超聲造影評(píng)估易損頸動(dòng)脈斑塊的研究進(jìn)展△

劉瀅瀅，康 松，梅 雪，張 赫，竹彬楊，姜雙全

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科，黑龍江 哈爾濱 150086

目前，中國(guó)腦卒中發(fā)病率已位居世界前列。研究表明，2030年中國(guó)腦卒中的發(fā)生率將比2010年增加50%，其中，缺血性腦卒中約占80%[1]。缺血性腦卒中是由頸動(dòng)脈狹窄引起的中樞神經(jīng)系統(tǒng)灌注不足，或頸動(dòng)脈斑塊表面血栓脫落致動(dòng)脈栓塞引起，斑塊可引起動(dòng)脈管腔狹窄，既往常根據(jù)患者有無臨床癥狀和頸動(dòng)脈狹窄程度對(duì)患者進(jìn)行危險(xiǎn)分層。研究表明，在無癥狀患者中，動(dòng)脈管腔狹窄并未直接增加腦卒中的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[2]。除狹窄程度外，腦卒中的發(fā)生與頸動(dòng)脈斑塊易損性密切相關(guān)，當(dāng)斑塊發(fā)生破裂、脫落，形成血栓并阻塞遠(yuǎn)端動(dòng)脈時(shí)缺血性腦卒中事件隨即發(fā)生。然而，易損斑塊容易被忽視，早期識(shí)別易損斑塊并及時(shí)干預(yù)是有效降低腦卒中發(fā)生的關(guān)鍵[3]。本文就動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成過程、斑塊易損性與斑塊內(nèi)新生血管及超聲成像技術(shù)檢測(cè)頸動(dòng)脈斑塊等方面進(jìn)行綜述。

1 動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成過程

動(dòng)脈粥樣硬化是一種全身性炎癥狀態(tài)，早期表現(xiàn)為內(nèi)皮功能障礙[4]，一般發(fā)生在血管剪切應(yīng)力較低的區(qū)域，如動(dòng)脈分叉或頸內(nèi)動(dòng)脈起始處。在動(dòng)脈粥樣硬化形成早期，血管內(nèi)皮受損后，表達(dá)并釋放多種黏附分子，吸引單核細(xì)胞和淋巴細(xì)胞聚集，單核細(xì)胞遷移到內(nèi)皮下，被低密度脂蛋白膽固醇（low density lipoprotein cholesterol，LDL-C）氧化成巨噬細(xì)胞，血液中的脂質(zhì)被巨噬細(xì)胞吞噬成為泡沫細(xì)胞，大量泡沫細(xì)胞在內(nèi)皮下聚集，形成脂質(zhì)條紋[5]，隨著病變進(jìn)展，內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞與平滑肌細(xì)胞（smooth muscle cell，SMC）逐漸凋亡或壞死，形成斑塊壞死核心的主要成分，斑塊的纖維帽通常由SMC產(chǎn)生，SMC從基質(zhì)遷移到內(nèi)膜間隙后增生并分泌細(xì)胞外基質(zhì)以維持斑塊的完整性和穩(wěn)定性。巨噬細(xì)胞則常聚集在斑塊肩部的纖維帽內(nèi)，通過產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）降解血管SMC產(chǎn)生的細(xì)胞外基質(zhì)[6]。MMP 在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的發(fā)展和發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵作用，特別是在疾病的晚期，其活性升高增加了斑塊破裂的風(fēng)險(xiǎn)。SMC的喪失和MMP的產(chǎn)生導(dǎo)致斑塊纖維帽破裂，使脂質(zhì)核心暴露在血流中形成血栓，微血栓隨著血流阻塞腦血管，最終發(fā)生腦卒中事件[7]。

2 動(dòng)脈粥樣硬化斑塊易損性與斑塊內(nèi)新生血管

易損動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的病理組織學(xué)特征通常為富含脂質(zhì)的壞死核心、薄纖維帽、大量炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)、斑塊內(nèi)新生血管（intraplaque neovascularization，IPN）形成、斑塊內(nèi)出血（intraplaque hemorrhage，IPH）和微鈣化[8]，其中，IPN是易損斑塊最具代表性的特征。Zamani等[9]研究提出，缺氧在斑塊破裂進(jìn)展過程中起著重要作用，缺氧環(huán)境通過刺激新生血管生成、單核細(xì)胞浸潤(rùn)和巨噬細(xì)胞活化，從而促進(jìn)斑塊的生長(zhǎng)。IPN 形成是缺氧和炎癥觸發(fā)的過程，常發(fā)生在病變晚期，隨著斑塊的生長(zhǎng)，其厚度因SMC的增殖而增加，使源自血管外膜的滋養(yǎng)血管氧彌散力降低，加之炎癥細(xì)胞高代謝導(dǎo)致氧氣需求增加，使斑塊深處缺氧進(jìn)一步加重，因此，斑塊內(nèi)病理性新生血管生成增多，滋養(yǎng)血管向斑塊內(nèi)增殖。由于新生微血管發(fā)育不成熟，內(nèi)皮細(xì)胞間隙較寬，因此其本身脆弱易損傷。當(dāng)血管內(nèi)血漿蛋白、紅細(xì)胞和炎癥細(xì)胞外溢時(shí)，導(dǎo)致斑塊內(nèi)出血、炎癥加重和斑塊增大。在IPN擴(kuò)張與晚期斑塊內(nèi)的炎癥浸潤(rùn)共同作用下，細(xì)胞外基質(zhì)降解加快，巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)和壞死核心增大，從而加速斑塊破裂[10]。研究表明，IPN生成是斑塊易損性的重要標(biāo)志，新生血管密度越大，斑塊易損性越強(qiáng)，因此，積極尋找檢測(cè)斑塊內(nèi)新生血管的技術(shù)手段具有重要意義[11]。計(jì)算機(jī)斷層掃描（computer tomography，CT）、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）、數(shù)字減影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）及超聲等技術(shù)均可應(yīng)用于頸動(dòng)脈斑塊的檢測(cè)[12]，超聲檢查因其便捷、無創(chuàng)、無輻射、可床旁操作等優(yōu)點(diǎn)，已成為評(píng)估頸動(dòng)脈斑塊的首選影像學(xué)檢查方法[13]。

3 常規(guī)超聲及三維超聲檢測(cè)頸動(dòng)脈斑塊

3.1 常規(guī)超聲檢測(cè)頸動(dòng)脈斑塊

頸動(dòng)脈位置表淺固定，高頻超聲能清晰顯示動(dòng)脈壁三層結(jié)構(gòu)，通過測(cè)量?jī)?nèi)-中膜厚度（intima-media thickness，IMT）可早期確定斑塊的存在[14]，并可準(zhǔn)確判斷斑塊位置、大小、回聲、形態(tài)等參數(shù)，可以根據(jù)頸動(dòng)脈斑塊的回聲判定其易損性。Fedak 等[15]將頸動(dòng)脈斑塊分為均質(zhì)低回聲、低回聲為主型、高回聲為主型、均質(zhì)高回聲。常規(guī)超聲檢查斑塊回聲低、形態(tài)不規(guī)則、纖維帽不連續(xù)、表面存在潰瘍凹陷均提示其易損[16]。盡管常規(guī)超聲已是亞臨床動(dòng)脈粥樣硬化風(fēng)險(xiǎn)分層的公認(rèn)檢查方法，但因角度依賴性易受偽像影響，當(dāng)斑塊內(nèi)有鈣化、出血時(shí)，容易與周圍組織回聲混淆，此時(shí)對(duì)斑塊性質(zhì)及易損性難以進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，此外二維超聲僅顯示斑塊的一個(gè)切面，無法完整展示斑塊的立體形態(tài)。

3.2 三維超聲（three dimention ultrasound，3D-US）檢測(cè)頸動(dòng)脈斑塊

對(duì)頸動(dòng)脈斑塊的二維超聲圖像進(jìn)行三維重建，可得到靜態(tài)3D-US圖像，可立體地展現(xiàn)斑塊空間形態(tài)與表面特征，更加直觀地展示狹窄的血管腔，為觀察易損斑塊提供了新視角。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，3D-US實(shí)現(xiàn)了從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的突破，并已在頸動(dòng)脈斑塊臨床診斷中發(fā)揮重要作用[17]。實(shí)時(shí)3D-US不僅可展示斑塊的空間形態(tài)，還可以通過血管斑塊定量分析技術(shù)（vascular plaque quantification，VPQ）對(duì)斑塊進(jìn)行定量分析，包括自動(dòng)獲取斷面的容積數(shù)據(jù)，分析斑塊體積、標(biāo)準(zhǔn)化管壁指數(shù)（normalized wall index，NWI）、灰階中位數(shù)（gray scale median，GSM）等。有研究以頸動(dòng)脈內(nèi)膜剝脫術(shù)后斑塊組織病理學(xué)檢查為診斷標(biāo)準(zhǔn)，探討3D-US VPQ 技術(shù)診斷頸動(dòng)脈斑塊性質(zhì)的臨床價(jià)值，結(jié)果顯示，3D-US VPQ 技術(shù)中NWI 與GSM參數(shù)可輔助診斷斑塊性質(zhì)，對(duì)斑塊易損性的診斷價(jià)值較高[18]。然而，由于三維容積探頭體積較大，限制了其廣泛應(yīng)用[19]。新型3D-US矩陣探頭結(jié)合定量軟件的應(yīng)用正試圖克服這一局限，López-Melgar等[20]應(yīng)用豬頸動(dòng)脈、股動(dòng)脈粥樣硬化標(biāo)本，評(píng)價(jià)新型3D矩陣探頭測(cè)量斑塊體積的準(zhǔn)確性，結(jié)果表明，其與組織學(xué)金標(biāo)準(zhǔn)之間存在高度一致性，且新型矩陣探頭聯(lián)合計(jì)算機(jī)軟件可以在更短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確量化斑塊體積。然而，常規(guī)超聲及3D超聲對(duì)于頸動(dòng)脈斑塊的檢測(cè)主要集中于分析其解剖、形態(tài)學(xué)參數(shù)，無法評(píng)估斑塊內(nèi)新生血管，超聲新技術(shù)為頸動(dòng)脈斑塊內(nèi)新生血管的顯示提供了新方法。

4 頸動(dòng)脈斑塊超聲成像新技術(shù)

4.1 超微血管成像技術(shù)（superb microvascular imaging，SMI）

SMI是一種新型的非侵入性超聲成像技術(shù)，采用獨(dú)特算法，消除基于組織運(yùn)動(dòng)的信號(hào)來減少運(yùn)動(dòng)偽影，進(jìn)而更好地探測(cè)低速血流信號(hào)。微小血管的可視化和較少的運(yùn)動(dòng)偽影使SMI的靈敏度和分辨率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)多普勒超聲技術(shù)[21]，并能有效地評(píng)價(jià)IPN的形成，可作為臨床預(yù)測(cè)腦卒中危險(xiǎn)性的一種新方法[22]。Chen等[23]應(yīng)用SMI對(duì)頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中的新生血管進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果顯示，SMI與組織學(xué)之間存在顯著相關(guān)性（r=0.788，P＜0.01）。SMI具有較高的分辨率和幀頻，允許在多個(gè)不同的截面和方向進(jìn)行重復(fù)掃描，在不使用造影劑的情況下對(duì)頸動(dòng)脈IPN做出可視化，進(jìn)而對(duì)斑塊不穩(wěn)定性做出臨床評(píng)估[24]。然而，SMI的定量技術(shù)尚存在不足，且對(duì)頸動(dòng)脈斑塊內(nèi)新生血管診斷效能低于超聲造影，這也成為未來的研究方向[25]。

4.2 超聲造影（contrast-enhanced ultrasound，CEUS）檢測(cè)頸動(dòng)脈斑塊

4.2.1 CEUS的基本原理

CEUS 又稱對(duì)比增強(qiáng)超聲，其借助超聲增強(qiáng)劑（Ultrasound contrast agent，UCA）和超聲造影諧波成像技術(shù)，通過增加圖像的對(duì)比分辨力，清晰顯示微細(xì)血管的血流灌注，提高病變檢出的靈敏度和特異度。聲諾維（Sonovue）是全球應(yīng)用最廣的UCA，成分為六氟化硫氣體，包殼為磷脂，微泡直徑＜10 μm，具有類似紅細(xì)胞的血流動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，經(jīng)過外周靜脈注射后進(jìn)入血液循環(huán)[26]，可清晰地顯示組織及病變的微循環(huán)灌注情況，其經(jīng)呼吸排出體外，不經(jīng)肝腎代謝，安全性高[27]。與常規(guī)超聲相比，CEUS能使動(dòng)脈管腔血流可視化，勾畫出頸動(dòng)脈斑塊輪廓，并準(zhǔn)確顯示管腔的狹窄程度。此外，CEUS 能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)顯示斑塊內(nèi)UCA微泡分布情況，半定量或定量評(píng)估斑塊的增強(qiáng)情況，已成為臨床評(píng)估頸動(dòng)脈IPN最有價(jià)值的方法。通過頸動(dòng)脈IPN對(duì)患者進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分層，可更準(zhǔn)確預(yù)測(cè)心腦血管事件發(fā)生情況，為高?；颊叩闹委熖峁┲笇?dǎo)[28]。Huang等[29]研究顯示，CEUS診斷易損斑塊的靈敏度為89.2%，特異度為80.0%，準(zhǔn)確度為86.8%。

4.2.2 CEUS半定量分析

CEUS 半定量分析是一種基于視覺的方法，通過識(shí)別斑塊內(nèi)快速移動(dòng)微泡的位置和灌注情況來檢測(cè)IPN 的形成，臨床上通過斑塊內(nèi)部增強(qiáng)程度將頸動(dòng)脈斑塊IPN 分為4個(gè)等級(jí)[30]：Ⅰ級(jí)，斑塊無增強(qiáng)；Ⅱ級(jí)，斑塊僅外膜增強(qiáng)，內(nèi)部少許星點(diǎn)狀/線狀增強(qiáng)；Ⅲ級(jí)，斑塊內(nèi)部及周邊散在點(diǎn)線樣增強(qiáng)，可貫穿大部分斑塊，或有血液流動(dòng)征；Ⅳ級(jí)，斑塊內(nèi)部呈大片樣增強(qiáng)、網(wǎng)格樣增強(qiáng)或彌漫增強(qiáng)。Brezinski 等[31]研究顯示，CEUS 增強(qiáng)程度與內(nèi)膜切除術(shù)后經(jīng)組織學(xué)證實(shí)的IPN 形成相關(guān)，增強(qiáng)程度越高，對(duì)應(yīng)的微血管密度越大。Zhang 等[32]研究顯示，頸動(dòng)脈IPN 分級(jí)與冠狀動(dòng)脈病變程度和復(fù)雜性相關(guān)，可預(yù)測(cè)復(fù)雜的冠狀動(dòng)脈疾病和未來的心血管事件。Li 等[33]研究顯示，急性缺血性梗死患者與非急性缺血性梗死患者的頸動(dòng)脈CEUS 增強(qiáng)程度比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。因而，斑塊IPN 分級(jí)與斑塊內(nèi)微血管密度、斑塊穩(wěn)定性及心腦血管事件存在關(guān)聯(lián)。

4.2.3 CEUS定量分析

動(dòng)脈粥樣硬化斑塊內(nèi)的微血流灌注情況可通過定量分析軟件生成的時(shí)間-強(qiáng)度曲線進(jìn)行量化，其主要參數(shù)有基礎(chǔ)強(qiáng)度（basic intensity，BI）、峰值強(qiáng)度（peak intensity，PI）、增強(qiáng)強(qiáng)度（enhanced intensity，EI）、達(dá)峰時(shí)間（time to peak，TTP）、曲線下面積（area under curve，AUC）、斑塊增強(qiáng)強(qiáng)度與頸動(dòng)脈管腔內(nèi)增強(qiáng)強(qiáng)度比值、平均渡越時(shí)間（mean transit time，MTT）等。研究表明，CEUS 可以提供頸動(dòng)脈IPN 的準(zhǔn)確定量參數(shù)，是評(píng)估IPN 程度的可靠方法，對(duì)識(shí)別和監(jiān)測(cè)病情變化、預(yù)測(cè)卒中復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)均具有重要意義[34]。

然而，CEUS 評(píng)價(jià)斑塊內(nèi)新生血管時(shí)同樣存在局限性，當(dāng)斑塊鈣化嚴(yán)重后方伴有聲影時(shí)，CEUS檢查對(duì)斑塊特征評(píng)估的準(zhǔn)確性會(huì)因此降低[35]。CEUS 結(jié)果也可受到血管搏動(dòng)、探頭移位的影響，表現(xiàn)為遠(yuǎn)端血管壁或斑塊處偶爾出現(xiàn)的假性信號(hào)增強(qiáng)，這是由于聲束通過血管內(nèi)運(yùn)動(dòng)的微氣泡時(shí)產(chǎn)生的非線性傳播和畸變。斑塊附近運(yùn)動(dòng)偽像的存在不利于微血管軌跡的重建，將影響頸動(dòng)脈IPN的準(zhǔn)確檢測(cè)與定量分析。此外，對(duì)頸動(dòng)脈斑塊內(nèi)新生血管進(jìn)行3D連續(xù)評(píng)估及定量分析仍是臨床難題，是今后的研究方向[36]。由于聲波衍射極限為1/2 λ，CEUS所能達(dá)到理論分辨率為150～200 μm，如何克服超聲成像的衍射極限，實(shí)現(xiàn)在體微血管精準(zhǔn)成像也是當(dāng)前研究熱點(diǎn)[37]。

4.2.4 超聲定位顯微技術(shù)（ultrasound localization microscopy，ULM）

ULM 采用諧波超聲成像技術(shù)追蹤C(jī)EUS 微泡在高幀頻下的運(yùn)動(dòng)，顯示微血流軌跡，可實(shí)現(xiàn)微米級(jí)的血流成像，其基本步驟為注入微泡、采集錄像、運(yùn)動(dòng)校正、微泡檢測(cè)、微泡分離、定位追蹤以及可視化。通過順序觀察可避免微泡之間的干擾，于每幀圖像中對(duì)檢出的微泡進(jìn)行微測(cè)量精度定位。ULM 可獲取微血管直徑、間距、密度、迂曲度、動(dòng)力學(xué)等新參數(shù)[38]，為進(jìn)一步量化分析奠定了很好的基礎(chǔ)。Huang 等[39]研究利用高幀率超聲探頭，采用ULM技術(shù)獲得了人體肝臟、腎和腫瘤的超分辨率血流圖像。Demené 等[40]研究表明，ULM 可以對(duì)人腦血管進(jìn)行經(jīng)顱成像，觀察血流動(dòng)力學(xué)特征。然而，ULM 臨床轉(zhuǎn)化過程仍存在諸多障礙，如掃描時(shí)間長(zhǎng)、操作依賴性強(qiáng)、信噪比低、缺乏金標(biāo)準(zhǔn)與三維重建技術(shù)等。基于深度學(xué)習(xí)[41]和超諧波成像的ULM 技術(shù)有助于克服上述挑戰(zhàn)，但尚需進(jìn)一步研究。

5 小結(jié)與展望

隨著生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以CEUS為代表的超聲成像技術(shù)已取得突破性進(jìn)展。近年來，多靶點(diǎn)超聲分子成像是新的研究方向，目前，已進(jìn)入三期臨床試驗(yàn)階段的新一代UCA將CEUS推進(jìn)到分子影像的新高度，建立起宏觀影像與微觀病理的橋梁，其有望作為無創(chuàng)性血管生成的標(biāo)志物，對(duì)探討炎癥等疾病的發(fā)病機(jī)制、轉(zhuǎn)歸、治療預(yù)后發(fā)揮重要作用。此外，CEUS已從疾病的診斷逐漸過渡到治療領(lǐng)域，超聲靶向微泡爆破技術(shù)通過超聲的輻照使微泡在病灶部位破裂，產(chǎn)生的聲孔效應(yīng)可增強(qiáng)血管壁及細(xì)胞膜的通透性，增強(qiáng)藥物的遞送效率，提高治療效果。UCA作為載體還可增加藥物在病變部位的富集，降低藥物毒性，在疾病的診療中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景?？傊S著人工智能、影像組學(xué)及分子影像技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來CEUS 新技術(shù)的發(fā)展值得期待。