血管壁剪應(yīng)力預(yù)測(cè)頸動(dòng)脈斑塊破裂的價(jià)值

劉秋云，陳明，傅曉紅，江梅，夏紅衛(wèi)

1.上海市浦東新區(qū)海軍軍醫(yī)大學(xué)附屬公利醫(yī)院超聲科，上海 200135；2.同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院心臟醫(yī)學(xué)部，上海 200120；3.上海市浦東新區(qū)海軍軍醫(yī)大學(xué)附屬公利醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，上海 200135； *通訊作者 陳明 mingchen1283@vip.163.com

急性缺血性腦卒中（acute ischemic stroke，AIS）是多發(fā)于中老年人的急性心腦血管事件[1-2]。不穩(wěn)定的頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊一旦破裂脫落會(huì)栓塞遠(yuǎn)端腦動(dòng)脈，導(dǎo)致AIS等嚴(yán)重后果[3]。斑塊的穩(wěn)定性取決于多方面因素的共同作用，包括斑塊位置、斑塊性質(zhì)及斑塊厚度引起的管腔狹窄[4-6]。另外，斑塊表面的血管壁剪應(yīng)力（wall shear stress，WSS）是影響斑塊穩(wěn)定性的重要因素[7]。WSS與動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成及脫落密切相關(guān)。目前主要采用各種影像學(xué)技術(shù)測(cè)量頸動(dòng)脈血流，并運(yùn)用 Hagen-Poiseuille公式估算血管的平均WSS，但其不適用于計(jì)算斑塊表面的 WSS[8]。近年，本課題組研制了可獲取沿血管壁走行各點(diǎn)上WSS數(shù)值分布的定量分析軟件，并運(yùn)用該軟件分析健康人群頸總動(dòng)脈WSS的空間分布規(guī)律[9]。本研究利用剪應(yīng)力分布圖繪制軟件定量分析頸動(dòng)脈粥樣硬化患者頸動(dòng)脈斑塊的WSS情況，旨在早期預(yù)測(cè)頸動(dòng)脈斑塊的破裂脫落。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 選擇2012年9月—2018年1月于上海市浦東新區(qū)公利醫(yī)院超聲科行頸動(dòng)脈超聲檢查并發(fā)現(xiàn)頸動(dòng)脈斑塊的158例患者，納入標(biāo)準(zhǔn)：①斑塊所致面積狹窄程度≥30%；②年齡>18歲。排除合并引起血流動(dòng)力學(xué)改變疾病的患者。158例患者中，男82例，女76例；年齡51～86歲，平均（67.2±13.9）歲。所有患者均合并高血壓，其中51例合并冠心病、110例合并糖尿病、126例血脂異常。所有患者均知情同意，本研究通過上海市浦東新區(qū)公利醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，并經(jīng)中國臨床試驗(yàn)注冊(cè)中心注冊(cè)（ChiCTR-OON-14005359）。

1.2 儀器和方法

1.2.1 超聲檢查 采用Philips iU22彩色多普勒超聲儀，L9-3線陣探頭。患者取仰臥位，充分暴露頸部。發(fā)現(xiàn)頸動(dòng)脈斑塊后測(cè)量并記錄斑塊所在位置（頸內(nèi)動(dòng)脈、頸總動(dòng)脈、頸動(dòng)脈竇部），根據(jù)回聲判斷斑塊性質(zhì)（硬斑、軟斑、混合斑），測(cè)量斑塊突入管腔的厚度，并計(jì)算頸動(dòng)脈管腔狹窄程度。觀察斑塊表面血流情況，保存血流動(dòng)態(tài)圖進(jìn)行后處理分析。

1.2.2 頸動(dòng)脈斑塊WSS分布分析 將存儲(chǔ)的頸動(dòng)脈斑塊周圍多普勒血流動(dòng)態(tài)圖利用剪應(yīng)力分布圖繪制軟件（登記號(hào)：2011SR089671，證書號(hào)：軟著登字第0353345）進(jìn)行脫機(jī)分析。繪制頸動(dòng)脈斑塊肩部（斑塊與正常頸動(dòng)脈血管內(nèi)膜交界處）近心端和斑塊肩部遠(yuǎn)心端WSS分布圖，并記錄該區(qū)域WSS的平均值。剪應(yīng)力分布圖繪制軟件可自動(dòng)生成頸動(dòng)脈斑塊表面WSS的二維、三維剪應(yīng)力空間分布圖，自動(dòng)計(jì)算期WSS均值。軟件以色彩亮度代表WSS大小，色彩越亮，WSS越高。剪應(yīng)力三維空間分布圖的X、Y坐標(biāo)分別以像素為單位，每個(gè)像素的長(zhǎng)度為0.085 mm，Z坐標(biāo)以dyne/cm2為單位。X軸表示血管長(zhǎng)度，Y軸表示血管直徑，Z軸表示 WSS大小。斑塊周圍的WSS以波幅形式得以在三維剪應(yīng)力空間分布圖上顯示[10]。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 19.0軟件，計(jì)量資料以表示，采用單因素方差分析比較WSS在不同斑塊位置、斑塊性質(zhì)及管腔狹窄程度之間的差異，兩兩比較采用LSD檢驗(yàn)；采用Pearson相關(guān)分析斑塊肩部WSS與管腔狹窄程度的關(guān)系；采用多元線性回歸分析WSS與斑塊位置、斑塊性質(zhì)及管腔狹窄程度之間的關(guān)系。P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同斑塊表面WSS的分布 158例患者共發(fā)現(xiàn)204枚頸動(dòng)脈斑塊，其中51枚位于頸總動(dòng)脈、124枚位于頸動(dòng)脈竇部、29枚位于頸內(nèi)動(dòng)脈；硬斑塊104枚、軟斑塊54枚、混合斑塊46枚；152枚管腔狹窄程度30%～50%，47枚狹窄程度50%～70%，5枚狹窄程度70%～99%。剪應(yīng)力分布圖繪制軟件繪制不同頸動(dòng)脈斑塊表面的剪應(yīng)力分布見圖1～3。

圖1 男，45歲，頸總動(dòng)脈混合斑塊，管腔狹窄程度52%。頸總動(dòng)脈WSS二維空間分布圖（A）；頸總動(dòng)脈WSS三維空間分布圖（B）。WSS空間分布圖顯示斑塊肩部近心端顏色明亮，肩部遠(yuǎn)心端顏色暗淡，提示近心端表面的WSS較遠(yuǎn)心端更高

圖2 女，61歲，頸內(nèi)動(dòng)脈軟斑塊，管腔狹窄程度70%。頸內(nèi)動(dòng)脈WSS二維空間分布圖（A）；頸內(nèi)動(dòng)脈WSS三維空間分布圖（B）；斑塊近心端WSS幅度稍高于遠(yuǎn)心端，而斑塊最狹窄處的WSS幅度明顯增高，提示狹窄程度對(duì)斑塊周圍剪應(yīng)力的影響

圖3 女，58歲，頸動(dòng)脈竇部硬斑塊，管腔狹窄程度35%。頸動(dòng)脈竇部WSS二維空間分布圖（A）；頸動(dòng)脈竇部WSS三維空間分布圖（B）；頸動(dòng)脈竇部斑塊肩部近心端WSS相對(duì)較暗，與遠(yuǎn)心端差異最小，提示頸動(dòng)脈斑塊竇部表面WSS相對(duì)較小

2.2 斑塊表面 WSS的定量分析 不同斑塊肩部近心端與遠(yuǎn)心端WSS比較見表1。定量分析結(jié)果顯示，不同斑塊位置、斑塊性質(zhì)及狹窄程度中，斑塊近心端WSS均高于遠(yuǎn)心端，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。不同位置斑塊近心端 WSS中，頸總動(dòng)脈>頸內(nèi)動(dòng)脈>頸動(dòng)脈竇部，遠(yuǎn)心端WSS中，頸總動(dòng)脈>頸動(dòng)脈竇部和頸內(nèi)動(dòng)脈，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。不同性質(zhì)斑塊近心端WSS中，軟斑塊<硬斑塊和混合斑塊；遠(yuǎn)心端WSS中，軟斑塊<硬斑塊，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。不同狹窄程度斑塊近心端和遠(yuǎn)心端WSS中，狹窄程度<50%的斑塊低于狹窄程度50%～70%和狹窄程度>70%的斑塊，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。

表1 不同斑塊肩部近心端與遠(yuǎn)心端WSS比較（dyne/cm2）

2.3 頸動(dòng)脈管腔狹窄程度與WSS的相關(guān)性 本組患者斑塊肩部近心端 WSS與管腔狹窄程度呈正相關(guān)（r=0.664，P=0.000）。見圖4。

2.4 頸動(dòng)脈斑塊肩部近心端 WSS的多元線性回歸以頸動(dòng)脈斑塊肩部近心端 WSS為因變量，斑塊性質(zhì)、斑塊位置及管腔狹窄程度為自變量建立擬合多元線性回歸模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，斑塊性質(zhì)（P=0.000）、斑塊位置（P=0.000）及管腔狹窄程度（P=0.000）均為斑塊肩部近心端WSS的影響因素。擬合方程為：WSS=3.169-1.055×斑塊位置-0.671×斑塊性質(zhì)+0.254×管腔狹窄程度，擬合優(yōu)度R2=0.479。

3 討論

WSS反映了動(dòng)脈壁內(nèi)皮表面所受的切向摩擦力。血流速度的大小和方向變化較大時(shí)會(huì)導(dǎo)致WSS的異常變化[11]。WSS是冠狀動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展的既定預(yù)測(cè)因子[12]，檢測(cè)WSS對(duì)于預(yù)測(cè)斑塊穩(wěn)定性具有重要意義。本研究應(yīng)用剪應(yīng)力分布圖繪制軟件定量分析不同位置、性質(zhì)及管腔狹窄程度的頸動(dòng)脈斑塊WSS，旨在對(duì)頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的穩(wěn)定性進(jìn)行全面評(píng)估，從而早期對(duì)斑塊破裂做出預(yù)判和處理。

不穩(wěn)定性斑塊易出血、破裂脫落，進(jìn)入血流成為血栓，進(jìn)而導(dǎo)致急性腦血管事件的發(fā)生[13]。不穩(wěn)定性斑塊內(nèi)存在活躍的炎癥反應(yīng)，并且富含脂質(zhì)核心、表面潰瘍，較大的脂質(zhì)壞死核心被薄的纖維帽覆蓋，均是引起不穩(wěn)定性斑塊破裂的原因[14]。在原本斑塊不穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，高機(jī)械力會(huì)加快動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成及脫落。因此，高WSS是影響斑塊穩(wěn)定性的一個(gè)重要力學(xué)因素[15]。斑塊肩部是斑塊最薄的部位，故大部分破裂發(fā)生于斑塊肩部，尤其是斑塊肩部的近心端[16]。因此，斑塊肩部近心端WSS對(duì)預(yù)測(cè)斑塊破裂具有重要意義。

本研究結(jié)果顯示，剪應(yīng)力分布圖繪制軟件可以清晰地顯示不同位置、不同性質(zhì)及不同管腔狹窄程度下斑塊表面的WSS分布情況。無論斑塊位置、斑塊性質(zhì)及不同狹窄程度的差異，斑塊近心端WSS均高于斑塊遠(yuǎn)心端，與Eshtehardi等[17]的研究結(jié)果相似。通過對(duì)不同斑塊的定量分析發(fā)現(xiàn)，頸總動(dòng)脈斑塊>頸內(nèi)動(dòng)脈斑塊>頸動(dòng)脈竇部斑塊，這由WSS的定義公式?jīng)Q定。斑塊表面血流速度越高，WSS越大。頸總動(dòng)脈表面的血流速度大于頸內(nèi)動(dòng)脈和頸動(dòng)脈竇部。在斑塊性質(zhì)方面，本研究發(fā)現(xiàn)硬斑塊>混合斑塊>軟斑塊，推測(cè)其原因?yàn)榘邏K越硬，斑塊與血流之間形成的壓力越大，WSS越大。在管腔狹窄程度方面，本研究結(jié)果提示狹窄程度70%以上>狹窄程度50%～70%>狹窄程度50%以下。這是由于隨著管腔狹窄程度的提高，斑塊突入管腔程度越明顯，從而導(dǎo)致斑塊表面血流速度加快，對(duì)斑塊的壓力增加，進(jìn)而導(dǎo)致WSS顯著上升。由于管腔狹窄程度與WSS的變化密切相關(guān)，本研究進(jìn)一步對(duì)所有患者的頸動(dòng)脈管腔狹窄程度和斑塊肩部近端WSS進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)斑塊肩部近心端WSS和管腔狹窄率呈正相關(guān)，提示斑塊狹窄程度越高，斑塊近心端WSS越大，其破裂的風(fēng)險(xiǎn)越高。

為綜合分析并準(zhǔn)確評(píng)估頸動(dòng)脈斑塊肩部近心端WSS的影響因素，多元線性回歸分析提示，斑塊性質(zhì)、斑塊位置及管腔狹窄程度均為斑塊肩部近心端WSS的影響因素。多元線性回歸的擬合方程為：WSS=3.169-1.055×斑塊位置-0.671×斑塊性質(zhì)+0.254×管腔狹窄程度，擬合優(yōu)度R2=0.479，提示臨床可以根據(jù)斑塊位置、性質(zhì)及管腔狹窄程度計(jì)算斑塊肩部WSS的數(shù)據(jù)，為臨床評(píng)估頸動(dòng)脈斑塊肩部WSS、預(yù)測(cè)斑塊破裂提供參考。

本研究存在一定的局限性。本研究在分析 WSS時(shí)僅考慮了斑塊的內(nèi)部因素，一切其他可能影響斑塊WSS的因素，如年齡、性別、體重指數(shù)、合并癥等因素并未納入研究，WSS的擬合方程的準(zhǔn)確性尚有待進(jìn)一步提高。

總之，由于臨床難以檢測(cè)斑塊表面的WSS，本研究通過剪應(yīng)力分布圖繪制軟件計(jì)算獲得了斑塊表面的WSS分布，證明了斑塊性質(zhì)、斑塊位置及管腔狹窄程度均為斑塊肩部近心端WSS的影響因素；并計(jì)算了斑塊肩部近心端WSS的擬合方程，從而為頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊破裂脫落的早期預(yù)測(cè)提供參考。