RETRACTED ARTICLE: Role of intravascular ultrasound imaging in identifying vulnerable plaques

Abstract

A plaque that has a large lipid core and a thin fibrous cap may undergo rupture. Once it ruptures, it may lead to thrombus formation and subsequent vessel occlusion. To identify unstable plaques before they rupture is essential for clinical management and patient’s prognosis. Intravascular ultrasound (IVUS) opens a new window for the assessment of plaque morphology to identify vulnerable plaques and plaque rupture.

We examined 144 patients with angina and ischemic ECG changes using IVUS. Ruptured plaques, characterized by a plaque cavity and a tear on the thin fibrous cap, were identified in 31 patients (group A) of which 23/31 (74%) clinically presented as unstable angina. Plaque rupture was confirmed by injecting contrast medium filling the plaque cavity during IVUS examination. Of the patients without plaque rupture (group B, n=108), only 19 (18%) had unstable angina. No significant differences between the 2 groups were found concerning the vessel and plaque areas (p>0.05). The percent stenosis in group A (56.2±16.5%) was significantly lower than in group B (67.9±13.4%) (p<0.001). Area of the plaque cavity in group A (4.1±3.2 mm²) was significantly larger than the echolucent zone in group B (1.32±0.79 mm²) (p<0.001). The plaque cavity/plaque ratio in group A (38.5±17.1%) was larger than the echolucent area/plaque ratio in group B (11.2 ±8.9%) (p<0.001). The thickness of the fibrous cap in group A (0.47±0.20 mm) was significantly thinner than that (0.96±0.94 mm) in group B (p<0.001).

Conclusions: Plaques seem to be prone to rupture when the echolucent area is larger than 1 mm², the echolucent area/plaque ratio greater than 20% and the fibrous cap thinner than 0.7 mm. IVUS has the capacity of identifying plaque rupture and vulnerable plaques. This may have potential influence on patients management and therapy.

Zusammenfassung

Die Entwicklung der Arteriosklerose wird in sechs Stadien eingeteilt. Kennzeichnend ist die Zunahme der Lipideinlagerung, die immer größere Areale der gesamten Plaquefläche einnimmt. Während das Stadium I nur mikroskopisch sichtbar ist, kommen im Stadium II bereits mit bloßem Auge subintimal Fetteinlagerungen zur Darstellung (fatty streakes). Das Stadium III bildet ein intermediäres Stadium, das häufig in ein progressives Stadium der Atherombildung (Stadium IV) und Fibroatherombildung übergeht (Va). Der Übergang vom Stadium IV zum Stadium V ist durch die Einlagerung von Kollagen gekennzeichnet. Dominiert die Kalkeinlagerung, wird vom Stadium Vb gesprochen und bei Dominanz fibrotischer Anteile vom Stadium Vc. Die Lipideinschlüsse liegen zunächst in der Adventitia-nahen Zone der Plaque. Die Größenzunahme führt zu einer Abnahme der fibrösen Kappe, die den Lipidkern zum Lumen hin abgrenzt. Je dünner die Platte, je weniger glatte Muskelzellen und je mehr Schaumzellen vorhanden sind, um so unstabiler wird diese Plaqueform (Va).

Plaquerupturen können als oberflächliche Rißbildungen oder tiefe Einrisse sowohl im Zentrum als auch im Randgebiet der fibrösen Platte auftreten. In der Folge kann eine Auswaschung des Atheroms stattfinden (Stadium VIa) oder eine Thrombosierung komplett oder inkomplett das Lumens umschließen (Stadium VIc). Einblutungen, die in eine Plaque erfolgen, werden als Stadium VIb bezeichnet.

Mittels intravaskulärem Ultraschall ist eine Darstellung des Lumens und der Gefäßwand der Koronararterien mit einer Auflösung von 150 μm möglich. Selbst eine Gewebedifferenzierung gelingt, da verkalkte Plaques an einer Schallschattenbildung erkannt werden und lipidreiche Plaques durch eine verminderte Echogenität auffallen. Selbst Thromben können differenziert werden, wenn sie als Charakteristika eine unregelmäßige Lumenbegrenzung, frei flottierende Strukturen, Schichtbildungen und Katheterabdrücke aufweisen. Plaquerupturen können als Unterbrechung der fibrösen Platte mit Plaqueulzeration (Stadium VIa) sicher erfaßt werden. Selbst intramurale Hämatombildung (VIb) ist nachgewiesen worden.

Vergleichende Untersuchungen bei stabilen und unstabilen Patienten haben die Schichtbildung mit Thrombusbildung als typisches Charakteristikum einer akuten Koronarsymptomatik nachgewiesen. In einer Gruppe von 139 Patienten wurden bei 22% der Patienten eine Plaqueruptur mit Ulzerationen und bei 78% stabile Plaques ohne Ruptur festgestellt. Bei nachgewiesener Plaqueruptur lag die Rupturstelle, wie von histomorphologischer Seite beschrieben, in 50% der Fälle am Übergang der fibrösen Kappe zum Plaqueareal und in ca. 30% der Fälle zentral. Pathologisch-anatomisch wurden häufiger oberflächliche Plaqueeinrisse dargestellt, die im intravaskulären Ultraschall nur gelegentlich zur Darstellung kamen, da die Auflösung noch nicht ausreichte. Eine wichtige Erkenntnis war, daß 74% der Patienten mit Zeichen der Plaqueruptur eine unstabile Angina pectoris aufwiesen, aber 26% auch eine stabile Angina. Umgekehrt hatten 18% der Patienten mit unstabiler Angina keine Plaqueruptur. Dies bedeutet, daß auch bei stabiler Angina pectoris Plaquerupturen ins 20 bis 30% der Fälle auftreten können. Die fibröse Kappe war entsprechend pathologisch-anatomischen Befunden bei aufgetretener Plaqueruptur dünner als bei nicht rupturierten Plaques und die Ulzerationsfläche größer als der Lipidkern. Zwischenzeitliche konnten selbst Abheilungen von Plaquerupturen vergolt werden. Sie sind gekennzeichnet durch ein Anlegen der rupturierten Intimamembran an die Gefäßwand, so daß eine Schichtbildung mit zunehmender Dicke der Plaque auftritt.

Zusammenfassung: Plaquarupturen treten bei stabiler und unstabiler Angina pectoris auf. Sowohl Thrombosierungen als auch Plaqueulzerationen und intramurale Hämatombildungen werden als Ausdruck akuter Koronarysndrome nachgewiesen. Der intravaskuläre Ultraschall eröffnet ein neues Fenster zum Verständnis der Pathogenese der Koronarsklerose.