健心知著
2023.02.22
第245期
冠脉斑块的力学特性
与其形态特征相关
刘健、范朋飞、霍黎明
北京大学人民医院
健心荐语
目前，一些研究者应用体内Cine IVUS和VH-IVUS数据来量化冠状动脉斑块性质，但尚无斑块形态特征与力学特性之间相关性的体内研究。
文章介绍
本研究旨在通过体内IVUS图像数据，分析探讨冠状动脉斑块的形态特征与力学特性之间的相关性。本文于2023年1月发表于International Journal of Cardiology杂志。
研究方法
本研究纳入19例冠心病患者、32个冠状动脉斑块的体内 Cine IVUS 和VH-IVUS数据。 形态特征包括：斑块面积（PA）、管腔面积（LA）、斑块负荷（PB）、脂质百分比（LP）、钙化百分比（CP）、管腔周长变化（LCC）。并依据斑块成分将样本分为健康血管、纤维斑块、富脂斑块和钙化斑块四组。力学特性利用迭代有限元更新方法进行研究，并将周向（circumferential directions）和轴向（axial directions）的有效杨氏模量（Young’s moduli）分别记为YMc和YMa，以表示斑块硬度。利用上述数据分析斑块硬度与斑块成分及形态因子之间的相关性。
研究结果
纳入的32个斑块的形态特征和力学特性描述如下（表1）。健康血管（I组）YMc最低，对于晚期斑块，钙化斑块(IV组)的YMc最高，纤维(II类)和富脂斑块(III组)YMc中等（图1）；健康血管的平均YMc显著低于富脂斑块和钙化斑块(p= 0.0310和 p=0.0006)。健康血管的平均 YMc 也低于纤维斑块，但差异不显著(p=0.0826)。斑块组（II-IV）的任何两组间 YMc的平均值没有显著差异（图2）。斑块形态因子和力学特性的分析结果显示，动态形态因子LCC与YMc的相关性最强（r =−7807.0，p =0.0001），且相关性显著为负，因为较小的LCC意味着斑块的管腔周长在脉冲压力下变化不大，因此斑块硬度往往较高（表2）。在5个静态形态因子中，PB和CP与YMc呈显著正相关性，其他形态因子与YMc无显著相关性。
表1：32个斑块的形态特征和力学特性概述
图1：四组斑块的周向应力-拉伸比曲线
图2：四组斑块的YMc均值和SD值的柱状图，以及Kruskal-Wallis检验的两两比较结果 *表示p值<0.05
表2：采用Spearman秩相关分析，分析YMc与6个形态因子的相关性
结 论
斑块形态因子中的动态因子LCC与斑块硬度呈显著负相关，静态因子PB和CP与斑块硬度呈显著正相关。进展期斑块(纤维/富脂/钙化斑块)具有更高的硬度。
点评
生物力学信息对于评估斑块破裂和进展以及许多其他心血管疾病至关重要，而斑块的形态特征和力学特性是生物力学信息的两个基本要素，且体内斑块的力学特性较难获取，该研究结论表明LCC可能作为评估斑块硬度的替代指标。同时研究中采用的迭代有限元更新方法来估计斑块材料的特性，可以减少操作的侵入性，对斑块特性的长期监测具有优势。
