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，单纯就其诊断动脉粥样硬化病变而言存在下列多种局限性：不能检出早期粥样硬化病变；不能提供透壁信息；常常低估血管狭窄程度；难以区别对称性与偏心性斑块；难以判断斑块的成分及其性质；难以检出斑块溃疡和夹层；难以断定血栓；难以评价介入治疗效果及其并发症。尸检结果显示，造影表现为正常的病变邻近节段实际上存在弥漫性动脉粥样硬化病变^［1］，手术中心外膜超声心动图也证实了类似的结果^［2］。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。

一、IVUS及3DR仪器结构

目前所用的IVUS及3DR仪器已有数种，其基本结构相似，由超声导管、导管步进器、二维超声主机和三维图像处理部分构成。

1.超声导管^［3，4］：超声导管的种类很多，一般可根据靶血管来选择不同外径和长度的导管。超声导管核心部件是安装于导管顶端的超声晶体。根据导管内有无机械旋转装置，分为机械旋转和电子相控阵式两类。前者包括旋转单晶片和晶片固定而旋转一声学反射镜两种，单晶片位于一可弯曲的轴心头端，轴心在外鞘管内以1800转/分钟的速度旋转，超声束环绕血管周径做360度扫描，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度方向发送超声束，获得血管横断面图像。目前的导管探头轴向分辩力可达到80～100 μm，侧向分辨力150～200μm，探测深度8～16 mm，频率通常为20～30 MHz。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)的晶体其分辨力随之下降，一般只用于心腔内和主动脉内的超声显像。

2.二维超声主机：通过电子线路控制超声导管顶端的晶体发射和接收超声信号，计算机处理后将影像送到视屏上实时显示血管的横断面超声图像。通过主机可选择导管类型、频率和测量深度，并由键盘输入病人的有关信息，进行连机的二维图像定量分析、测量血管直径和面积，并可将超声图像记录到录像带上。

3.导管步进器：超声导管近端固定于步进器上，后者与三维图像处理主机相联接，通过恒速马达控制导管的前进与回撤，行进中等距离顺序采集图像供三维重建，行进速度可在1～5 mm/秒之间选择。

4.三维图像处理系统^［5］：三维图像处理系统的核心是计算机，通过计算机控制图像的采集、储存、数字化、重建、显示和分析，提供病变部位结构和功能的全部信息。目前全部处理过程约需5～10分钟，已基本达到连机处理分析。

二、三维重建技术

目前的3DR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。

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。

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。

三、IVUS及3DR的临床应用

1.诊断早期病变：IVUS近几年已被广泛应用于临床工作中^［8，9］。正常血管壁表现为三层结构，内层为一强回声亮环，厚度为0.2 mm；中层为低回声暗带，厚度为0.6～0.7 mm；外层为较明亮的强回声带^［10］。大量研究证实内层强回声带来自血管内膜和内弹力膜，中层低回声来自血管中膜，外层强回声环是由外膜外弹力层构成的。早期动脉粥样硬化时血管壁的三层结构仍可辨认，仅表现为内层强回声带增厚。随着病变进展内层强回声带进一步增厚，中层低回声带变薄甚至消失，血管壁三层结构不易辨认。要强调的是这类早期病变因血管壁代偿性扩张血管造影常常表现为正常，而IVUS及3DR图像显示33%～62%有同心圆及偏心性病变^［11］。由此可见IVUS诊断早期病变的价值。加上其容积定量性能，IVUS及3DR的最大潜力是早期动脉粥样硬化病变进展和消退的评价。

2.管腔及斑块定性定量评价：大量的组织学对比研究了IVUS的各项定量指标如血管内径、血管壁厚度及横断面积等。Matar等^［12］应用马达步进装置检查了10例离体动脉标本和16例病人的冠状动脉，重建的管腔容积与组织学和双平面定量动脉造影的测量结果相关性好。Galli等^［13］与Ennis等^［14］利用3DR测量斑块容积直接评价药物、饮食等因素对动脉粥样硬化病变进展与消退的影响，以及介入治疗的结果。与模型的实际斑块容积相比，3DR测值和切片容积累加值均与实际测值接近，3DR略为高估斑块容积。

动脉粥样硬化斑块的成分有较好的声学特征，根据IVUS图像的回声强度可以对斑块作出定性诊断。纤维性斑块表现为高于血管外膜回声的相对均匀的强回声带；脂质斑块的透声性好，表现为低回声，其强度低于血管外膜回声；钙化斑块回声反射很强并且伴有声影；混合性斑块则兼具上述两种以上的回声特性。与组织学对比研究表明，IVUS能对100%的钙化斑块、91%的纤维性斑块及78%的脂质斑块作出准确的定性诊断^［15］。

3.介入过程的评价^［16］：IVUS能对病变性质和程度作出准确判断，对指导介入治疗和选择介入治疗方式及其装置的大小类型是很有价值的。冠状动脉成形(PTCA)的病人中靶血管钙化病变占76%～83%^［17］，与非钙化病变相比，钙化病变PTCA后夹层的发生率更高、深度增加并且更易向外周扩展。弥漫性内膜下钙化的病人作冠状动脉旋切后并发症的发生率高^［17］。只有借助于3DR，靶血管钙化病变的深度和长度才能得到准确的评价，并在此基础上选择更合适的介入治疗方式。

介入过程前后应用IVUS可对比研究介入治疗的机制，PTCA及外周动脉PTA中动脉壁的伸展和夹层形成被认为是主要的作用机制^［18］，显著的斑块压缩也是机制之一，其病理基础是弥漫性斑块断裂。复杂内膜片动脉造影只有一小部分病人显示为充盈缺损，而IVUS则更容易检出，然而IVUS横切面图像不能显示出内膜片的长轴关系。连机3DR允许即刻评价介入治疗所致的管壁变化，并且其结果对近期和远期并发症如再狭窄等有一定的预测价值。研究表明3DR冠状切面重建使夹层的分析和假腔管道的检出更容易，对于无弥漫性钙化动脉PTCA术后夹层的长度和深度，3DR的测量结果与病理结果基本一致^［19］。因此，可应用3DR于支架置入前对真腔和夹层长度进行判断来作为置放支架的根据。支<