血管内超声衰减斑块的研究进展

林子健 许俊炜 陈剑 陈柏荣 罗礼云

(中山大学附属第五医院心血管病中心,广东 珠海 519000)

血管内超声(intravascular ultrasound,IVUS)通过导管技术将微型超声探头送入血管腔内,显示血管横截面图像,从而提供在体血管腔内影像。因其具有定性分析和定量测量冠状动脉病变的优势,被广泛应用于冠心病的诊断及治疗[1]。IVUS已被ACC/AHA/SCAI冠状动脉血运重建指南推荐用于评估左主干病变严重程度、确定支架失败的机制及优化支架植入[2]。衰减斑块(attenuated plaque,AP)是一种IVUS识别的伴有超声衰减现象的易损斑块[3-5],其主要见于急性冠脉综合征(acute coronary syndrome,ACS),特别是急性心肌梗死[6],被认为与经皮冠状动脉介入治疗(percutaneous coronary intervention,PCI)中无复流、围手术期心肌坏死(periprocedural myocardial necrosis,PMN)、主要不良心血管事件(major adverse cardiovascular events,MACE)风险增加相关[7-10]。现从AP的定义、病理机制、临床意义、预后及临床治疗策略等方面进行综述,同时对人工智能及IVUS/光学相干断层扫描(optical coherence tomography,OCT)集合导管在AP评估中的应用进行展望。

1 AP的定义及其病理特征

易损斑块是指具有血栓形成或罪犯病变倾向的动脉粥样硬化斑块[3,11],AP是易损斑块的一种IVUS影像特征,其通常被定义为伴后方声影强度减弱或缺失的非钙化无亮钙影斑块,斑块后方组织无法显影,出现超声衰减现象。但在某些研究中AP还需满足超声衰减弧度>90°,病变纵向长度>1 mm的附加条件[12-14],这可能与超声衰减弧度>90°的罪犯病变PCI术中无复流的风险更高,以及虚拟组织学IVUS对帧数识别的限制有关。AP发生超声衰减现象的病理机制与其成分中的胆固醇结晶及点状钙化对超声波的折射和吸收,导致超声波无法穿过斑块相关[15-16]。

AP的形成与含巨大坏死核心的纤维粥样斑块及伴有病理性内膜增厚的脂质池有关[15,17]。当斑块负荷>40%时,AP的发生率最高。对于AP而言,近管腔面的超声衰减几乎仅见于含坏死核心的斑块,近管腔面的超声衰减常提示成熟坏死核心,而近外膜的超声衰减则常提示为伴病理性内膜增厚的早期脂质池[18]。Kimura等[6]通过分析AP病理标本发现AP主要由胆固醇结晶、巨噬细胞渗出和点状钙化构成。Pu等[15]发现99.3%的AP超声衰减弧度>30°,91.4%的AP存在伴有坏死核心/病理性内膜增厚和脂质池的纤维粥样硬化斑块。

2 AP的临床意义

2.1 AP与冠心病患者MACE

AP被认为与冠心病患者MACE发生率增加相关。Shishikura等[7]发现冠心病患者AP的存在及进展与MACE(死亡、心肌梗死、卒中、冠状动脉血运重建)发生率增加相关,AP进展被定义为随访过程中AP衰减指数的增加,其可能与基线斑块特征相关,他汀类药物或可通过改变AP的斑块特征,改善患者临床转归。

相较稳定型冠心病,AP更常见于ACS中,尤其是急性ST段抬高心肌梗死(ST-segment elevation myocardial infarction,STEMI)患者[6]。HORIZONS-AMI研究[14]中,78%的急性心肌梗死患者存在AP;而在Lee等[19]的研究中,AP在STEMI患者中的发生率为39.6%,在非ST段抬高心肌梗死中为17.6%。存在AP的ACS患者的斑块负荷和重构指数等指标更高,病变部位管腔横截面积更小,并且血栓、心肌梗死溶栓试验(thrombolysis in myocardial infarction,TIMI)血流分级<2级、正性重构及斑块破裂也更为常见[18-19]。

但对存在AP的ACS患者PCI术后长期随访的研究中发现,AP的存在似乎并不增加ACS患者远期不良预后的风险。一项meta分析[20]提示AP虽然可引起ACS患者PCI术中慢血流/无复流现象及远端栓塞的发生,但是对术后3年内的MACE发生率无明显影响。Okura等[21]发现相较于无AP的ACS患者,虽然存在AP的ACS患者首次球囊扩张后的校正TIMI帧数更高,但两组间的血栓抽吸和血管内药物使用后的校正TIMI帧数、住院期间致命性心律失常的发生率、住院死亡率和中位随访时间为6.2年的无心血管事件生存率并无统计学差异。贾若飞等[22]的研究表明,AP的存在对急性心肌梗死患者PCI术后1年内的MACE发生并无明显影响。耿学斌等[23]前瞻性研究了AP对ACS患者PCI近远期的预后影响,发现存在AP的ACS患者的血管外弹性膜面积、斑块面积、斑块负荷、重构指数均较无AP的患者更高,AP组近期总并发症的发生率也更高,但长期随访过程中,两组的MACE发生率并无统计学差异,这可能与围手术期药物的使用(替罗非班、腺苷、维拉帕米等)及随访过程中斑块稳定性增高相关[23-24]。

2.2 AP与急性心肌梗死患者PCI术中无复流

研究[14,16-17,25]表明,AP与急性心肌梗死患者PCI术中无复流的发生相关,而术中无复流被认为与临床不良预后相关。Wu等[14]发现在急性心肌梗死患者中,AP平均衰减弧度评分是PCI术中无复流的最强预测因子(最佳预测值≥2分),平均衰减弧度评分≥2分者发生无复流的风险是<2分者的10倍。此外,研究[14]表明PCI术中无复流的发生风险与AP的斑块体积呈正相关。

AP引起急性心肌梗死患者PCI术中无复流的发生可能与PCI过程中病变远端微血管阻塞、血栓栓塞或斑块破裂相关[14,26]。Shiono等[26]通过分析STEMI患者PCI术前IVUS和术后1周的心脏磁共振结果,发现微血管阻塞组与非微血管阻塞组的AP比例相近,但前者AP的病变纵向长度及最大衰减弧度更大,因此最大衰减弧度>180°且病变纵向长度>5 mm的AP是PCI术后微血管阻塞的独立预测因子。AP患者PCI术后微血管阻塞可能与PCI引起罪犯病变处斑块破裂,脂质等斑块成分释放引起微血管阻塞有关,远端保护装置或药物等治疗策略或可通过预防远端栓塞,从而降低AP患者术中无复流的发生风险。

2.3 AP与PCI术后PMN及心肌损伤

PMN被定义为PCI术后肌钙蛋白或超敏肌钙蛋白水平升高,被认为与PCI术后MACE增加相关[9]。Hoshino等[9]发现AP是稳定型心绞痛患者围手术期中、重度PMN的独立预测因素之一,其中,AP病变纵向长度是重度PMN的独立预测因子,PMN的发生可能与AP成分中的富脂成分和坏死核心引起术中斑块栓塞或微血管阻塞相关。此外Kimura等[10]发现AP是稳定型心绞痛患者围手术期心肌损伤的独立预测因子之一。

2.4 AP与PCI术中斑块脱垂

斑块脱垂是指斑块组织突入支架空隙形成组织挤压[27]。在接受了药物洗脱支架植入的稳定型或不稳定型心绞痛患者中,有AP者发生斑块脱垂的风险更高[8]。ADAPT-DES研究[28]表明,与PCI术中无斑块脱垂组比较,PCI术中斑块脱垂组的AP比例更高。同时PCI术中斑块脱垂组的坏死核心体积百分比和致密钙体积百分比更高,而这两个特征被认为与AP的形成密切相关。此外,有研究[29]认为AP是支架边缘夹层的独立预测因素之一。

2.5 AP与其他临床特征的相关性研究

AP与其他临床特征也存在一定联系,如睡眠呼吸障碍、血小板反应性、高密度脂蛋白胆固醇(highdensity lipoprotein-cholesterol,HDL-C)等。Wada等[30]发现在接受了PCI的睡眠呼吸障碍患者中,AP发生风险并无明显升高,但AP的最大衰减弧度更大,睡眠呼吸障碍是AP衰减弧度>140°的显著预测因子。此外,Yun等[31]研究发现在伴有高血小板反应性的冠心病患者中,AP发生率并无明显升高,但其病变纵向长度更长。此外,Kitabata等[32]报道称AP在低水平HDL-C(HDL-C<1.03 mmol/L)的ACS患者中更为常见,这可能与低水平HDL-C难以发挥调节胆固醇转运及抗动脉粥样硬化作用有关。

3 PCI术中无复流的预防及治疗

由于血栓抽吸、腔内血管成形术等操作可能会引起AP的形态结构改变,甚至斑块破裂而导致微循环障碍及无复流的发生,因此有学者提出在AP患者中应用远端滤器保护装置以预防PCI术中无复流的发生。Hibi等[25]将AP病变纵向长度≥5 mm的ACS患者,随机分组接受远端滤器保护装置(distal protection,DP组)或常规PCI(conventional treatment,CT组)治疗,DP组的PCI术中无复流发生率和MACE发生率均明显低于CT组,结果表明DP组患者PCI术中无复流及血运重建后严重心脏不良事件的风险更低。此外,研究建议在支架植入术后在冠状动脉造影前立即抽吸漂浮碎片以预防远端滤器近端栓塞。而在另一项VAMPIRE 3研究中,Hibi等[33]分析了接受PCI的AP患者在使用远端滤器保护装置后的长期临床转归,发现DP组随访1年内的MACE发生率高于CT组(12.2% vs 3.1%),其主要原因是DP组的再次血运重建风险更高(11.2% vs 2.1%)。在使用裸金属支架治疗的患者中,DP组中25.0%的患者出现MACE,CT组无MACE发生;而在使用药物洗脱支架治疗的患者中,两组间随访1年内的MACE发生率无统计学差异。因此,在存在AP的ACS患者中,DP组的患者随访1年内的MACE发生率要高于CT组,但药物洗脱支架的使用可能会减小这种不良影响。

4 其他影像技术对AP的评估及研究

不同影像技术常被联合应用于AP的识别及评估。既往研究[34]表明冠状动脉计算机体层成像血管造影识别的低衰减斑块(computed tomography angiography-low attenuation plaque,CTA-LAP)在诊断AP上和IVUS存在高度的一致性。此外,IVUS识别的AP(IVUS-AP)和CT值<0 HU的冠状动脉计算机体层成像血管造影识别的极低衰减斑块(computed tomography angiography-very low attenuation plaque,CTA v-LAP)均被认为与PCI术中无复流相关。在稳定型冠心病患者中,IVUS-AP和CTA v-LAP预测PCI术中无复流发生的阳性预测值、阴性预测值和准确性几乎相等,且IVUS-AP/CTA v-LAP联合分析可在不降低阴性预测值的基础上,显著提高对AP的阳性预测值和诊断准确率[35]。

有研究者认为AP是巨大坏死核心和薄纤维帽粥样硬化斑块(thin-cap fibroatheroma,TCFA)的标志特征之一[16,36]。Kang等[4]发现AP最大衰减弧度≥29°是预测虚拟组织学IVUS识别的TCFA和OCT识别的TCFA的研究截断值,但斑块负荷过高可能会干扰其预测效能;AP的衰减弧度≥30°与斑块病变程度及不稳定性特征增加(IVUS识别的最小管腔面积减小,斑块负荷增加、斑块破裂倾向增加等)、支架植入术后的肌酸激酶同工酶水平升高相关。

5 腔内影像技术研究AP的新探索

5.1 人工智能评估AP

针对AP等斑块特征的人工智能和机器深度学习算法,有利于促进人工智能识别AP等高危斑块的应用。Cho等[13]通过建立基于IVUS的冠状动脉斑块特征人工智能分析模型,以自动化分析AP等斑块特征;研究将冠心病患者的IVUS图像集随机分组为训练集和测试集,周向标记间距0.4 mm的IVUS图像帧为AP、钙化斑块或无衰减/钙化的斑块。集合模型在角度水平上,识别AP、钙化斑块或无衰减/钙化的斑块的骰子相似系数分别为0.79、0.74和0.99;测试集内进行斑块分类的最大准确率为98%;而在图像帧水平上,识别AP的总准确率为93%(特异度96%、灵敏度80%),且感兴趣区域的模型测量与人工测量的衰减负荷指数相关性显著(r=0.894)。人工智能和机器深度学习算法对于AP等斑块特征的复杂分析或可对罪犯病变的未来心血管风险进行分层,以期望协助临床策略的制定实施,改善患者转归。

5.2 IVUS/OCT集合导管评估AP

CONAVI和TERUMO公司研发的IVUS/OCT集合导管,综合了IVUS和OCT的穿透深度和分辨率,可更加全面地反映冠状动脉病变[1]。IVUS可有效识别AP的存在,OCT虽然无法识别AP,但在测量斑块纤维帽厚度及识别AP患者PCI术中可能出现的斑块破裂、斑块脱垂等方面具有显著优势。IVUS/OCT集合导管的应用有助于从不同角度深入了解AP特征,并为PCI治疗提供更多信息,但目前IVUS/OCT集合导管在识别、评估AP等易损斑块特征上仍有待进一步研究。

6 总结

综上,AP是一种IVUS识别的伴有超声衰减现象的易损斑块,病理特征存在坏死核心或大脂质池的纤维粥样硬化斑块,综合运用冠状动脉CTA、IVUS、预测虚拟组织学IVUS、近红外光谱IVUS、OCT及基于IVUS的人工智能技术等多种手段对AP的评估可量化其特征。目前研究发现AP更常见于ACS患者,AP的存在可增加冠心病患者MACE发生率,在冠心病介入治疗过程中,特别是急性心肌梗死患者PCI时,存在AP的患者更易出现无复流及围手术期心肌坏死、斑块脱垂。通过对AP的精确识别,远端滤器保护装置及药物预防或可降低PCI术中无复流的发生率,但AP是否影响ACS患者的长期临床转归仍存在争议,通过多种检测方法对AP的特点进行深入、综合分析,或可进一步发现高危AP,为其不良临床转归提供更多研究依据。