颈动脉易损性斑块影像学评估及研究进展

陈 兵,刘 月,王汝良

(牡丹江医学院附属红旗医院放射科,黑龙江 牡丹江 157011)

尽管医疗保健取得了巨大进展,但脑血管病仍是全球死亡和致残的主要原因之一,每年超过1 200万人脑卒中,其中超过600万人死于该事件[1]。颈动脉疾病占脑卒中和短暂性脑缺血发作(TIA)的10～15%,通常发生在颈动脉分叉和颈内动脉(ICA),并且依赖血管狭窄程度对卒中进行危险分层。最近的证据表明:卒中不仅与颈动脉狭窄程度有关,更与斑块的性质有关[2]。此外,斑块的易损性是由其内部成分决定的,包括薄而不完全的纤维帽、坏死的脂质核心、斑块内出血、斑块内新生血管、溃疡性斑块形成等。目前颈动脉斑块的主要技术包括超声成像、x射线成像、磁共振成像和正电子发射断层成像,每种技术都有优点和局限性,可根据其可用性、成本等进行选择[3]。虽然超声成像目前被认为是颈动脉斑块检测的一线技术,在无症状的明显狭窄时,需要考虑使用其他技术,如计算机断层血管造影或磁共振血管造影以及正电子发射断层成像技术,从而更好地进行斑块破裂风险的分层和介入治疗前监测,以及斑块发展的早期识别。本文对颈动脉易损斑块的病理生理学、机制以及其影像学研究进展作以综述,为IS与颈动脉斑块的进一步诊断和鉴别诊断提供参考。

1 颈动脉斑块的病理生理学、危险因素及分类

1.1 颈动脉斑块的病理生理学动脉粥样硬化是一种炎症性纤维增生的过程,在这个过程中血管内膜上形成的斑块可以引起血管腔狭窄或血栓形成,从而导致缺血。目前人们普遍认为由高血压、免疫损伤或吸烟等因素引起内皮损伤从而启动炎症反应。损伤的内皮细胞通透性增加,内皮下巨噬细胞吞噬血管中大量的低密度脂蛋白(LDL),经由修饰后,导致内皮细胞进一步的损伤,随后更多的巨噬细胞聚集,成为富含脂质的泡沫细胞沉积在血管内膜中。同时,为了修复血管内皮功能,平滑肌细胞从中膜迁移到内膜增殖,并产生结缔组织基质形成纤维帽覆盖脂质核心,导致病变进一步增厚[4]。此外,在动脉粥样硬化晚期,大量巨噬细胞等炎性细胞浸润血管壁,分泌基质金属蛋白酶,降解斑块细胞外基质中的胶原纤维,导致斑块破裂、出血、血栓形成,进而导致心脑血管事件的发生。

1.2 颈动脉斑块的危险因素颈动脉斑块的危险因素分为可控制和不可控制两类。后者主要指年龄、性别、种族、遗传因素等;而传统的可控制危险因素包括高血压、糖尿病、冠心病、高血脂等;其他的危险因素包括颈动脉剪应力、颈动脉粥样硬化形态学危险因素、颈动脉硬化斑块和血液中的生化危险因素、感染危险因素[5]。

1.3 颈动脉斑块的分类颈动脉斑块可分为易损斑块和稳定斑块,易损斑块指形成血栓倾向较大及容易进展的斑块,其病理特点主要包括薄或(和)破裂的纤维帽、大脂质坏死核、斑块表面溃疡及血栓形成、斑块内出血、炎症细胞浸润、新生血管形成等;与此相反,稳定的颈动脉斑块的特征是厚的纤维帽,不含丰富的脂质核。2000年美国心脏病协会(AHA)将动脉粥样斑块分为I-VIII型,其中富脂质核(IV、V型)和斑块内出血、纤维帽破裂或(和)突入管腔的钙化结节(VI型)的复杂斑块为易损斑块[6]。

2 颈动脉斑块的影像学检查

2.1 超声目前检测颈动脉粥样硬化斑块的存在和监测其发展的主要技术是超声,以往研究表明:超声具有使用广泛、无创、低成本、有效鉴别溃疡、斑块内出血及可量化斑块体积等优势,但对操作者技术较为依赖,且易受钙化斑块及血管畸形的影响[7]。对比增强超声(CEUS)能准确显示动脉粥样硬化斑块,它能够客观地观察动脉粥样硬化斑块中新生血管,清楚地表明活动性炎症,并可对动脉粥样硬化斑块的严重程度进行可视化和分级[8]。Lv等[9]通过对行颈动脉内膜切除术(CEA)的颈动脉狭窄患者做晚期对比增强超声(LP-CEUS)检查,对晚期斑块增强的强度和相对强度比进行定量分析。术后对颈动脉斑块进行CD68组织病理学检查,计算巨噬细胞浸润数,采用Pearson相关分析超声参数与组织病理学的相关性。结果表明:晚期增强强度和相对强度与巨噬细胞数量呈正相关(r=0.69,r=0.65,均P<0.05),LP-CEUS的参数有助于评估颈动脉斑块的炎症,但其造影剂对肾功能不全患者等造成一定的局限。此外,超快超声成像(UUI)通过剪切波弹性成像(SWE)估计颈动脉斑块硬度,并对壁剪切应力(WSS)进行量化。Guillaume等[10]分析了46个具有SWE和29个具有WSS的斑块数据,回归计算出斑块峰值处最大WSS(与SWE织构分析参数相关)的多参数评分,该评分具有80%的敏感性和78%的特异性,表明使用UUI的多参数评分系统(包括斑块硬度和流量分析)可以有效识别组织学上易损的颈动脉斑块,不足之处是其不能进行图像后处理及多个纵向观察。近年来,3D超声已被用于测量动脉粥样硬化斑块体积,可视化斑块的厚度和长度以及更为敏感地检测斑块面积变化[11-12]。Zhou等[13]结合基于体素的完全卷积网络(Voxel-FCN)和连续最大流量模块用来自动分割颈动脉中膜外膜(MAB)和内腔内膜边界(LIB),发现算法分割精度与观察者内手动分割相当,表明这种方法可以在临床上监测颈动脉斑块的进展和消退。

2.2 数字减影血管造影(DSA)DSA一直是颈动脉粥样斑块评估的“金标准”,它减少了侵入性检查的窗口,增加了准确度及敏感度,可以轻松检测出颈动脉斑块的位置及狭窄程度。但是DSA不能明确斑块的性质,具有创伤性,易引起易损斑块脱落引起颈动脉远端狭窄造成脑卒中。四维DSA(4D-DSA)是DSA新兴技术,它将2D-DSA的即时时间信息与3D-DSA的体积信息相结合,以提供时间分辨断层扫描3D重建,从而可能减少手术时间和辐射[14-15]。Yu[14]等过评估临床医生对脑血管病理学的判断能力来评估虚拟单帧4D-DSA相对于2D-DSA图像的诊断质量,他们发现4D-DSA预测的平均诊断质量为1.75,而2D的为2.8(0=非诊断性,1=差,2=可接受,3=好)。4D-DSA和2D-DSA之间的诊断质量存在显着差异(P<0.001),且4D-DSA采集时辐射剂量仅占总体平均总剂量的30%。

2.3 计算机断层血管造影(CTA)颈动脉斑块形态(几何形状和组织组成)的量化可能有助于对中风的风险分层和评估斑块进展或消退。Chrencik等[16]人使用CTA测量93位患者前后4周的总斑块体积,狭窄百分比(直径和面积),富含脂质的坏死核心(LRNC)和斑块内出血(IPH)。结果显示56%的人曾有过中风。平均斑块体积为(837.3±431.3)mm3,狭窄直径百分比为(44.5±25.6)%,狭窄面积百分比为(58.1±29.0)%,且有较强的相关性。这项研究表明:尽管使用不同技术水平的人进行检测,颈动脉斑块几何形状(总体积、直径狭窄和区域狭窄)和组织成分(钙、LRNC和IPH)都能通过可靠半自动图像分析程序得到临床CTA图像,这种方法可以促进纵向研究,以识别高风险斑块特征并量化治疗后斑块的进展或消退。不过虽然该方法减轻了伪影的影响,例如来自植入硬件的条纹伪影,但是在极端情况下,仍然会损害分割和分析的质量,且需要人工输入标记参考点和编辑分割的轮廓。多排螺旋CT血管造影(MDCTA)的发展使严重组织学异质性颈动脉粥样硬化斑块(CAPs)(包含溃疡、脂质、纤维化、血栓沉积、出血、新血管形成和炎症的5种及以上)的检测成为可能。Veraldi等使用MDCTA分别检测非钙化斑中严重异质斑块和轻、中度异质斑块的密度和强度,发现严重组斑块密度≤40、60、80和100 HU的软组织百分比更高,平均强度明显降低。这些结果表明MDCTA对于区分斑块严重性有重要意义,局限性在于没有评估狭窄程度和排除了钙化斑块。

2.4 磁共振成像(MRI)随着MRI技术的发展,其对斑块的不同成分成像方面具有特定的技术优势[17]。Zhang等[18]建立一个以发现高风险斑块为目标的模型—高风险MRI模型(HRPMM),他们对162名颈动脉狭窄患者进行了多对比MRI,包括飞行时间(TOF)、T1和T2加权成像以及对比增强成像。记录和计算颈动脉斑块的放射学特征以建立传统模型,在提取这些图像上的放射组学特征后构建了具有最小绝对收缩和选择算子算法的HRPMM,比较了所有模型识别高危颈动脉斑块的表现。结果发现颈动脉斑块多对比MRI可存储基本图像以外的其他有价值的信息,以供放射组学分析进一步准确区分有症状和无症状的颈动脉斑块,以及在此基础上建立的放射组学模型在识别高危斑块方面优于传统模型。由于图像是人工分割的,虽然可重现性很好,但还没有完全自动化,对整个图像切片进行三维分析花费时间也很长。AP表面形态可能与血管时间有关,Li等人[19]通过MRI测量140名有脑血管症状的患者,确定是否存在颈动脉狭窄和其最大壁厚(Max WT)。结果显示MRI血管壁成像确定的AP表面形态(特别是不规则斑块表面)是随后血管事件的独立预测因子,表明MRI可通过斑块形态预测脑血管事件,但其难以明确狭窄程度。

2.5 其他的影像学检查虽然正电子发射断层扫描(PET)扫描传统上与MRA一样存在着同样的局限性,即采集时间长、空间分辨率有限,但新型PET-CT和PET-MR扫描仪已经使PET成像成为进一步研究颈动脉斑块的一种选择,它将解剖图像或代谢图像与炎症和缺氧等特定标记相结合[20-21]。虽然超声作为颈动脉斑块的首选检查,但在严重狭窄时需要考虑使用CTA、MRA或PET。MRA、CTA和PET帮助我们更好地了解斑块破裂风险的分层和介入前监测,以及斑块发展的早期识别。Kelly等人最近发表的一项队列研究发现表明,较高18F-FDG的摄取是炎症引起的斑块代谢的有效标志物,与斑块不稳定标志物和晚期临床事件相关,而与复发性脑梗死的并发症无关[22]。根据这一结论得到症状性颈动脉粥样硬化炎症管腔狭窄评分(SCAIL),它将PET-CT上18F-FDG标准化摄取值作为斑块炎症参数从而评估缺血性卒中复发风险[23]。

钙化和斑块破裂是症状性颈动脉狭窄的重要病因。Shi等人[24]对88名患者进行了颈动脉斑块的光学相干断层扫描(OCT)检测颈动脉斑块中钙化的几何特征,并检查其与斑块破裂的关系。结果发现浅表钙化和圆形钙化与颈动脉斑块破裂有关,OCT在检测钙化的位置和形状有独到作用。Yang Q等[25]通过OCT评估斑块的详细特征,并开发一个结合临床指标DSA和OCT成像标记物的简单量表来识别症状性颈动脉斑块,表明基于OCT检测(高密度脂蛋白)HDL-C<0.925 mmol/L、血管造影不规则斑块、白色血栓的三项量表可为鉴别症状性颈动脉斑块提供信息,但需要进一步的大规模研究来验证症状性颈动脉斑块量表在早期识别颈动脉粥样硬化方面是否具有临床价值。

3 小结与展望

目前成熟的影像学通过识别颈动脉斑块易损性从而有效识别脑卒中风险。比较不同的斑块成像方式可能是有用的,但多种影像技术的结合互补可能最有价值。此外,进行成本效益研究也很有必要,一些小型临床研究已经使用先进的斑块成像来指导治疗(可以选择进行药物治疗或血管重建术的患者,监测药物治疗的患者),但仍需要开展大型多中心试验来确定这些斑块成像是否优于仅使用狭窄程度来选择有创治疗的患者。