用于： (1)确定冠脉病变形态学特点及发现冠脉轻度的早期病变： (2)协助选择合理介入性治疗方法： (3)观察PTCA术后的疗效及有无并发症 (4)观测血管内支架植入情况 (5)IVUS监测激光治疗，可以减少消栓引起血管壁穿孔及分离的可能性 (6)对心脏搭桥术后，移植血管的观察与估价有无狭窄： (7)对急性肺栓塞的观察： 此外，IVUS对周围血管的观察，如对髂动脉粥样硬化斑块的检查，也都有用,。