實時三維超聲成像技術(shù)對頸動脈粥樣斑塊體積測定的定量分析

儲海婷， 貢雪灝， 盧峻， 黃蕾丹， 黃嫻

·超聲影像學(xué)·

實時三維超聲成像技術(shù)對頸動脈粥樣斑塊體積測定的定量分析

儲海婷， 貢雪灝， 盧峻， 黃蕾丹， 黃嫻

目的：探討實時三維超聲成像(RT-3DU)技術(shù)用于定量分析頸動脈粥樣硬化斑塊體積的可行性及準(zhǔn)確性。方法：對23例頸動脈粥樣硬化患者行實時三維超聲檢查，對獲取的35個斑塊進(jìn)行三維重建，所有斑塊體積由2位超聲醫(yī)師進(jìn)行隨機雙盲獨立測定，1個月后，由其中1位醫(yī)師再次進(jìn)行測定。結(jié)果：RT-3DU定量測量的35個斑塊的體積為(171±116) mm3。對于斑塊體積的定量測量，兩幅Bland-Altman圖中僅見2.9%(1/35)的分散點在一致性界限外，兩幅圖差值均數(shù)的絕對值與差值均數(shù)為0的基線最大僅相差1.51 mm3；對于管腔體積狹窄率的定量測量，兩幅Bland-Altman圖中僅見2.9%(1/35)的分散點在一致性界限外，兩幅圖差值均數(shù)的絕對值與差值均數(shù)為0的基線最大僅相差0.63%；2位觀察者間及觀察者內(nèi)4組數(shù)據(jù)的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)均≥0.900，表示觀察者間和觀察者內(nèi)部的一致性較高。結(jié)論：RT-3DU可以立體顯示斑塊的空間形態(tài)，斑塊體積及管腔體積狹窄率的定量測量在觀察者間和觀察者內(nèi)部均有較高的一致性，為動脈粥樣硬化斑塊的定性診斷和定量測量提供了新的檢查手段。

超聲檢查； 頸動脈； 動脈粥樣硬化； 斑塊； 體積

心腦血管疾病成為繼腫瘤之后導(dǎo)致人類死亡和致殘的第二大殺手，其主要病理學(xué)基礎(chǔ)是動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)。既往多認(rèn)為頸動脈內(nèi)中膜厚度(intimal-medial thickness，IMT)與未來發(fā)生腦卒中的風(fēng)險性密切相關(guān)，但近年來的研究已證實IMT無法對斑塊進(jìn)行真正的評估，是腦卒中的弱預(yù)測因子[1-2]，且在AS斑塊的進(jìn)展過程中，病變沿血流方向的發(fā)展速度是斑塊增厚速度的2.4倍[3]，斑塊作為立體結(jié)構(gòu)，其總體積的改變較IMT及斑塊厚度更能反映動脈硬化的進(jìn)展情況，因此，頸動脈斑塊體積的測量對心腦血管事件的預(yù)測更具價值[4]。實時三維超聲(real-time three-dimensional ultrasonography,RT-3DU)作為一項新的超聲技術(shù)，在測定頸動脈斑塊體積中的應(yīng)用尚缺乏臨床經(jīng)驗，值得深入研究。本文旨在探討RT-3DU用于頸動脈AS斑塊體積測量的可行性和準(zhǔn)確性。

材料與方法

1.病例資料

選取2015年11月-2016年3月行頸動脈粥樣硬化檢查的患者共23例，其中男16例，女7例，平均年齡(64±9)歲，有高血壓病史者16例，有糖尿病病史者12例，有高脂血癥病史者11例，有吸煙史者11例。

圖1 斑塊所在位置處管腔正常體積的測量。該斑塊所處管腔中間被切成3幅橫斷面圖像，層間距=斑塊長度/(3+1)，從左至右依次描記4幅橫斷面圖像中的原始管腔面積，該段血管原始管腔體積=4幅橫斷面圖像原始管腔面積之和×層間距。

指標(biāo)斑塊體積觀察者間觀察者內(nèi)管腔體積狹窄率觀察者間觀察者內(nèi)ICC0.9920.9930.9400.900P值<0.000<0.000<0.000<0.00095%置信區(qū)間0.985～0.9960.985～0.9960.884～0.9690.811～0.948

2.檢查方法

采用Philips EPIQ5型超聲診斷儀(Philips Healthcare 3000 Minuteman Road Andover,MA 01810 USA)行超聲檢查，三維容積探頭VL13-5頻率為5～13 MHz，該儀器具有三維重建功能，并能進(jìn)行體積定量測量。囑患者平臥位，頭偏向檢查對側(cè)，充分暴露頸部，首先行二維超聲檢查，采用長軸和短軸觀 配合掃查，自下而上觀察頸動脈，選定最佳斑塊長軸圖像后啟動“Start 3D”功能鍵進(jìn)行三維圖像采集，采集過程中保證探頭平穩(wěn)，受檢者禁做吞咽動作。

3.斑塊體積定量測量

啟動儀器的“GI 3DQ”功能鍵，獲取頸動脈及斑塊的三維立體圖像。啟動切割調(diào)節(jié)鍵，在三維圖像下對有斑塊的血管進(jìn)行等間距切割，分成盡可能多的截面以減少誤差，再依次手動描記每幅截面圖像中殘留的管腔面積，軟件自動計算出該段管腔的殘留體積，啟動“Auto Volume”功能鍵即可獲取該段血管腔殘留體積圖像。對于斑塊所在位置處的管腔正常體積的測量，以該段血管兩端剛好沒有斑塊處的正常血管截面作為參考，依次手動描記每幅截面圖像中原始管腔面積并記錄；計算層間距(inter-slice distance，ISD)，ISD=斑塊長度/(橫切圖像數(shù)目+1)，該段血管原始管腔體積=每幅橫切圖像原始管腔面積之和×ISD(圖1)。本研究包括以下觀測指標(biāo)：斑塊體積=該段血管原始管腔體積-管腔殘留體積，管腔體積狹窄率=斑塊體積/該段血管原始管腔體積×100%。所有AS斑塊的測量指標(biāo)均由2位醫(yī)生遵循隨機雙盲原則進(jìn)行獨立測定，其中1位醫(yī)生在1個月后再次對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行測定。每次測量時均確保之前測量的痕跡已被清除，避免相互干擾。

4.統(tǒng)計學(xué)分析

結(jié) 果

在本研究中，將二維超聲測量的IMT≥1.5 mm作為斑塊的診斷標(biāo)準(zhǔn)，在23例患者的雙側(cè)頸動脈中共選取35個斑塊，其中低回聲斑塊10個，等回聲斑塊6個,強回聲斑塊11個，不均質(zhì)回聲斑塊8個。利用VL13-5探頭可獲取清晰的頸動脈AS斑塊的實時三維超聲圖像，可以從不同切面觀察斑塊的空間幾何形狀(圖2)。

在工作站中進(jìn)行斑塊體積定量測量(圖3)，35個斑塊的平均體積為(171±116) mm3。分別以兩組測量數(shù)據(jù)的均值為橫坐標(biāo)，差值為縱坐標(biāo),生成Bland-Altman散點圖，計算差值的均數(shù)及差值的95%分布范圍(即一致性界限)，代表差值均數(shù)的虛線越接近代表差值均數(shù)為0的基線，表示兩組測量結(jié)果的一致性程度越高。對于斑塊體積的定量測量，兩幅Bland-Altman圖中可見大部分散點位于一致性界限內(nèi)，僅2.9%(1/35)的分散點在一致性界限外，兩幅圖差值均數(shù)的絕對值范圍在1.49～1.51 mm3之間，與差值均數(shù)為0的虛線最大僅相差1.51 mm3。對于管腔體積狹窄率的定量測量，兩幅Bland-Altman圖中可見大部分散點位于一致性界限內(nèi)，僅2.9%(1/35)的分散點在一致性界限外，兩幅圖差值均數(shù)的絕對值范圍在0.31%～0.63%之間，與差值均數(shù)為0的虛線最大僅相差0.63%，且四組數(shù)據(jù)的ICC均≥0.900，表示觀察者間和觀察者內(nèi)的一致性均較高，測量結(jié)果不受個體因素影響 (圖4,表1)。

圖2 VL13-5探頭獲取的頸動脈AS斑塊實時三維超聲圖像。 a) 從短軸方向觀察斑塊的圖像； b) 沿長軸方向進(jìn)行分層切片，在此切面，斑塊表面可見細(xì)線樣不連續(xù)的強回聲(箭); c) 與b圖進(jìn)行對比，在另一切面可以觀察到血管前壁AS斑塊不同形態(tài)(箭)。 圖3 斑塊相關(guān)體積測量聲像圖。a) 沿長軸的垂直方向作15等分的等間距切割； b) 依次手動描記各截面殘留管腔面積； c) 軟件自動獲取血管殘留體積圖像(左上角所示為殘留管腔體積數(shù)據(jù))。

討 論

臨床上應(yīng)用的傳統(tǒng)頸動脈超聲僅能提供二維圖像，因此只能提供IMT、殘余管腔的直徑和面積等數(shù)據(jù)，無法測量斑塊體積。Adams等[5]研究表明，IMT主要反映了頸動脈中層的變化，而斑塊的進(jìn)展主要發(fā)生在內(nèi)膜，且斑塊一般為不規(guī)則立體形態(tài)，其演變不止局限于一維或二維方向，因此斑塊體積的測定比斑塊的面積、IMT等指標(biāo)的測定對于預(yù)測斑塊的演變過程具有更高的敏感性[6]。

國內(nèi)三維超聲成像起步于60年代末，隨著計算機及圖像處理技術(shù)的進(jìn)步，其于80年代后期逐步進(jìn)入臨床應(yīng)用階段，但大多集中于婦產(chǎn)科、心臟等方面的應(yīng)用[7-8]。近年來，國內(nèi)外學(xué)者利用三維重建對頸動脈的研究逐漸增多，均顯示三維重建技術(shù)可以提供更豐富、更詳盡的有關(guān)頸動脈粥樣硬化斑塊的信息，亦證實了頸動脈三維超聲的可行性及其在定量測量方面較二維超聲更為準(zhǔn)確[9-10]。但是，既往研究主要為脫機頸動脈三維超聲重建，操作復(fù)雜，耗時長，不能及時提供臨床信息，難以廣泛應(yīng)用于臨床。

本研究采用實時三維超聲成像技術(shù)，重建圖像快速、清晰，在定性診斷方面，可以對其進(jìn)行多角度旋轉(zhuǎn)及任意切面的剖面圖再現(xiàn)，從不同角度仔細(xì)辨別斑塊表面是否有小的潰瘍等，從而觀察到二維超聲不能辨別及容易被忽略的細(xì)節(jié)。在定量診斷方面，實時三維超聲可以對斑塊進(jìn)行等間距的分層切割。既往Landry等[6]的研究由5位觀察者采用1 mm的層間距分別測定40個斑塊的體積，發(fā)現(xiàn)觀察者間的測量可信度為93.2%，斑塊體積測量的變異性隨著斑塊體積的增加而減小，其中1位觀察者測量了5個斑塊的體積(范圍為42.15～604.10 mm3)，采用的ISD為1～5 mm，每次的ISD以0.5 mm遞增，即每個斑塊的體積需測量9次，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ISD在1～3 mm之間時，斑塊體積測量精度是相對恒定的。張鵬飛等[11]對頸部血管進(jìn)行仿體體外實驗，對32個含有斑塊的血管仿體進(jìn)行掃查，將保存的全容積數(shù)據(jù)組導(dǎo)入TomTec 4D-CardioView圖像工作站中，分別在2、4、8、16平面模式下計算斑塊的體積，以制作過程中實際體積為金標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在8平面狀態(tài)下測量斑塊體積是較佳條件。本研究中Philips EPIQ5型超聲儀不能設(shè)定具體的ISD數(shù)值，只能將圖像分為盡可能多的切面，計算發(fā)現(xiàn)每幅斷層圖像之間的ISD在1～2 mm之間，有的甚至小于1 mm，無疑可以大幅減小體積定量測量的誤差，提高精確度。本研究顯示35個AS斑塊平均體積為(171±116) mm3，且觀察者內(nèi)部和觀察者之間測量值的一致性較好，可重復(fù)性高，這與文獻(xiàn)報道的利用大量二維圖像脫機進(jìn)行三維重建繼而測量斑塊體積所得出的結(jié)論一致，提示該技術(shù)的可重復(fù)性及準(zhǔn)確性較高。

圖4 2位觀察者間與觀察者內(nèi)測量差值的Bland-Altman散點圖。a) 斑塊體積在觀察者間測量差值的Bland-Altman散點圖； b) 斑塊體積在觀察者內(nèi)測量差值的Bland-Altman散點圖； c) 管腔體積狹窄率在觀察者間測量差值的Bland-Altman散點圖； d) 管腔體積狹窄率在觀察者內(nèi)測量差值的Bland-Altman散點圖。

本研究中采用的實時三維超聲成像技術(shù)在檢測頸動脈AS斑塊時仍存在以下局限性：①當(dāng)受檢者肥胖、頸部粗短或動脈分叉位置較高時，位于較高位置的斑塊三維重建圖像質(zhì)量較差，不能清晰辨別斑塊的邊界與血管壁；②對于強回聲后方伴有顯著聲影的鈣化斑塊，實時三維超聲重建后依然不能清晰顯示斑塊后方的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致觀察者在描記殘留管腔面積時只能憑借主觀感受進(jìn)行估計，存在一定的偏差；③對于位于血管側(cè)壁上的病變，三維重建后其在血管長軸上顯示為病變不同程度疊加，影響了斑塊體積的精準(zhǔn)測量；④采用容積探頭對頸動脈進(jìn)行重建時，若斑塊過長，超出三維探頭掃查范圍，則一次掃查不能完整重建全部病變。

值得一提的是，本文提出的管腔體積狹窄率這一新概念，有望為臨床提供更為精確的新的監(jiān)測指標(biāo)，對動脈硬化患者的風(fēng)險評估具有重要的臨床指導(dǎo)意義；同時可以通過實時三維超聲量化監(jiān)測斑塊體積及體積狹窄率的改變來反映斑塊消退及進(jìn)展情況，提供斑塊對治療反應(yīng)的信息，從而為臨床上機體耐受能力差的患者提供一種易于多次復(fù)查且診斷效能較高的新的檢查手段。

綜上所述，實時三維超聲作為一種無創(chuàng)性的檢查方法，具有操作簡便、成像速度快、可重復(fù)性高等優(yōu)點。然而本研究樣本量相對較少，對累及范圍較廣、較長的斑塊的成像技術(shù)尚不完善，仍需進(jìn)一步研究。

[1] Den HM,Peters SA,Anderson TJ,et al.Common carotid intima-media thickness measurements in cardiovascular risk prediction:a meta-analysis[J].JAMA,2012,308(8):796-803.

[2] Finn AV,Kolodgie FD,Virmani R.Correlation between carotid intimal/medial thickness and atherosclerosis:a point of view from pathology[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2010,30(2):177-181.

[3] Barnett PA,Spence JD,Manuck SB,et al.Psychological stress and the progression of carotid artery disease[J].J Hypertens,1997,15(1):49-55.

[4] Wannarong T,Parraga G,Buchanan D,et al.Progression of carotid plaque volume predicts cardiovascular events[J].Stroke,2013,44(7):1859-1865.

[5] Adams MR,Nakagomi A,Keech A,et al.Carotid intima-media thickness is only weakly correlated with the extent and severity of coronary artery disease[J].Circulation,1995,92(8):2127-2134.

[6] Landry A，Spence JD， Fenster A.Measurement of carotid plaque volume by 3-dimensional ultrasound[J].Stroke,2004,35(4):864-869.

[7] 徐輝雄，張青萍.三維超聲成像技術(shù)及其臨床應(yīng)用[J].放射學(xué)實踐，1999,14(1):60-63.

[8] 徐輝雄，張青萍.三維超聲成像在婦產(chǎn)科中的應(yīng)用價值[J].放射學(xué)實踐，2000,15(2):142-144.

[9] 穆潔，勇強，劉鳳菊，等.三維頸動脈超聲在缺血性腦血管病中的應(yīng)用[J].中國超聲醫(yī)學(xué)雜志，2015,31(1):1-4.

[10] 范霜月，劉志聰，蔡潔，等.三維超聲在頸部血管病變檢測中的應(yīng)用價值[J].中華醫(yī)學(xué)超聲雜志(電子版)，2004,1(2):80-81.

[11] 張鵬飛，張運，姚桂華，等.實時三維超聲測量動脈粥樣硬化斑塊體積-仿體實驗[J].中華超聲影像學(xué)雜志，2005,14(8):614-617.

Quantitative analysis of the carotid artery atherosclerotic plaque volume by using real-time three-dimensional ultrasonography

CHU Hai-ting，GONG Xue-hao，LU Jun，et al.

Department of Ultrasonography，the Clinical College of Shenzhen Second People's Hospital，Anhui Medical University，Shenzhen 518035，China

Objective：To investigate the feasibility and accuracy of carotid plaque volume quantitative analysis by using real-time three-dimensional ultrasonography (RT-3DU).Methods：Twenty-three patients with carotid atherosclerosis were examined by the RT-3DU.The volume measurements were obtained by two sonographers according to the randomized double-blind protocol.The same volume quantification procedure was repeated by one of the two observers one month later.Results：The volume of the 35 plaques quantitatively measurd by RT-3DU was (171±116)mm3．For the plaque volume,the Bland-Altman plots showed that only 2.9% (1/35) of the scatter points were outside the 95% limits of the agreement,and there was only 1.51mm3volume difference between the absolute value of the mean difference and the baseline with a mean difference of 0；For lumen volume stenosis,the Bland-Altman plots showed that only 2.9% (1/35) of the scatter points were outside the 95% limits of the agreement,there was only 0.63% difference between the absolute value of the mean difference and the baseline with a mean difference of 0.The intraclass correlation coefficient was greater than 0.900,which indicated no statistical significant difference within intra-observer and inter-observer measurements.Conclusion：The spatial form of the entire plaque can be displayed by RT-3DU.The quantitative determinations of plaque volume and lumen volume stenosis display a high level of reproducibility.

Ultrasonography； Carotid artery； Atherosclerosis； Plaque； Volume

518035 深圳，安徽醫(yī)科大學(xué)附屬深圳市第二人民醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)院超聲科(儲海婷、貢雪灝)；518035 深圳市人民醫(yī)院超聲科(盧峻)；518035 深圳市第二人民醫(yī)院超聲科(黃蕾丹、黃嫻)

儲海婷(1992-)，女，合肥人，碩士研究生，主要從事超聲診斷工作。

貢雪灝，E-mail:fox_gxh@sina.com

深圳市科技創(chuàng)新委員會課題資助(CXZZ201409010041 22087)

R543.4; R445.1

A

1000-0313(2017)05-0533-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.05.022

2016-10-20

2017-02-10)