Внутрисосудистое ультразвуковое исследование: визуализация артерий изнутри.

Введение

Тип методологии медицинской визуализации

Внутрисосудистый ультразвук (IVUS) или внутрисосудистая эхокардиография – это методология медицинской визуализации, использующая специально разработанный катетер с миниатюрным ультразвуковым датчиком, прикрепленным к дистальному концу катетера. Проксимальный конец катетера присоединяется к компьютеризированному ультразвуковому оборудованию. Это позволяет применять ультразвуковые технологии, такие как пьезоэлектрический преобразователь или CMUT, для визуализации изнутри кровеносных сосудов сквозь окружающий столб крови, отображая эндотелий (внутреннюю стенку) кровеносных сосудов. Наиболее частой целью визуализации с помощью IVUS являются артерии сердца (коронарные артерии). IVUS используется в коронарных артериях для определения количества атероматозных бляшек, накопившихся в определенной точке эпикардиальной коронарной артерии. Внутрисосудистый ультразвук предоставляет уникальный метод изучения регрессии или прогрессирования атеросклеротических поражений in vivo. Постепенное накопление бляшек в стенке артерии на протяжении десятилетий создает условия для формирования нестабильной бляшки, которая, в свою очередь, может привести к инфаркту миокарда и стенозу (сужению) артерии (известному как коронарные артериальные поражения). IVUS используется для определения объема бляшек в стенке артерии и/или степени стеноза просвета артерии. Он может быть особенно полезен в ситуациях, когда ангиографическая визуализация считается недостаточно надежной, например, для оценки просвета остиальных поражений или в тех случаях, когда ангиографические изображения не позволяют адекватно визуализировать сегменты просвета, например, в областях с множественными перекрывающимися артериальными сегментами. Также он применяется для оценки эффективности лечения стенозов, таких как гидравлическая ангиопластика с расширением артерии со стентом или без него, и для оценки результатов медикаментозной терапии в динамике.

Преимущества перед ангиографией

Возможно, наиболее ценное применение ИВУС – визуализация бляшек, которые не видны при ангиографии. Со временем эта техника превратилась в чрезвычайно полезный исследовательский инструмент для современной инвазивной кардиологии и все чаще используется в исследованиях для лучшего понимания поведения процесса атеросклероза у живых людей. ИВУС позволяет точно визуализировать не только просвет коронарных артерий, но и атерому (мембраны/белые кровяные клетки, насыщенные холестерином), "скрытую" в стенке сосуда. Таким образом, ИВУС способствовал прогрессу в клинических исследованиях, обеспечивая более глубокий взгляд и лучшее понимание. В начале 1990-х годов исследования с использованием ИВУС проблемы рестеноза после ангиопластики привели к осознанию того, что большая часть проблемы рестеноза (как визуализируется при ангиографическом исследовании) не является истинным рестенозом. Вместо этого это было просто ремоделирование атероматозной бляшки, которая все еще выступала в просвет артерии после завершения ангиопластики; стеноз лишь казался уменьшенным, поскольку кровь и контрастное вещество теперь могли обтекать и проникать сквозь часть бляшки. Ангиографическая колонна красителя казалась адекватно расширенной, однако значительная бляшка оставалась в недавно расширенном просвете, и просвет оставался частично обструктивным. Это осознание способствовало более частому использованию стентов для удержания бляшки наружу, прижимая ее к внутренним стенкам артерии и выводя из просвета. Кроме того, исследования с использованием ИВУС, проводимые все чаще, позволили выявить и подтвердить результаты аутопсийных исследований конца 1980-х годов, показавших, что атероматозные бляшки склонны вызывать расширение внутренней эластической мембраны, что приводит к значительной недооценке степени поражения бляшками при ангиографии. Ангиография выявляет лишь край атеромы, выступающий в просвет. Вероятно, наибольший вклад в понимание на сегодняшний день был достигнут в ходе клинических исследований, завершенных в США в конце 1990-х годов, с использованием комбинированной ангиографии и ИВУС для изучения того, какие коронарные поражения чаще всего приводят к инфаркту миокарда. Исследования показали, что большинство инфарктов миокарда возникают в областях с обширной атеромой в стенке артерии, при этом стеноз устья артерии незначителен. Диапазон локализации стеноза просвета, при котором возникали инфаркты миокарда, варьировался от областей с легким расширением до областей со стенозом более 95%. Однако средний или типичный стеноз, при котором возникали инфаркты миокарда, составлял менее 50%, описывая бляшки, которые долгое время считались незначительными. Только 14% сердечных приступов происходили в местах со стенозом 75% или более – тяжелые стенозы, которые ранее считались представляющими наибольшую опасность для человека. Это исследование изменило основной фокус профилактики инфаркта миокарда с тяжелого сужения на уязвимые бляшки. Современные клинические применения технологии ИВУС включают оценку стратегии лечения сложных поражений перед ангиопластикой и оценку качества развертывания внутрикоронарного стента в коронарной артерии после ангиопластики. Если стент не полностью расширяется и прилегает к стенке сосуда, может возникнуть турбулентный поток между стентом и стенкой сосуда; некоторые опасаются, что это может создать очаг для острого тромбоза артерии.

Arguably the most valuable use of IVUS is to visualize plaque, which cannot be seen by angiography. Over time this technique has evolved into an extremely useful research tool for modern invasive cardiology, and it has been increasingly used in research to better understand the behavior of the atherosclerosis process in living people. IVUS enables accurately visualizing not only the lumen of the coronary arteries but also the atheroma (membrane/cholesterol loaded white blood cells) "hidden" within the wall. IVUS has thus enabled advances in clinical research providing a more thorough perspective and better understanding. In the early 1990s, IVUS research on the re stenosis problem after angioplasty lead to recognition that most of the re stenosis problem (as visualized by an angiography examination) was not true re stenosis. Instead it was simply a remodeling of the atheromatous plaque, which was still protruding into the lumen of the artery after completion of angioplasty; the stenosis only appearing to be reduced because blood and contrast could now flow around and through some of the plaque. The angiographic dye column appeared widened adequately; yet considerable plaque was within the newly widened lumen and the lumen remained partially obstructed. This recognition promoted more frequent use of stents to hold the plaque outward against the inner artery walls, out of the lumen. Additionally, IVUS examinations, as they were done more frequently, served to reveal and confirm the autopsy research findings of the late 1980s, showing that atheromatous plaque tends to cause expansion of the internal elastic lamina, causing the degree of plaque burden to be greatly underestimated by angiography. Angiography only reveals the edge of the atheroma that protrudes into the lumen. Perhaps the greatest contribution to understanding, so far, was achieved by clinical research trials completed in the United States in the late 1990s, using combined angiography and IVUS examination, to study which coronary lesions most commonly result in a myocardial infarction. The studies revealed that most myocardial infarctions occur at areas with extensive atheroma within the artery wall, however very little stenosis of the artery opening. The range of lumen stenosis locations at which myocardial infarctions occurred ranged from areas of mild dilation all the way to areas of greater than 95% stenosis. However the average or typical stenosis at which myocardial infarctions occurred were found to be less than 50%, describing plaques long considered insignificant by many. Only 14% of heart attacks occurred at locations with 75% or more stenosis, the severe stenoses previously thought by many to present the greatest danger to the individual. This research has changed the primary focus for heart attack prevention from severe narrowing to vulnerable plaque. Current clinical uses of IVUS technology include checking how to treat complex lesions before angioplasty and checking how well an intracoronary stent has been deployed within a coronary artery after angioplasty. If a stent is not expanded flush against the wall of the vessel, turbulent flow may occur between the stent and the wall of the vessel; some fear this might create a nidus for acute thrombosis of the artery.

Недостатки по сравнению с ангиографией

Основными недостатками рутинного использования IVUS в лаборатории катетеризации сердца являются его высокая стоимость, увеличение продолжительности процедуры и тот факт, что это считается интервенционной процедурой, которую должны выполнять только ангиографы, обученные техникам интервенционной кардиологии. Кроме того, использование IVUS-катетера может повлечь за собой дополнительный риск. Компьютеризированные системы эхокардиографической визуализации IVUS стоят 120 000 долларов США (2007 год) для системы на тележке и около 70 000 долларов США для установленного или интегрированного решения. Одноразовые катетеры, используемые для каждого исследования, обычно стоят около 600 долларов США (2007 год). Во многих больницах система IVUS предлагается в составе комплексной сделки, основанной на минимальных объемах продаж расходных материалов. Иными словами, стоимость консоли компенсируется скидками на другие приобретенные продукты, включая катетеры IVUS. Поскольку не существует единого стандарта, катетеры IVUS нельзя использовать с оборудованием разных производителей. Кроме того, IVUS значительно увеличивает время обследования и сопряжен с некоторым дополнительным риском для пациента по сравнению со стандартным диагностическим ангиографическим исследованием. Это увеличение незначительно, если IVUS используется в рамках чрескожного коронарного вмешательства, поскольку большая часть подготовки к вмешательству совпадает с подготовкой к визуализации IVUS. IVUS продолжает совершенствоваться, и некоторые производители предложили интегрировать технологию IVUS в катетеры для ангиопластики и стентов с баллоном, что является потенциально значительным прогрессом, но ограничено сложностью, стоимостью и увеличением габаритов катетеров.

Сравнение с интраваскулярной оптической когерентной томографией

По сравнению с IVUS, внутрисосудистая ОКТ обеспечивает разрешение на порядок выше для лучшей визуализации просвета сосуда, микроструктуры тканей и устройств (например, внутрикоронарных стентов). IVUS обеспечивает большую глубину визуализации для оценки липидных или некротических бляшек, в то время как внутрисосудистая ОКТ обеспечивает лучшее проникновение и более четкую визуализацию кальцинированных тканей. Для получения изображения с помощью внутрисосудистой ОКТ требуется кратковременное введение контрастного вещества (например, 2-3 секунды), подобно тому, как это делается при ангиографии. IVUS не требует введения контрастного вещества, поскольку ультразвук способен проникать сквозь кровь.

Метод

Для визуализации артерии или вены используются ангиографические методы, и врач помещает кончик проводника, обычно диаметром 0,36 мм (0,014") с очень мягким и податливым кончиком длиной около 200 см. Врач направляет проводник извне тела через ангиографические катетеры в ветвь кровеносного сосуда, подлежащую визуализации. Кончик ультразвукового катетера вводится поверх проводника и позиционируется с использованием ангиографических методов таким образом, чтобы его кончик находился в наиболее удаленной точке, которую необходимо визуализировать. Звуковые волны, испускаемые из кончика катетера, обычно находятся в диапазоне 20-40 МГц, и катетер также принимает и передает информацию об отраженном эхо во внешнее компьютеризированное ультразвуковое оборудование, которое формирует и отображает ультразвуковое изображение тонкого среза кровеносного сосуда, окружающего кончик катетера, обычно с частотой 30 кадров в секунду. Проводник удерживается неподвижно, а кончик ультразвукового катетера скользит назад, обычно под моторным управлением со скоростью оттягивания 0,5 мм/с. (Моторное оттягивание, как правило, более плавное, чем ручное управление врачом.) (a) внутренняя оболочка стенки кровеносного сосуда, (b) атероматозные поражения в стенке и (c) соединительные ткани, покрывающие наружную поверхность кровеносного сосуда, являются эхогенными, то есть они отражают эхо, делая их видимыми на ультразвуковом дисплее. В отличие от них, сама кровь и здоровая мышечная ткань стенки кровеносного сосуда относительно эхолуцидны, представляя собой черные округлые пространства на изображениях. Значительные отложения кальция в стенке кровеносного сосуда сильно отражают звук, то есть являются очень эхогенными, но также отличаются наличием тени. Интенсивная кальцификация блокирует прохождение звука за пределы пораженной области и, следовательно, на эхо-изображениях проявляется как очень яркие участки с черными тенями позади (с точки зрения кончика катетера, излучающего ультразвуковые волны).

Применение

IVUS, как описано выше, на сегодняшний день является наиболее эффективной технологией для визуализации анатомии стенки артерии у живых животных и людей. Это способствовало значительному углублению понимания и активизации исследований в двух областях: (а) механизмов развития атеросклероза и (б) влияния различных методов лечения на ход этого заболевания. Это особенно важно, поскольку атеросклероз – наиболее распространенное заболевание среди населения развитых стран.

Внутрисосудистый ультразвук в коронарной анатомии

Хотя рутинное использование IVUS во время чрескожного коронарного вмешательства не улучшает краткосрочные результаты, существует ряд ситуаций, в которых IVUS особенно полезен в лечении ишемической болезни сердца. В частности, в случаях, когда степень стеноза коронарной артерии не определена четко, IVUS может непосредственно количественно оценить процент стеноза и предоставить информацию об анатомии бляшки. Одним из специфических применений IVUS в оценке коронарной анатомии является количественная оценка поражения левой главной коронарной артерии в случаях, когда рутинная коронарная ангиография дает неоднозначные результаты. Многочисленные исследования показали, что значительное поражение левой главной коронарной артерии может повысить смертность, и что необходимо вмешательство (либо аортокоронарное шунтирование, либо чрескожное коронарное вмешательство) для снижения смертности при значительном стенозе левой главной коронарной артерии. При использовании IVUS для определения клинической значимости поражения левой главной коронарной артерии с точки зрения необходимости проведения вмешательства, двумя наиболее часто используемыми параметрами являются степень стеноза и минимальная площадь просвета. Площадь поперечного сечения ≤7 мм² у пациента с симптомами или ≤6 мм² у бессимптомного пациента считается клинически значимой и требует вмешательства для улучшения однолетней выживаемости. Однако эти точные пороговые значения являются предметом обсуждений, и на практике могут использоваться различные значения площади поперечного сечения в зависимости от различных интерпретаций данных клинических исследований.

Оценка эффективности новых методов лечения

Поскольку внутрисосудистое ультразвуковое исследование (IVUS) широко доступно в лабораториях коронарной катетеризации по всему миру и позволяет точно количественно оценивать артериальные бляшки, особенно в коронарных артериях, его все чаще используют для оценки новых и перспективных стратегий лечения ишемической болезни сердца, включая статины и другие методы.