頸動脈粥樣硬化斑塊超聲彈性成像技術及其評估研究進展

陳旭蘭，錢 偉

粥樣硬化斑塊破裂是引起心腦血管事件的主要原因之一，因此，斑塊的定量特征和事件發(fā)生前不穩(wěn)定斑塊的識別對疾病預防和治療決策至關重要[1]。頸部血管位置表淺，便于通過識別頸動脈斑塊的性質(zhì)，進行心腦血管疾病的早期預防。臨床上有許多檢查評估動脈粥樣硬化斑塊的影像技術，包括數(shù)字減影血管造影術(digital subtraction angiography，DSA)、血管腔內(nèi)超聲成像術(intravascular ultrasound，IVUS)、磁共振血管造影術(magnetic resonance angiography，MRA)、計算機斷層掃描血管造影術(computed tomography angiography，CTA)、彩色多普勒超聲血管檢查等。雖然認為DSA、IVUS是目前評價動脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性的金標準，但因其操作需要昂貴的設備和耗材及較高的技術水平，且有創(chuàng)、費時、患者花費多，在臨床實際工作中應用受限；而MRA和CTA也因花費昂貴，操作復雜而應用受限[2,3]。彩色超聲血管檢查具有無創(chuàng)、簡便、重復性好、可動態(tài)監(jiān)測等優(yōu)點，目前廣泛應用于評估頸動脈斑塊性質(zhì)、穩(wěn)定性。但是彩色超聲血管檢查依賴于檢查醫(yī)師的經(jīng)驗和設備的分辨率；對于斑塊的硬度及內(nèi)部成分缺少定量及定性評估。

近年來，新研制的彈性成像無創(chuàng)評估技術的研究受到了廣泛關注。彈性成像技術利用各種病理變化的軟組織彈性，產(chǎn)生定性和定量的信息可用于診斷疾病[4]。超聲彈性成像在無創(chuàng)評估肝纖維化方面顯示出良好的效果，同時在乳腺、甲狀腺、前列腺、腎臟和淋巴結成像方面也有新的應用。而目前應用彈性成像這一無創(chuàng)性技術評估頸動脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性臨床鮮有報道[5]，血管彈性成像可用于估計粥樣斑塊的組成成分、評價粥樣斑塊的易損性、估計血栓的硬度和形成時間，甚至觀察介入治療和藥物治療的效果，具有重要的臨床價值。

1 超聲彈性成像技術

1.1 基本原理 超聲彈性成像技術(ultrasonic elastography)最早是由Ophir等[6]在1991年提出的，因為組織的彈性模量分布特點與病灶的生物學特性兩者密切相關，傳統(tǒng)二維灰階超聲檢測無法將組織彈性模量這一基本力學屬性特征直觀地顯示出來，而利用超聲彈性成像技術可以定量估計組織的彈性模量分布并且同時再將之轉化為聲像圖并展示出來。

超聲彈性成像技術的基本原理是對需要檢測的器官或組織部位施加一個內(nèi)部(包括自身的)或外部的動態(tài)或者靜態(tài)/準靜態(tài)的壓力刺激，在彈性力學、生物力學等物理規(guī)律作用下，被檢測的組織器官或部位會將產(chǎn)生一個反應，如位移、應變、速度等變量會產(chǎn)生相當程度的變化[7]。根據(jù)這些組織器官在壓力下的變化利用特殊的超聲成像技術，輔以數(shù)字信號處理或數(shù)字圖像處理技術，可以計算出器官組織內(nèi)部的結構情況，從而間接或直接反映器官組織內(nèi)部的彈性模量等力學屬性的差異。

1.2 超聲彈性成像相關技術 超聲彈性成像的技術目前有很多種類，主要包括有創(chuàng)(侵入性血管內(nèi)超聲彈性成像)和無創(chuàng)(非侵入性血管超聲彈性成像)兩大類[8]。早期Taylor等[9]把無創(chuàng)的超聲彈性成像技術主要分為3種：壓迫性彈性成像(compression elastography or strain imaging)、間歇性彈性成像(transient elastognaphy)和振動性彈性成像(vibration sonoelastography)。此外，近年來新報道的聲輻射力彈性成像技術，應用比較廣泛。

1.2.1 壓迫性彈性成像技術 是通過超聲操作者使用超聲探頭時用手法加壓給被檢測部位施加一定的壓力，比較器官組織部位受壓前后的變化得到一幅壓力圖像。目前,臨床應用較廣泛的超聲彈性成像儀器是以原有的彩色超聲儀器為基礎，在設備內(nèi)部設置可調(diào)控的超聲彈性成像感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，可以比較加壓過程中感興趣區(qū)內(nèi)器官組織與周圍器官組織之間的彈性(即硬度)差異。但手法加壓法有一定的局限性，受檢查者人為影響因素較多，因施加壓力的大小不同、釋放的頻率快慢而不同，而產(chǎn)生相應的應變與位移不同。

1.2.2 間歇性彈性成像技術 是給檢查部位或組織施加一個低頻率的間歇振動造成部位或組織產(chǎn)生一定的位移，然后用超聲檢測組織反射回來的回波進而探測組織的位置移動情況。通過這種間歇性震動刺激結合超聲波可得到感興趣區(qū)中不同彈性系數(shù)的器官組織的相對硬度圖。該技術的優(yōu)點是采用超聲系統(tǒng)，價格便宜且具有無痛、無創(chuàng)的優(yōu)點，方便患者檢查，檢測速度快，不依賴于操作人員的主觀判斷，且重復性好，值得臨床應用和推廣。

1.2.3 振動性彈性成像技術 是采用一個低頻率(<1 kHz)的振動刺激于檢查部位組織并在其內(nèi)部傳播，通過實時多普勒超聲產(chǎn)生一個振動圖像并顯示在屏幕上。目前，振動性超聲成像技術是一種非常新的彈性成像技術，還處于初始研究階段，僅用于離體組織的實驗研究，尚未廣泛應用于臨床。

1.2.4 聲輻射力彈性成像技術 這項技術主要包括聲脈沖和剪切波兩種方式。

1.2.4.1 聲輻射力脈沖成像技術(acoustic radiation force imaging，ARFI) 是近年來研究報道較多的一種超聲彈性成像術，是這項技術的一個新的突破。臨床上常見于表面不規(guī)則伴有鈣化覆蓋的斑塊，這種斑塊的內(nèi)部性質(zhì)如何一直是臨床醫(yī)師和研究者檢測的難點。傳統(tǒng)二維灰階超聲檢測鈣化斑塊時只能顯示斑塊后面的聲影，因?qū)β曈昂蠓狡鞴俳M織無法顯像而探測不到。ARFI則不受斑塊表面聲阻抗大小的影響，即鈣化斑塊聲影的影響，可清晰地顯像纖維帽聲影后方的脂質(zhì)核心，對鈣化斑塊的性質(zhì)和穩(wěn)定性進行較為準確的評估。

1.2.4.2 剪切波彈性成像技術(shear wave elastic imaging，SWEI) 是一種新的測量方法，是利用超聲探頭發(fā)射聲輻射脈沖，在組織內(nèi)形成剪切波，系統(tǒng)獲得信息后，并通過編碼，形成彈性成像圖像。在其中，楊氏模量值(Young’s Modulus)是最重要的識別斑塊性質(zhì)的參數(shù)。根據(jù)楊氏模量為E=3ρc2的公式，楊氏模量表示組織彈性，ρ表示介質(zhì)密度，c為剪切波速，利用Aixplorer掃描儀可以測量組織的楊氏模量。當楊氏模量值越大時，組織的硬度越大，當楊氏模量值越小時，組織的硬度越小，進而進行頸部斑塊硬度的識別。

2 評價頸動脈硬化斑塊的應用

2.1 無創(chuàng)壓力性彈性成像 常用的評估方法為彈性評分、彈性面積及兩者的比值測量斑塊的穩(wěn)定性。隨著評分的增高，斑塊的穩(wěn)定性增加；隨著彈性面積比值(B/A)的增加，其穩(wěn)定性增加，這兩項值越大，即表示頸動脈硬化斑塊的硬度越大，斑塊越穩(wěn)[10]。胡小麗等[11]研究了頸動脈硬化斑塊與腦梗死的相關性，提示超聲彈性成像技術通過彈性圖像顯示及彈性參數(shù)值可以判斷頸動脈斑塊的穩(wěn)定性，為頸動脈斑塊性質(zhì)的檢測提供又一種檢測手段，可以早期干預和治療急性腦梗死等腦卒中事件，這與國外許多研究結果高度一致，均表明超聲彈性成像技術在判斷斑塊穩(wěn)定性方面有較高的應用價值，值得臨床推廣。林長江等[12]從超聲彈性圖像、彈性半定量指標、斑塊的灰階中位數(shù)(GSM)和彈性參數(shù)值幾個方面對斑塊的穩(wěn)定性進行判斷，結果顯示：均質(zhì)低回聲斑塊及不均質(zhì)低回聲斑塊，病理上富含脂質(zhì)，受壓后應變較大，性質(zhì)較軟；而不均質(zhì)高回聲斑塊及均質(zhì)高回聲斑塊病理上以纖維結締組織及鈣化成分為主，受壓后應變較小，性質(zhì)較硬。研究提示超聲彈性成像技術能夠通過判斷動脈硬化斑塊軟硬程度的不同，來間接反映斑塊內(nèi)部病理成分的不同，為易損斑塊的評估判定提供了有力的證據(jù)。國外有研究者應用超聲彈性成像技術的應變值來判斷頸動脈硬化斑塊的組成和易損性，結果顯示與缺乏脂質(zhì)核心的動脈粥樣硬化斑塊相比，彈性成像的絕對應變值在富含有脂質(zhì)核心的動脈粥樣硬化斑塊中是顯著降低的，其診斷敏感度可達77%～100%，特異度可達57%～79%[13]。Cloutier等[14]利用超聲彈性成像和超聲回聲分析區(qū)分有癥狀性頸內(nèi)動脈狹窄患者和無癥狀性頸內(nèi)動脈狹窄患者的頸動脈斑塊性質(zhì)。

2.2 無創(chuàng)聲輻射力脈沖成像 該技術用于頸動脈斑塊的研究報道較多，主要測量剪切波速度(shear wave velocity，SWV)，對其彈性或硬度進行量化分析，感興趣區(qū)質(zhì)地越硬其SWV就越快，相反SWV值就越慢。國外研究者報道了應用ARFI對斑塊穩(wěn)定性的進行評估，根據(jù)聲輻射力對組織產(chǎn)生機械性能位移的特征，通過測量位移信息區(qū)分組織硬度[15]。ARFI技術可準確區(qū)分軟斑、硬斑及觀察斑塊的均質(zhì)性，還可以對頸動脈斑塊性質(zhì)和穩(wěn)定性進行定量檢測，盡早預測急性腦梗死的發(fā)生[16]。新近研究者應用ARFI成像檢查了119例腦血管病患者，并與MRI進行診斷證實，結果顯示有癥狀組的剪切波速度(SWV)小于無癥狀組，差異有統(tǒng)計學意義(t=4.848，P<0.05)；不同斑塊回聲組之間的SWV差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，證明了ARFI技術通過測量不同斑塊間的SWV，能夠為斑塊易損性的評估提供客觀依據(jù)[17]。此外，楊環(huán)宇等[18]利用聲觸診組織量化技術檢測頸動脈斑塊彈性SWV值與腦卒中發(fā)生風險的相關性，共入選98例頸動脈斑塊患者，結果發(fā)現(xiàn)VTQ測定的彈性值SWV能反映頸動脈斑塊的穩(wěn)定性，可以作為腦卒中發(fā)病風險預測評估的有效指標。

Roy Cardinal 等[19]利用橫斷面研究納入31例頸內(nèi)動脈狹窄的患者，使用彈性成像參數(shù)軸向應變、剪切應變和平移運動定義頸動脈斑塊為穩(wěn)定性斑塊，斑塊合并新生血管化和不穩(wěn)定性斑塊，并測量了最大軸向應變、累積軸向應變、平均剪切應變、累積剪切應變、累積軸向平移量和累積橫向平移量等指標，計算了累積軸向應變與累積軸向位移的比值，使用高分辨率MRI進行證實斑塊性質(zhì)。結果發(fā)現(xiàn)累積軸向平移量和累積軸向應變與累積軸向平移量的比值可以區(qū)分不穩(wěn)定性和穩(wěn)定性斑塊，或者確定不穩(wěn)定性斑塊中是否存在新生血管。穩(wěn)定性斑塊、斑塊合并新生血管化和不穩(wěn)定性斑塊組各參數(shù)均有差異，檢測新生血管化斑塊最具鑒別性的參數(shù)是累積軸向應變與累積軸向平移的比值。

2.3 無創(chuàng)剪切波彈性成像技術 該技術臨床報道較少，李海欣等[20]研究卒中組頸動脈斑塊形成患者41例與非卒中組頸動脈斑塊形成患者50例的實時剪切波彈性成像檢查，記錄并分析斑塊的整體楊氏模量值，卒中組斑塊的楊氏模量明顯小于非卒中組[(38.41±16.30)kPavs(51.03±21.46)kPa]，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，提示缺血性腦卒中患者斑塊質(zhì)地較軟，為不穩(wěn)定性斑塊。Lou 等[21]根據(jù)單側局灶性神經(jīng)癥狀的存在，將61例患者分為有癥狀組和無癥狀組，分別用楊氏模量法和灰階分級法評價頸動脈斑塊的彈性和回聲特性。共檢測271個頸動脈斑塊，Bland-Altman試驗表明，用SWE法測量楊氏模量具有很好的重現(xiàn)性，271個斑塊的幀間變異系數(shù)為16%。在61個代表性斑塊中，當混雜因素得到控制時，灰階分級與平均楊氏模量顯著相關(r=50.728,P<0.01)。有癥狀組代表性斑塊的平均楊氏模量低于無癥狀組(平均楊氏模量:81 kPavs115 kPa；P<0.01)。Logistic回歸結合患者檢查特征分析表明，當平均楊氏模量與狹窄率結合時，對有癥狀的頸動脈斑塊的識別靈敏度和特異度提高。因此，應用剪切波成像中的楊氏模量，可以作為檢測頸動脈癥狀斑塊的另一種方法，與普通灰階超聲相結合，可以提高鑒別頸動脈癥狀斑塊的效率。

2.4 有創(chuàng)彈性成像技術 血管內(nèi)超聲彈性成像因其有創(chuàng)性，臨床應用較少。初期，研究者主要借助于仿體或離體血管進行血管內(nèi)超聲的研究。近期，張梅李、李趙歡等[22, 23]應用自研的VIVI血管內(nèi)超聲彈性成像軟件研究發(fā)現(xiàn)，易損的脂質(zhì)斑塊較穩(wěn)定的纖維斑塊面積應變更高，且偏心斑塊與向心斑塊的彈性力學差異明顯，偏心斑塊的剪切應變和面積應變顯著大于向心斑塊，斑塊的偏心指數(shù)和斑塊負荷可用于檢測斑塊的彈性力學穩(wěn)定性，其中對斑塊的彈性力學穩(wěn)定性影響更大的是偏心指數(shù)。

3 局限與展望

超聲彈性成像技術較傳統(tǒng)二維灰階超聲比較，可以提供器官組織內(nèi)部彈性成像信息，在頸動脈硬化斑塊診斷方面，尤其是易損斑塊的定性診斷上顯示出它獨特的臨床應用價值。但是我們也要看到，超聲彈性成像技術還存在一些不足之處，如檢測目標太小(<5 mm)時彈性成像不能如實地反映其硬度和性質(zhì)，可造成彈性分級的誤判；切面選擇上常選擇大的切面，有可能忽略其他切面的斑塊特點和性質(zhì)，有一定片面性，如果是實時三維超聲成像，可能會解決這一問題；彈性成像偽像的問題也不容易忽視，操作者的壓迫力度，偽像的形成會影響對斑塊成分的評估。因此，我們的診斷不能完全依賴超聲的影像學結果，要結合臨床和實驗室指標進行綜合判定。我們相信隨著科技的進步，超聲彈性成像技術的不足之處也會得到很大改善，近年來有應用彈性成像的斑塊紋理研究及早發(fā)現(xiàn)頸動脈斑塊的易損性和不穩(wěn)定性[24]。通過對頸動脈硬化斑塊穩(wěn)定性狀況的判斷，可以對心腦血管危險因素給予早期預防和早期干預，防止急性腦卒中、急性冠脈綜合征等惡性心腦血管疾病帶來的不良后果。