颈动脉粥样硬化斑块超声弹性成像技术及其评估研究进展

陈旭兰，钱 伟

粥样硬化斑块破裂是引起心脑血管事件的主要原因之一，因此，斑块的定量特征和事件发生前不稳定斑块的识别对疾病预防和治疗决策至关重要[1]。颈部血管位置表浅，便于通过识别颈动脉斑块的性质，进行心脑血管疾病的早期预防。临床上有许多检查评估动脉粥样硬化斑块的影像技术，包括数字减影血管造影术(digital subtraction angiography，DSA)、血管腔内超声成像术(intravascular ultrasound，IVUS)、磁共振血管造影术(magnetic resonance angiography，MRA)、计算机断层扫描血管造影术(computed tomography angiography，CTA)、彩色多普勒超声血管检查等。虽然认为DSA、IVUS是目前评价动脉粥样硬化斑块稳定性的金标准，但因其操作需要昂贵的设备和耗材及较高的技术水平，且有创、费时、患者花费多，在临床实际工作中应用受限；而MRA和CTA也因花费昂贵，操作复杂而应用受限[2,3]。彩色超声血管检查具有无创、简便、重复性好、可动态监测等优点，目前广泛应用于评估颈动脉斑块性质、稳定性。但是彩色超声血管检查依赖于检查医师的经验和设备的分辨率；对于斑块的硬度及内部成分缺少定量及定性评估。

近年来，新研制的弹性成像无创评估技术的研究受到了广泛关注。弹性成像技术利用各种病理变化的软组织弹性，产生定性和定量的信息可用于诊断疾病[4]。超声弹性成像在无创评估肝纤维化方面显示出良好的效果，同时在乳腺、甲状腺、前列腺、肾脏和淋巴结成像方面也有新的应用。而目前应用弹性成像这一无创性技术评估颈动脉粥样硬化斑块稳定性临床鲜有报道[5]，血管弹性成像可用于估计粥样斑块的组成成分、评价粥样斑块的易损性、估计血栓的硬度和形成时间，甚至观察介入治疗和药物治疗的效果，具有重要的临床价值。

1 超声弹性成像技术

1.1 基本原理 超声弹性成像技术(ultrasonic elastography)最早是由Ophir等[6]在1991年提出的，因为组织的弹性模量分布特点与病灶的生物学特性两者密切相关，传统二维灰阶超声检测无法将组织弹性模量这一基本力学属性特征直观地显示出来，而利用超声弹性成像技术可以定量估计组织的弹性模量分布并且同时再将之转化为声像图并展示出来。

超声弹性成像技术的基本原理是对需要检测的器官或组织部位施加一个内部(包括自身的)或外部的动态或者静态/准静态的压力刺激，在弹性力学、生物力学等物理规律作用下，被检测的组织器官或部位会将产生一个反应，如位移、应变、速度等变量会产生相当程度的变化[7]。根据这些组织器官在压力下的变化利用特殊的超声成像技术，辅以数字信号处理或数字图像处理技术，可以计算出器官组织内部的结构情况，从而间接或直接反映器官组织内部的弹性模量等力学属性的差异。

1.2 超声弹性成像相关技术 超声弹性成像的技术目前有很多种类，主要包括有创(侵入性血管内超声弹性成像)和无创(非侵入性血管超声弹性成像)两大类[8]。早期Taylor等[9]把无创的超声弹性成像技术主要分为3种：压迫性弹性成像(compression elastography or strain imaging)、间歇性弹性成像(transient elastognaphy)和振动性弹性成像(vibration sonoelastography)。此外，近年来新报道的声辐射力弹性成像技术，应用比较广泛。

1.2.1 压迫性弹性成像技术 是通过超声操作者使用超声探头时用手法加压给被检测部位施加一定的压力，比较器官组织部位受压前后的变化得到一幅压力图像。目前,临床应用较广泛的超声弹性成像仪器是以原有的彩色超声仪器为基础，在设备内部设置可调控的超声弹性成像感兴趣区(region of interest，ROI)，可以比较加压过程中感兴趣区内器官组织与周围器官组织之间的弹性(即硬度)差异。但手法加压法有一定的局限性，受检查者人为影响因素较多，因施加压力的大小不同、释放的频率快慢而不同，而产生相应的应变与位移不同。

1.2.2 间歇性弹性成像技术 是给检查部位或组织施加一个低频率的间歇振动造成部位或组织产生一定的位移，然后用超声检测组织反射回来的回波进而探测组织的位置移动情况。通过这种间歇性震动刺激结合超声波可得到感兴趣区中不同弹性系数的器官组织的相对硬度图。该技术的优点是采用超声系统，价格便宜且具有无痛、无创的优点，方便患者检查，检测速度快，不依赖于操作人员的主观判断，且重复性好，值得临床应用和推广。

1.2.3 振动性弹性成像技术 是采用一个低频率(<1 kHz)的振动刺激于检查部位组织并在其内部传播，通过实时多普勒超声产生一个振动图像并显示在屏幕上。目前，振动性超声成像技术是一种非常新的弹性成像技术，还处于初始研究阶段，仅用于离体组织的实验研究，尚未广泛应用于临床。

1.2.4 声辐射力弹性成像技术 这项技术主要包括声脉冲和剪切波两种方式。

1.2.4.1 声辐射力脉冲成像技术(acoustic radiation force imaging，ARFI) 是近年来研究报道较多的一种超声弹性成像术，是这项技术的一个新的突破。临床上常见于表面不规则伴有钙化覆盖的斑块，这种斑块的内部性质如何一直是临床医师和研究者检测的难点。传统二维灰阶超声检测钙化斑块时只能显示斑块后面的声影，因对声影后方器官组织无法显像而探测不到。ARFI则不受斑块表面声阻抗大小的影响，即钙化斑块声影的影响，可清晰地显像纤维帽声影后方的脂质核心，对钙化斑块的性质和稳定性进行较为准确的评估。

1.2.4.2 剪切波弹性成像技术(shear wave elastic imaging，SWEI) 是一种新的测量方法，是利用超声探头发射声辐射脉冲，在组织内形成剪切波，系统获得信息后，并通过编码，形成弹性成像图像。在其中，杨氏模量值(Young’s Modulus)是最重要的识别斑块性质的参数。根据杨氏模量为E=3ρc2的公式，杨氏模量表示组织弹性，ρ表示介质密度，c为剪切波速，利用Aixplorer扫描仪可以测量组织的杨氏模量。当杨氏模量值越大时，组织的硬度越大，当杨氏模量值越小时，组织的硬度越小，进而进行颈部斑块硬度的识别。

2 评价颈动脉硬化斑块的应用

2.1 无创压力性弹性成像 常用的评估方法为弹性评分、弹性面积及两者的比值测量斑块的稳定性。随着评分的增高，斑块的稳定性增加；随着弹性面积比值(B/A)的增加，其稳定性增加，这两项值越大，即表示颈动脉硬化斑块的硬度越大，斑块越稳[10]。胡小丽等[11]研究了颈动脉硬化斑块与脑梗死的相关性，提示超声弹性成像技术通过弹性图像显示及弹性参数值可以判断颈动脉斑块的稳定性，为颈动脉斑块性质的检测提供又一种检测手段，可以早期干预和治疗急性脑梗死等脑卒中事件，这与国外许多研究结果高度一致，均表明超声弹性成像技术在判断斑块稳定性方面有较高的应用价值，值得临床推广。林长江等[12]从超声弹性图像、弹性半定量指标、斑块的灰阶中位数(GSM)和弹性参数值几个方面对斑块的稳定性进行判断，结果显示：均质低回声斑块及不均质低回声斑块，病理上富含脂质，受压后应变较大，性质较软；而不均质高回声斑块及均质高回声斑块病理上以纤维结缔组织及钙化成分为主，受压后应变较小，性质较硬。研究提示超声弹性成像技术能够通过判断动脉硬化斑块软硬程度的不同，来间接反映斑块内部病理成分的不同，为易损斑块的评估判定提供了有力的证据。国外有研究者应用超声弹性成像技术的应变值来判断颈动脉硬化斑块的组成和易损性，结果显示与缺乏脂质核心的动脉粥样硬化斑块相比，弹性成像的绝对应变值在富含有脂质核心的动脉粥样硬化斑块中是显著降低的，其诊断敏感度可达77%～100%，特异度可达57%～79%[13]。Cloutier等[14]利用超声弹性成像和超声回声分析区分有症状性颈内动脉狭窄患者和无症状性颈内动脉狭窄患者的颈动脉斑块性质。

2.2 无创声辐射力脉冲成像 该技术用于颈动脉斑块的研究报道较多，主要测量剪切波速度(shear wave velocity，SWV)，对其弹性或硬度进行量化分析，感兴趣区质地越硬其SWV就越快，相反SWV值就越慢。国外研究者报道了应用ARFI对斑块稳定性的进行评估，根据声辐射力对组织产生机械性能位移的特征，通过测量位移信息区分组织硬度[15]。ARFI技术可准确区分软斑、硬斑及观察斑块的均质性，还可以对颈动脉斑块性质和稳定性进行定量检测，尽早预测急性脑梗死的发生[16]。新近研究者应用ARFI成像检查了119例脑血管病患者，并与MRI进行诊断证实，结果显示有症状组的剪切波速度(SWV)小于无症状组，差异有统计学意义(t=4.848，P<0.05)；不同斑块回声组之间的SWV差异有统计学意义(P<0.05)，证明了ARFI技术通过测量不同斑块间的SWV，能够为斑块易损性的评估提供客观依据[17]。此外，杨环宇等[18]利用声触诊组织量化技术检测颈动脉斑块弹性SWV值与脑卒中发生风险的相关性，共入选98例颈动脉斑块患者，结果发现VTQ测定的弹性值SWV能反映颈动脉斑块的稳定性，可以作为脑卒中发病风险预测评估的有效指标。

Roy Cardinal 等[19]利用横断面研究纳入31例颈内动脉狭窄的患者，使用弹性成像参数轴向应变、剪切应变和平移运动定义颈动脉斑块为稳定性斑块，斑块合并新生血管化和不稳定性斑块，并测量了最大轴向应变、累积轴向应变、平均剪切应变、累积剪切应变、累积轴向平移量和累积横向平移量等指标，计算了累积轴向应变与累积轴向位移的比值，使用高分辨率MRI进行证实斑块性质。结果发现累积轴向平移量和累积轴向应变与累积轴向平移量的比值可以区分不稳定性和稳定性斑块，或者确定不稳定性斑块中是否存在新生血管。稳定性斑块、斑块合并新生血管化和不稳定性斑块组各参数均有差异，检测新生血管化斑块最具鉴别性的参数是累积轴向应变与累积轴向平移的比值。

2.3 无创剪切波弹性成像技术 该技术临床报道较少，李海欣等[20]研究卒中组颈动脉斑块形成患者41例与非卒中组颈动脉斑块形成患者50例的实时剪切波弹性成像检查，记录并分析斑块的整体杨氏模量值，卒中组斑块的杨氏模量明显小于非卒中组[(38.41±16.30)kPavs(51.03±21.46)kPa]，差异有统计学意义(P<0.05)，提示缺血性脑卒中患者斑块质地较软，为不稳定性斑块。Lou 等[21]根据单侧局灶性神经症状的存在，将61例患者分为有症状组和无症状组，分别用杨氏模量法和灰阶分级法评价颈动脉斑块的弹性和回声特性。共检测271个颈动脉斑块，Bland-Altman试验表明，用SWE法测量杨氏模量具有很好的重现性，271个斑块的帧间变异系数为16%。在61个代表性斑块中，当混杂因素得到控制时，灰阶分级与平均杨氏模量显著相关(r=50.728,P<0.01)。有症状组代表性斑块的平均杨氏模量低于无症状组(平均杨氏模量:81 kPavs115 kPa；P<0.01)。Logistic回归结合患者检查特征分析表明，当平均杨氏模量与狭窄率结合时，对有症状的颈动脉斑块的识别灵敏度和特异度提高。因此，应用剪切波成像中的杨氏模量，可以作为检测颈动脉症状斑块的另一种方法，与普通灰阶超声相结合，可以提高鉴别颈动脉症状斑块的效率。

2.4 有创弹性成像技术 血管内超声弹性成像因其有创性，临床应用较少。初期，研究者主要借助于仿体或离体血管进行血管内超声的研究。近期，张梅李、李赵欢等[22, 23]应用自研的VIVI血管内超声弹性成像软件研究发现，易损的脂质斑块较稳定的纤维斑块面积应变更高，且偏心斑块与向心斑块的弹性力学差异明显，偏心斑块的剪切应变和面积应变显著大于向心斑块，斑块的偏心指数和斑块负荷可用于检测斑块的弹性力学稳定性，其中对斑块的弹性力学稳定性影响更大的是偏心指数。

3 局限与展望

超声弹性成像技术较传统二维灰阶超声比较，可以提供器官组织内部弹性成像信息，在颈动脉硬化斑块诊断方面，尤其是易损斑块的定性诊断上显示出它独特的临床应用价值。但是我们也要看到，超声弹性成像技术还存在一些不足之处，如检测目标太小(<5 mm)时弹性成像不能如实地反映其硬度和性质，可造成弹性分级的误判；切面选择上常选择大的切面，有可能忽略其他切面的斑块特点和性质，有一定片面性，如果是实时三维超声成像，可能会解决这一问题；弹性成像伪像的问题也不容易忽视，操作者的压迫力度，伪像的形成会影响对斑块成分的评估。因此，我们的诊断不能完全依赖超声的影像学结果，要结合临床和实验室指标进行综合判定。我们相信随着科技的进步，超声弹性成像技术的不足之处也会得到很大改善，近年来有应用弹性成像的斑块纹理研究及早发现颈动脉斑块的易损性和不稳定性[24]。通过对颈动脉硬化斑块稳定性状况的判断，可以对心脑血管危险因素给予早期预防和早期干预，防止急性脑卒中、急性冠脉综合征等恶性心脑血管疾病带来的不良后果。