一直以来冠状动脉造影都是被认为是诊断冠心病的“金标准”，然而，冠状动脉造影只是提供被造影剂充填的管腔轮廓，而不能显示管壁的病变性质和准确的评估病变的狭窄程度。随着血管内超声（Intravascular Ultrasound，简称IVUS）显像技术的的发展和普及，其在冠脉内介入治疗的作用逐渐为介入医生所重视。
IVUS作为新的冠状动脉病变诊断手段，它除了可显示管腔形态外，还可清晰显示血管壁和帮助介入医生初步确定粥样硬化斑块的组织形态学特征；同时，通过准确的定量分析，测量血管直径、横截面积和狭窄程度，以协助临床治疗介入方案的选择。然而IVUS成像可以实时显示冠状动脉内血管壁组织和粥样硬化斑块的图像，但是对粥样硬化斑块成分的准确解读却有一定的局限性。因为在传统的灰阶IVUS图像上不同粥样硬化组织的回声特征有时候是相近的，很难区分。
例如，血管腔内的低回声信号有可能是血栓，也有可能是脂质含量较高的软斑块；高回声信号而伴有声影的，也不一定是百分百是钙化组织，也有可能是致密纤维，因為非常致密的纤维斑块甚至可以阻挡超声透过，而被误认为是伴有声影的钙化病变。此外，在与病理组织学对比的研究中，IVUS并不能完全准确预测粥样硬化斑块的组织成分。
在传统血管内超声为基础上发展出来的血管内粥样硬化斑块组织超声分柝技术，即虚拟组织学（Virtual Histology，简称VH-IVUS）是近年来兴起的一种新型的粥样硬化斑块成像技术。它是以传统的灰阶血管内超声技术为基础，对回声中的频谱信号进行分析，通过识别不同冠脉粥样硬化组织的不同回声频率，进而对粥样硬化斑块的组织成分进行模拟显像，建立相应的彩色编码，从而区分不同的粥样硬化斑块成份使得IVUS能够更加直观地对粥样硬化斑块进行更准确的定性及定量分析。
一、虚拟组织学的原理IVUS可以实时显示冠状动脉的高分辨率图像
但是传统的灰阶IVUS显像主要是从不同灰度的渐变过程中显示血管和粥样硬化斑块图像，有时候很难区分富含脂质或是纤维的斑块、斑块内出血或是血栓。因此，IVUS图像在评价粥样硬化斑块组成成份环是存在一定的局限性。此外，因为钙化后声影的存在，灰阶的IVUS无法识别钙化病变的厚度，也无法确定钙化后斑块的成份和血管深层结构。
由于灰阶IVUS显像存在的局限性，对IVUS回声中的射频（Radiofrequency，RF）信号进行更深入的频谱处理有可能能够对不同的粥样硬化斑块组织进行更加详细的分析，从而对斑块进行更加准确的评估。体外研究证实对反向散射的超声信号采用快速傅立叶转换 （Fourier Transform，FFT）的方法进行光谱分析可以对血管层和粥样硬化斑瑰组织类型进行区分。 后续研究显示Nair等基於多种特征的分类法证实利用反向散射的超声射频信号通过自动回归（Autoregressive，AR）分析的方法比传统的傅立叶转换在区分粥样硬化斑块成份方面更具优势，可以对粥样硬化斑块进行更准确的分辨，实时重建斑块分类的组织图像，这也就是虚拟组织学（Virtual Histology，VH-IVUS）的基本原理。
Nair等利用8个不同的频率区信号特征（其中包括最小能量，最小能量频率，最大能量，最大能量频率和其它参数）与体外病理组织学进行研究对照，从而确定冠状动脉内粥样硬化斑块类型的频率区信号特征，如纤维斑块，纤维脂質斑块，坏死核心和钙化，然後虚拟出粥样硬化斑块的组织成份图像。利用这介自动回归的超声射频信号分类方法，对识别以上四种类型的斑块有超过90％以上的预测准确率。
Nasu等人进一步在临床的患者上证实VH-IVUS与病理组织学也有很高的一致性。此外Rodriguez等的研究也指出，即使使用不同的IVUS导管，对同一病变做出的VH-IVUS分析结果也是一致的，这证实了VH-IVUS对粥样硬化斑块成份分析的可靠性和重复性。
日前只有美国Volcano公司的IVUS机器才有VH-IVUS的分析功能，也只有在它们的固态数字化技术的Eagle-eye 20Mhz IVUS导管上才可以作VH-IVUS的信息采集。VH-IVUS的信息采集操作方法，基本上与传统的灰阶IVUS图像采集操作方法一样，除了作VH-IVUS的信息采集的时候也需要接上病人的ECG信号，因为VH-IVUS的图像采集是通过ECG门控去采集RF数据，也就是说在回撤Eagle-eye IVUS导管时，通过IVUS机器的控制台和病人的ECG信号R-R波的波幅去采集RF信息，然后再通过IVUS机器上的VH-IVUS软件对采集到的RF信号进行VH-IVUS的图像分析，从而虚拟出粥样硬化斑块的组织成份图像。因此如果没有接上病人的ECG信号、或者是病人ECG的R 波的波幅太低就不可能作VH-IVUS的图像分析。
在体外病理组织学研究的基础上，将获得的RF信号与相应的病理组织学结果进行比对，计算出不同组织的光谱曲线和频率区信号特征参数，进一步转换成VH-IVUS图像。
目前VH-IVUS可以识别出四种主要的冠状动脉内斑块组织成分，分别是纤维斑块、纤维脂肪斑块、坏死核心和钙化。在VH-IVUS图像上，纤维斑块定义为深绿色区域，主要由胶原纤维构成；纤维脂肪斑块定义为浅绿色区域，主要由包含脂质的松散胶原纤维构成，其中没有坏死组织的成份；坏死核心组织定义为红色区域，主要是由大量的死亡细胞和脂质所构成；钙化定义为白色区域，这种组织是由大量钙盐晶体沉积而成（图1）。VH-IVUS对这四种斑块组织的预测准确度分别是：纤维斑块为93.4％，纤维脂肪斑块为94.6％，坏死核心为95.1％，致密钙化斑块为96.8％。
目前來讲，VH-IVUS是唯一一个可以在体帮助我们淮确评估和分析冠状动脉血管斑块成份的技术。
二、虚拟组织学的临床研究
1、虚拟组织学在检测不稳定斑块中的作用
急性冠状动脉综合症是心血管病死亡的主要原因。大约75％的急性冠状动脉综合症是由不稳定斑块破裂诱发的血栓所做成的，因此、如果可以有一个技术可以帮助识别不稳定斑块，那对于促进稳定班瑰的治疗方案的发展对预防急性冠状动脉综合症有一个很重要的意义。目前，判断斑块的稳定性主要是依赖於病理组织学研究的结果，根据坏死核心融合的程度、纤维帽厚度、钙化程度、血管正性重塑和管腔狭窄程度，以及靶病变的位置。但是还没有证据支持对不稳定斑块常规进行介入治疗。
但是为了达到心脏病的二级预防目标，临床上是有必要检测冠状动脉疾病的进展，并预测可能发展成为急性冠状动脉综合症的不稳定斑块。然而，冠状动脉造影和临床表现却不能预测急性冠状动脉心脏事件的发生，有证据指出48％- 78％的出现急性冠状动脉综合症的患者在出现心脏事件前的冠状动脉造影，血管的病变狭窄度小於50％。
另外，心脏的非介入性检查也不能识别有破裂可能的斑块或是预测心脏事件的发生。还有，从冠状动脉造影研究中也发现，导致ST段抬高的急性心肌梗死（ST-elevation myocardial infarction，STEMI）的冠脉闭塞病变通常发生在冠状动脉近端三分之一的部位。而从VH-IVUS的研究结果也证实了这一点，在STEMI的患者中，罪犯病变远离冠脉开口的距离越近，斑块中坏死核心的比例就越高。
目前来讲，学术界对不稳定斑块的共识是有一介大的脂核、有一层厚度<65um的薄纤维帽、坏死核心超过10％以上、有较多的巨噬细胞浸润和严重的内皮功能不全。因为有许多的病理组织學研究的结果也证实了，很多的冠脉事件都是常常由这一种斑块所导致的，而这一种班块也被称为炎性薄帽纤维粥样硬化斑块（Thin-Cap Fibroatheromas，TCFA）。
理想的检测不稳定斑块的技术，除了可以显示血管病变的狭窄度、血管的大小和冠脉斑块的厚度，还有更重要是这一个技术也可以检测到斑块的成份。VH-IVUS技术是以传统的灰阶IVUS导管为基础的介入性诊断的方法，可以用来区分斑块的不同类型，以及检测斑块的进展情况，因此VH-IVUS这个影像技术在检测不稳定斑块方面相信也可以发挥一个很重要的作用。
Rodriguez-Granillo等人利用VH-IVUS这个技术进行了在体研究，他们基于病理组织学研究对TCFA斑块的定义制定了TCFA斑块的VH-IVUS诊断标准：血管内横断面积狭窄率超过40％、坏死核心占整体斑块面积超过10％以上而且靠近管腔、并至少在3个连续的横断面出现。研究结果发现，在急性冠脉综合征（Acute Coronary Syndrome，ACS）的患者中VH-IVUS检测到的TCFA斑块比例显著高于稳定型心绞痛的患者，而且超过80％以上的VH-IVUS测到的TCFA斑块都是发现在冠脉血管近端30mm以内的位置。
根據Rodriguez-Granillo等人对TCFA的VH-IVUS诊断标准，韩国的Hong等人也对107个有稳定型心绞痛的患者和105个出现急性冠脉综合征的患者（其中包括不稳定型心绞痛、非ST段抬高的心肌梗死和ST段抬高的心肌）进行了三支血管的VH-IVUS回拉研究。这个研究结果显示，在急性冠脉综合征的患者血管中，有明显比较多比例的破裂斑块（3:1），也有较多比例的VH-IVUS诊断标准的TCFA斑块，而且超过80％以上的VH-IVUS检测到的TCFA斑块和破裂斑块也都是发现在冠脉血管近端40mm以内的位置上。Hong和Rodriguez-Granillo等人的研究结果与之前的病理组织学研究结果有一个很好的相关性，进一步表明VH-IVUS在检测不稳定斑块方面，有着很重要的临床意义。
在之前利用灰阶IVUS进行的的研究指出，冠脉血管发生正性重塑（Positive Remodeling）时，斑块中低回声成分明显增多，这种现象可能是由于冠脉血管出现正性重塑时，脂肪性的增加较多所造成的。VH-IVUS的研究也确认了斑块成分与血管正性重塑和负性重塑（Negative Remodeling）的关系。Rodriguez-Granillo等的研究发现，正性的血管重塑与纤维脂肪斑块呈正相关（r = 0.83，p < 0.0001）与纤维斑块呈负相关（r = 10.45，p=0.003）并与高危病变如TCFA斑块有直接关系，而负性的血管重塑则与稳定性斑块如内膜增厚或是纤维性斑块有直接关系。
然而，另外由Surmely等的研究小组发表的报告却指出，在血管病变的最小管腔直径处，发生正性血管重塑的坏死核心百分比少于发生负性血管重塑的血管。此外，其他的三种斑块在发生正性重塑和负性重塑的血管上并没有明显的统计学上的差异。这两个研究结果的不一致性可能与患者/病变的特征、研究方法，以至入选患者的平均年龄和两性比例不同有关，因为从全球虚拟组织学临床应用注册研究的结果可以看到，年龄和入选患者的性别与冠状动脉斑块的成份有着很重要的关系。Surmely等研究的入选患者平均年龄比Rodriguez-Granillo等研究的入选患者的平均年龄大十岁，而且男性的入选患者比例上也比较多，也可能是这两个原因做成研究结果上的差异。
2、虚拟组织学在冠脉介入冶疗中的作用
经皮冠状动脉介入冶疗过程中机械挤压和动脉血栓性损伤碎片都会做成冠状动脉内远端微栓塞，而导致下游血流出现微血管阻塞，而做成无复流的现象并因此增加冠脉介入术后的风险。
Kawaguchi等的研究指出应用VH-IVUS可以预测ST段抬高的心肌梗死患者介入冶疗后出现远端微栓塞的风险，其中粥样硬化斑瑰内坏死核心的体积是ST段抬高型心肌梗死患者支架术后ST段再抬高的最佳预测因子，其最佳预测值为33.4mm3，敏感性为81.7％，特异性为63.6％。而Kawamoto等的研究也指出，VH-IVUS检测到的粥样硬化斑瑰内坏死核心部分与支架术中血栓微粒的释放有关，并可以导致冠脉血流储备的延迟恢复。
为了探讨粥样硬化斑瑰成份和急性冠脉综合征的患者在支架术后出现无复流的现象的关系，Hong等人对190个急性冠脉综合征的患者进行了VH-IVUS的研究。结果显示，粥样硬化斑瑰成份与急性冠脉综合征的患者在支架术后出现无复流的现象有着很大的关系。对比在行了支架介入术后出现无复流现象和没有出现无复流现象的急性冠脉综合征的患者，可以发现在出现无复流现象患者的病变狭窄段，粥样硬化斑瑰内坏死核心成份的百分比和坏死核心的体积明显比较高，而VH-IVUS检测到的TCFA斑块也比较多。
3、虚拟组织学在临床预后中的作用
从病理组织学和男性患者因心源性猝死的对照研究中，可以发现男性心源性猝死的患者，他们的总胆固醇水平（TC）和高密度脂蛋白胆固醇水平（HDL）的比例以及低密度脂蛋白胆固醇水平（LDL）和他们的冠脉血管中发现的破裂斑块以至不稳定斑块的数量有着明显的关系；比例愈高，破裂斑块和不稳定斑块的数量愈多。
Missel等人应用VH-IVUS检测了473例男性患者，研究结果显示坏死核心（NC）和钙化斑块（DC）的比例与TC/HDL的比例（r = 0.18，p=0.0008）以及LDL（r = 0.17，p = 0.002） 呈正相关，与HDL-C呈负相关（r = -0.11，P = 0.03）。
NC/DC > 3是吸烟和TC/HDL >5这两个危险因子最好的预测因子。此外，Missel等人在另外的一个研究也指出NC占总斑块的百份比和NC/DC比例的提高与CK-MB（r = 0.21，p=0.03） 的水平呈正相关，特别是在非S-T段抬高的心肌梗死患者上更为明显。
4、虚拟组织学在班瑰进展和消退研究中的作用
因为粥样硬化斑块进展的过程和程度，与发生心血管事件的风险是密切相关的，因此，在评价粥样硬化斑块和预测心血管事件的发生，IVUS具有很大的作用。目前，己有多项动脉粥样硬化斑块药物干预治疗的临床研究，利用IVUS作为心血管病的替代终点。其中最主要的有REVERSAL 和ASTEROID 研究。
REVERSAL（Reversing Atherosclerosis with Aggressive Lipid Lowering）研究，采用IVUS技术直接观察强化降脂的疗效： 利用IVUS去定量评估冠状动脉粥样硬化斑块总体积，在药物干预前后的18个月的变化百分比。这个研究的目的，是为了研究加大他汀剂量的强化降脂治疗，能否进一步延缓以至逆转动脉粥样硬化斑块的进展，对于症状性冠脉病变的患者 （LDL-C水平为125-210mg/dl），分别接受80mg/d阿托伐他汀（Atorvastatin）和 40mg/d普伐他汀（Pravastatin）的降脂治疗18个月。
结果发现，接受阿托伐他汀降脂治疗组的LDL-C降低至79mg/dl，粥样硬化斑块体积消退0.4％；而接受普伐他汀降脂治疗组的LDL-C降到110mg/dl，粥样硬化斑块体积增加2.7％。这个研究证实了80mg/d阿托伐他汀强化降脂，终止了冠状动脉粥样硬化斑块的进展，而使用标准剂量他汀的斑块进展延缓。
另一方面，ASTEROID （A Study to Evaluate the Effect of Rosuvastatin on Intravascular Ultrasound Derived Coronary Atheroma Burden Ongoing Trial）研究，则利用IVUS技术去评估瑞苏伐他汀（Rosuvastatin）的降脂治疗，对血脂和冠状动脉粥样硬化斑块进展的影响，并以IVUS测量的两个指标作为研究的观测终点：血管的粥样硬化斑块体积变化和在目标血管病变最严重的10毫米节段的粥样硬化斑块体积变化。
研究结果显示，入选患者接受24个月40mg/d瑞苏伐他汀降脂治疗，可降低LDL-C水平53％（p<0.001），HDL-C水平升高15％（p<0.001）。 而IVUS检查结果显示，与基线相比，64％的入选患者接受了40mg/d瑞苏伐他汀降脂治疗后，整个目标血管的粥样硬化斑块体积百分比减少0.79％（p<0.001），而在目标血管病变最严重的10毫米节段，血管的粥样硬化斑块的体积平均缩小9.1％（p<0.001）。
这个研究的结果也证实了强化降低LDL-C的水平，能部份逆转动脉粥样硬化斑块的形成；LDL-C水平降低至70mg/dl以下动脉粥样硬化斑块逆转的幅度更为明显。以上的REVERSAL和ASTEROID临床研究的结论，使粥样斑块的逆转成为可能，这意味着，对冠心病患者的调脂策略有效性和安全性评估，更加客观和有说服力。
然而，REVERSAL和ASTEROID的研究，都是使用传统的灰阶IVUS成像作为研究的观测终点，虽然IVUS可以实时显示冠状动脉内血管壁组织和粥样硬化斑块的图像，可以在降脂治疗的研究上，帮助分析粥样硬化斑块体积及负荷的变化（通过反复的IVUS成像术检查来检测病患的动脉粥样斑块体积百分比的变化），然而，如果要对粥样硬化斑块成份的变化，作进一步的分析，却有一定的局限性。
目前，己经有研究指出，粥样硬化斑块的稳定性与斑块的组成成份有密切关系，而不是取决于冠脉病变的狭窄程度，因此对于药物干预治療后，粥样硬化斑块组成成份的改变，远较粥样硬化斑块的体积及负荷变化更有临床上的意义。所以，以传统的灰阶IVUS为基础，发展出来的血管内粥样硬化斑块组织超声分析技术VH-IVUS，在药物干预治療对粥样硬化斑块的进展和消退的研究上，有着更重要的角色。
现在，己经有多项药物干预治療动脉粥样硬化斑块的临床研究，改以VH-IVUS技术作为研究的观测终点。
Pioglitazone（吡格列酮）是一种过氧化物酶增生活化（PPAR）受体拮抗剂，常用于治疗二型糖尿病患者。这种药物可通过多种渠道，来影响心血管系统的运作，其中包括降低血糖、血脂、C反应蛋白（C-Reactive Protein，CRP）和增加HDL水平。也有研究证实，Pioglitazone能够有效地减缓冠状动脉中斑块积聚的进程。但是目前来讲，这不大了解这种药物对动脉粥样硬化斑块成份的影响，因此Ogasawara等人的研究，应用了VH-IVUS技术去探讨Pioglitazone在减缓动脉粥样硬化斑块的进展上，所产生的效果，和它对斑块成份改善的影响。
54例有稳定性心胶痛二型糖尿病的患者，被随机分配到接受Pioglitazone（15mg/d）组或是对照组，然後使用VH-IVUS，去定量评估整个冠状动脉粥样硬化斑块总体积和斑块成份，在药物干预前后的6个月的变化百分率。研究结果显示，Pioglitazone组患者的血糖，C反应蛋白和脂联素的水平显著改善。而与基线相比，两组的动脉粥样硬化斑块体积没有明显变化。但是，从VH-IVUS检查结果发现，Pioglitazone组患者的粥样硬化斑块中，坏死核心面积显著减少（-4.6±5.9％，p = 0.001），并且与脂联素水平呈负相关（r = -0.46，p < 0.0001）。
从这个研究结果可以看出，Pioglitazone能够显著减少动脉粥样硬化斑块中坏死核心的部份，同时增加脂联素的水平，因此可能可以稳定粥样硬化斑块，并减轻粥样硬化病变。Nasu等人利用VH-IVUS技术，去评估氟伐他汀（Fluvastatin）在降脂治疗和低脂饮食下，对血脂和冠状动脉粥样硬化斑块进展的影响。
80名入选患者分别接受氟伐他汀治疗（60mg/d）或低脂钦食。12个月的结果显示，在氟伐他汀治疗组，粥样硬化斑块中，纤维性斑块和纤维脂肪斑块都明显减少，而坏死核心部份没有增加，另外患者的脂蛋白也大量减少。而在低脂饮食组，患者的粥样硬化斑块负荷以及斑块中的纤维性斑块、纤维脂肪斑块、坏死核心和钙化斑块都有明显增加。
从研究的结果可以看到，氟伐他汀可以减少动脉粥样硬化斑块中，纤维斑块和纤维脂肪斑块的部份，从而延缓动脉粥样硬化斑块的进展情况。
目前我们知道，动脉粥样硬化斑块是一种炎症相关的心血管疾病，那么，如果可以抑制动脉粥样硬化炎症的诱发因子，就可以作为治疗动脉粥样硬化斑块病变的一个新方法。
氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）是一种存在于血液中的炎症诱发因子，并引至动脉粥样硬化。而脂蛋白相关磷脂酶 （Lp-PLA2） ，是ox-LDL促进炎症效应和引起动脉粥样硬化过程中的一个关键酶。近年来的研究显示，Lp-PLA2的水平与心血管疾病关系密切，Lp-PLA2会引起炎症和细胞死亡，并促使斑块易破裂：Lp-PLA2的水平越高，发生心血管事件的风险越大。因此，Darapladib等Lp-PLA2的抑制剂便成为心血管疾病干预治疗的新方法。
IBIS-2（Integrated Biomarker and Imaging Study）的研究采用了VH-IVUS技术直接观察Darapladib对动脉粥样硬化斑块的疗效。330例患者，在接受常规标准治疗的基础上，随机分别接受Darapladib（160 mg/d）或安慰剂。 12个月的结果显示，安慰剂组与基线相比，动脉粥样硬化斑块中坏死核心体积显著增加（4.5 ± 17.9mm^3，P=0.009），而Darapladib治疗组的动脉粥样硬化斑块坏死核心的扩展被抑制（-0.5 ± 13.9mm^3，P=0.71），Darapladib治疗组显著优于安慰剂组（-5.2mm^3，P=0.012）。
从这个研究结果中，可以看出Darapladib能够显著抑制动脉粥样硬化斑块中坏死核心体积的增长，因此可能增加粥样硬化斑块的稳定性，防上斑块破裂，并可以减少出现心血管事件的风险。
三、总结
在临床实践中，VH-IVUS技术可能在以下几个方面发挥一定的作用。在对斑块进行病理学分类的基础上鉴别纤维性斑块与内膜增厚，根据易损性标准，进一步对纤维性斑块进行危险分层。目前还没有证据支持对易损斑块进行预防性的介入治疗，因为再狭窄的风险和高危病变自发破裂的风险，二者哪个更大，目前仍是未知数。
关于动脉粥样硬化包括斑块分类在内的自然病史主要是基于组织病理学的研究，由于VH-IVUS有助于体内动脉粥样硬化组织病理学的诊断，因此这有助于对该疾病的发生发展过程有更加深入的认识。通过使用VH-IVUS对病变进行分析，有可能会改变冠脉介入治疗的现状。通过对易损斑块的纵向分析，即可很容易发现罪犯病变，并可以使用支架将其完全覆盖。对于冠状动脉疾病患者来说，冠状动脉造影和临床指标均不能够预测未来心脏事件的发生，对易损斑块的识别将成为研究热点。
VH-IVUS技术是目前与病理学最为符合的基于导管的成像技术。相信对于高危病变的检测以及对ACS患者的治疗与预防将会产生重大影响。目前灰阶IVUS常用于左主干病变、桥血管病变、开口病变等领域，对于这些患者，由VH-IVUS提供的斑块成分的信息可以进一步优化治疗策略。由于IVUS可以较好的评估支架膨胀不良和贴壁不良，因此在药物洗脱支架时代，IVUS的应用越来越广泛。IVUS可指导支架的选择，而VH-IVUS则可进一步辨别斑块成分，有助于选择支架种类，进一步改善患者的临床预后。对于这一点，仍将需要大量的临床资料来验证。
