ARFI技术对颈动脉粥样斑块的研究进展

高万云 陈书祥 赵 静 张莹莹 周 迪 白旭东

(吉林大学第二医院电诊科，吉林 长春 130041)

目前颈动脉粥样硬化(AS)斑块稳定性的评估已成为影像学研究的热点之一。特别是在老年人群中，其斑块的形成是引起脑梗死的重要病因。用声辐射力脉冲成像(ARFI)技术进行检测，可以解决临床面临的重要挑战，区分不稳定的“软”斑块与稳定的“硬”斑块，更好地预测心肌梗死和脑卒中发病的风险〔1〕。本文主要从AS斑块的病理学特征入手，对ARFI技术的基本原理及其在AS斑块中的应用研究进行综述。

1 AS斑块的病理学特征

颈动脉斑块的形成是外界环境因素和内在多基因调控异常共同的作用结果，其发展是一个动态平衡过程，即平滑肌细胞产生的胶原纤维组成斑块帽与通过金属蛋白酶等介导的基质降解之间的平衡，打破了平衡，斑块的稳定性下降，则成为不稳定斑块或易损性斑块〔2〕。

AS是慢性、进行性的动脉内膜广泛性病变，以脂质、蛋白质和胆固醇脂进行性的沉积为特征，伴有平滑肌细胞增生、胶原纤维增多、坏死及炎症反应等的病理过程，以血管分叉和转弯处最为显著。其引起缺血性脑梗死的病理机制为：易损斑块破裂脱落的栓子栓塞颅内血管或颈动脉狭窄导致的低灌注〔3〕。组织学上，易损斑块是指那些不稳定和有血栓形成倾向的动脉斑块。斑块越软，其纤维帽越薄，炎症反应越活跃，平滑肌成分则相对越少，斑块内脂核越大，承受的应力越大，越易于破裂〔4〕；而稳定性斑块由于含纤维帽较厚，甚至已钙化，脂核较小，炎症反应较轻，承受的应力较小，故不易脱落引发心脑血管事件。

影响斑块易损性的主要因素包括：(1)脂质核心大小。粥样斑块的核心富含细胞外脂质，特别是胆固醇和胆固醇酯。在引起急性冠脉综合征的研究中显示〔5,6〕，易于破裂的斑块脂质核心占斑块的40%以上；(2)纤维帽的厚度。粥样斑块的纤维帽是由富含胶原的基质和平滑肌细胞组成。同一研究中显示，纤维帽厚度小的斑块更容易破裂〔7〕，而斑块纤维所占比例>70%，纤维帽较厚且较坚硬，则不易于破裂；(3)炎性细胞的浸润。尤其是斑块内巨噬细胞数量与斑块的稳定性密切相关，为判断斑块稳定性提供量化指标；(4)新生血管的生长。斑块内新生血管的生成反映炎性反应的存在，亦增加斑块的不稳定性；(5)斑块内出血和表面溃疡。作用于斑块的血流和血管壁应力是影响斑块稳定性的重要外因。总之，及时准确地检测颈动脉斑块的性质可以间接评估心血管疾病的潜在风险，提醒临床医师及早给予有效干预，减少心血管意外的发生。

2 ARFI技术及基本原理

超声弹性成像是Ophir等〔8〕于1991 年提出的，是对组织施加一个内部或外部的动态或静止激励，组织将遵循弹性力学、生物力学规律产生响应。ARFI技术是超声弹性成像技术的一种，是利用调制的聚焦超声波束作为激励机制，组织受力后产生纵向压缩和横向振动，产生声剪切波，利用特定的电子系统采集组织内剪切波信号，就可以获得感兴趣区域的低频剪切波的传播速度。而剪切波的速度依赖于组织弹性，从组织弹性模量的估算，就可间接反映出该区域组织的弹性程度〔9〕。

ARFI 是一种新兴的成像技术。传统的 B 型超声是根据组织的声阻抗差异来显示组织解剖结构，其成像显示的是组织的回波纹理、形态、大小、阴影等；ARFI 组织成像获得的是与组织形变(应变)特性相关的信息，显示的是组织的质地、弹性硬度、弹性数值、形态比、面积比等，从这个意义上讲，更类似于组织的物理触诊检查， 可提供组织硬度测量的数值，这是另一个独立维度的组织信息，几乎适用于人体所有器官的检查。

3 ARFI技术在AS斑块中的应用

近年来，超声技术在外周静脉血栓、动脉硬化斑块、血管畸形、血流状态评测等血管疾病检查中发挥着重要作用〔10〕。随着超声新技术不断前进，特别是针对颈动脉硬化斑块检测领域，进展更为迅猛。目前用于检测颈动脉斑块的方法很多，以往多应用二维超声根据斑块的回声及表面情况判断斑块性质，根据回声是否均匀及表面形态来判断斑块的质地；超声造影评价脑梗死患者颈动脉软斑内新生血管〔11〕；运用血管内超声(IVUS)、光学相干成像(OCT)、CT、MRI等一系列技术研究斑块的特点〔12～15〕；血清学标志物与斑块发生发展的相关性等〔16〕。但上述方法都有一定的局限性，如灰阶超声并不能真正反映组织的质地；超声造影无法很好地显示较小斑块，因此限制了其在易损斑块早期诊断和预防中的价值〔17〕；IVUS 是有创性的以导管技术为基础的现象方法，但对细微结构的分别差〔18〕，诊断斑块破裂及血栓形成一直是IVUS显像上的难题；OCT是一种新的血管内成像方法，由于其良好的图像分辨力，更能精确地分辨粥样斑块的细节特征，但属有创检查，且费用昂贵。

ARFI 是近年来推出的一种无创评估组织弹性的超声成像技术，能够对组织弹性分布特征进行定性、定量评价，有重要临床应用价值。

颈动脉斑块按超声表现分为〔19〕：(1)软斑：斑块突出于管腔内，表面有连续的回声轮廓及光滑的纤维帽，形态多不规则，弱回声区有时可呈偏心半圆形，内部结构均匀或不均匀，无声影；(2)硬斑：由于斑块内钙化或纤维化，局部回声增强，为强回声或中强回声区，可呈块状或点状，大小不一，斑块轮廓清晰，其后伴声影或弱声影；(3)混合斑：由不均质软、硬斑混合组成，为强回声、中等回声及低无回声混合存在，形态不规则，范围一般较大，常常造成局部管腔高度狭窄或堵塞。

基于 ARFI 技术原理，临床应用的是声触诊组织成像(VTI)技术和声触诊组织量化(VTQ)技术；VTI 技术依据局部组织纵向上的位移大小，直接反映该区域组织的组织弹性，以灰阶形式成像，灰度愈大，提示弹性程度愈大；VTQ 技术则是通过获得横向振动产生的剪切波信息，计算并显示剪切波速度 (即VTQ值)，VTQ值与组织弹性的平方根成正比，间接反映组织的弹性，速度越大表示组织弹性愈大〔20〕。

VTI技术是一种目测观察、定性描述组织硬度的方法。先确定需要探测组织弹性的感兴趣区(ROI)，对ROI反射推进脉冲波，同时发出序列探测脉冲，使ROI组织产生局部位移〔21〕，系统会根据此位移量后生成一个ROI的组织硬度灰阶图。图上灰阶回声强度越强代表组织质地越软，灰阶回声强度越弱代表组织质地越硬。血管血小板阻塞模型显示VTI图像较B超图像对比度高，ARFI技术可准确评价斑块软、硬及是否均质〔22〕。

VTQ技术是以声脉冲辐射力成像技术为基础的二维弹性成像，利用超声方法跟踪因纵向位产生的横向剪切波，剪切波传播速度(SWV)提供了定量的测量方法。有研究〔23〕表明以SWV节点值1.205 m/s预测急性冠脉综合征的敏感性76.7%，特异性62.9%，阳性预测值为60.2%，阴性预测值为74.5%。可见根据VTQ技术可对斑块性质作进一步分析，有效地帮助临床医生评价心血管并发症的风险。软斑块组斑块SWV 最慢，其次是混合斑块组，硬斑块组斑块SWV最快，差异有统计学意义，这和组织的SWV与其弹性系数成反比的结论相符〔24〕。软斑块由于纤维帽薄，脂质核心大，承受的应力较大，故弹性系数也较大，SWV 较小；反之，硬斑块由于其纤维成分已钙化，脂质成分甚少，则所承受的应力较小，则弹性系数较小，SWV较大。由此看出，ARFI技术可根据斑块的SWV的大小对斑块的质地及稳定性提供一定参考。国外Dumont等〔25〕利用ARFI技术对猪髂外动脉管壁斑块研究发现，利用 VTQ技术可以研究斑块的 VTQ 值，并且而经免疫组化分析，主要成分为弹性蛋白和胶原蛋白。因此表明 ARFI 可以间接判断动脉粥样硬化。

总之，与其他斑块检测技术相比，ARFI技术具有价格低廉、操作简单且能较准确地判断斑块的质地等优点。尽管由于ARFI的测量框大小无法调整，使其应用仍有一定的局限性，但相信随着其不断发展，ARFI技术有望成为检测颈动脉斑块的又一诊断手段，为减少心脑血管事件的发生及治疗不稳定性斑块提供一定的参考。

4 参考文献

1Allen JD， Ham KL， Dumont DM，etal.The development and potential of acoustic radiation force impulse (ARFI)imaging for carotid artery plaque characterization〔J〕.Vasc Med，2011；16(4)：302-11.

2Fayad ZA，Fuster V.Characterization of atherosclerotic plaques by magnetic resonance imaging〔J〕.Ann N Y Acad Sci，2000；902：173-86.

3Peters RJ， Kok WE， Havenith MG，etal.Histopathologic validation of intracoronary ultrasound imaging〔J〕.J Am Soc Echocardiogr，1994；7(3)：230-41.

4Homburg PJ， Rozie S， van Gils MJ，etal.Atherosclerotic plaque ulceration in the symptomatic internal carotid artery is associated with nonlacunar ischemic stroke〔J〕.Stroke，2010;41(6)：1151-6.

5陈玉国，徐 峰，张 运.动脉粥样硬化蚀损斑块合并血栓形成研究进展〔J〕.中华心血管病杂志，2006;34(3)：285-6.

6Naghavi M， Libby P， Falk E，etal.From vulnerable plaque to vulnerable patient .A call for new definitions and risk assessment strategies:Part Ⅰ and Part Ⅱ〔J〕.Circulation，2003;108(14-15)：1664-778.

7Palmer ND， Northridge D， Lessells A，etal.In vitro analysis of coronary athermanous lesions by intravascular ultrasound；reproducibility and histological correlation of lesion morphology〔J〕.Eur Heart J，1999;20(23)：1701-6.

8Ophir J， Cespedes I ， Ponnerkanti H ，etal.Elastography： a quantitative method for imag the elasticity of biological tissues〔J〕.Ultrason Imaging，1991;13(2)：111-34.

9Nightingale K， Soo MS， Nightingale R，etal.Acoustic radiation force impulse imaging： in vivo demonstration of clinical feasibility〔J〕.Ultrasound Med Biol，2002;28(2)：227-35.

10刘 芳，欧阳福珍，赵 伟，等，超声技术评价老年血管疾病患者颈动脉粥样硬化的临床意义〔J〕.中国超声医学杂志，2004；20(11)：831-4.

11黄品同，林 苗，田新桥，等.超声造影对脑梗死患者颈动脉软斑块内新生血管的评价〔J〕.中华超声影像学杂志，2007;16(12)：1045-7.

12Mitroshkin MG， Ezhov MV， Matchin IG，etal.Value of the spectral analysis of radiofrequency intravascular ultrasound data in the evaluation of nonsignificant coronary lesions in chronic CHD patients〔J〕.Kardiologiia，2011;51(10)：4-8.

13Stamper D，Weissman NJ， Breainski M.Plaque characterization with optical coherence tomography〔J〕.J Am Coll Cardiol，2006;47(8 Suppl)：C69-C79.

14De Weert TT， Ouhlous M， Meijering E，etal.In vivo characterization and quantification of atherosclerotic carotid plaque components with multidetector computed tomography and histopathological correlation〔J〕.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2006;26(10)：2366-72.

15Clarke SE， Beletsky V， Hammond RR，etal.Validation of automatically classified magnetic resonance images for carotid plaque compositional analysis〔J〕.Stroke，2006;37(1)：93-7.

16Scridon T， Novaro GM， Bush HS，etal.Reclassification of patients for aggressive cholesterol treatment ：additive value of multislice coronary angiography to the national cholesterol education program guidelines〔J〕.Clin Cardiol，2008;31(9)：419-23.

17颜 丹，何 文，邬冬芳，等.应用血管回声跟踪技术评价脑梗死患者颈动脉弹性〔J〕.中国医学影像技术，2009;25(1)：69-71.

18Ehara S， Kobayashi Y，Yoshiyama M，etal.Spotty calcification typifies the culprit plaque in patients with acute myocardial infarction： an intravascular ultrasound study〔J〕.Circulation，2004;110(22)：3424-9.

19卢 峻，吴 瑛，徐金峰，等.高频超声探查颈动脉预测冠状动脉病变〔J〕.中国医学影像技术， 2003;19(6)：682.

20张光晨，吴长君，倪子龙.声脉冲辐射力成像技术在肝脏疾病中的应用〔J〕.中国医学影像学技术，2011;27(11)：2357-9.

21Bourchard RR，Dahl JJ，Hsu SJ，etal.Image quality， tissue heating， and frame rate trade-offs in acoustic radiation force impulse imaging〔J〕.IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control，2009;56(1)：63-76.

22Dahl JJ， Dumont DM， Allen JD，etal.Acoustic radiation force impulse imaging for noninvasive characterization of carotid artery atherosclerotic plaques： a feasibility study〔J〕.Ultrasound Med Biol，2009;35(5)：707-16.

23翟红燕，陈东风，王少春，等.冠心病伴颈动脉粥样软斑块患者斑块SWV的测定及意义〔J〕.山东医药，2013;53(11)：32-5.

24Osaki A， Kubota T， Suda T，etal.Shear wave velocity is a useful maker for managing nonalcoholic steatohepatitis〔J〕.World J Gastroenterol ，2010;16(23)：2918-25.

25Dumont D， Behler RH， Nichols TC，etal.ARFI imaging for noninvasive material characterization of atherosclerosis〔J〕.Ultrasound Med Biol，2006;32(11)：1703-11.