超声造影评估易损颈动脉斑块的研究进展△

刘滢滢，康 松，梅 雪，张 赫，竹彬杨，姜双全

哈尔滨医科大学附属第二医院超声医学科，黑龙江 哈尔滨 150086

目前，中国脑卒中发病率已位居世界前列。研究表明，2030年中国脑卒中的发生率将比2010年增加50%，其中，缺血性脑卒中约占80%[1]。缺血性脑卒中是由颈动脉狭窄引起的中枢神经系统灌注不足，或颈动脉斑块表面血栓脱落致动脉栓塞引起，斑块可引起动脉管腔狭窄，既往常根据患者有无临床症状和颈动脉狭窄程度对患者进行危险分层。研究表明，在无症状患者中，动脉管腔狭窄并未直接增加脑卒中的发生风险[2]。除狭窄程度外，脑卒中的发生与颈动脉斑块易损性密切相关，当斑块发生破裂、脱落，形成血栓并阻塞远端动脉时缺血性脑卒中事件随即发生。然而，易损斑块容易被忽视，早期识别易损斑块并及时干预是有效降低脑卒中发生的关键[3]。本文就动脉粥样硬化斑块的形成过程、斑块易损性与斑块内新生血管及超声成像技术检测颈动脉斑块等方面进行综述。

1 动脉粥样硬化斑块的形成过程

动脉粥样硬化是一种全身性炎症状态，早期表现为内皮功能障碍[4]，一般发生在血管剪切应力较低的区域，如动脉分叉或颈内动脉起始处。在动脉粥样硬化形成早期，血管内皮受损后，表达并释放多种黏附分子，吸引单核细胞和淋巴细胞聚集，单核细胞迁移到内皮下，被低密度脂蛋白胆固醇（low density lipoprotein cholesterol，LDL-C）氧化成巨噬细胞，血液中的脂质被巨噬细胞吞噬成为泡沫细胞，大量泡沫细胞在内皮下聚集，形成脂质条纹[5]，随着病变进展，内皮细胞、巨噬细胞与平滑肌细胞（smooth muscle cell，SMC）逐渐凋亡或坏死，形成斑块坏死核心的主要成分，斑块的纤维帽通常由SMC产生，SMC从基质迁移到内膜间隙后增生并分泌细胞外基质以维持斑块的完整性和稳定性。巨噬细胞则常聚集在斑块肩部的纤维帽内，通过产生基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）降解血管SMC产生的细胞外基质[6]。MMP 在动脉粥样硬化斑块的发展和发病机制中起着关键作用，特别是在疾病的晚期，其活性升高增加了斑块破裂的风险。SMC的丧失和MMP的产生导致斑块纤维帽破裂，使脂质核心暴露在血流中形成血栓，微血栓随着血流阻塞脑血管，最终发生脑卒中事件[7]。

2 动脉粥样硬化斑块易损性与斑块内新生血管

易损动脉粥样硬化斑块的病理组织学特征通常为富含脂质的坏死核心、薄纤维帽、大量炎症细胞浸润、斑块内新生血管（intraplaque neovascularization，IPN）形成、斑块内出血（intraplaque hemorrhage，IPH）和微钙化[8]，其中，IPN是易损斑块最具代表性的特征。Zamani等[9]研究提出，缺氧在斑块破裂进展过程中起着重要作用，缺氧环境通过刺激新生血管生成、单核细胞浸润和巨噬细胞活化，从而促进斑块的生长。IPN 形成是缺氧和炎症触发的过程，常发生在病变晚期，随着斑块的生长，其厚度因SMC的增殖而增加，使源自血管外膜的滋养血管氧弥散力降低，加之炎症细胞高代谢导致氧气需求增加，使斑块深处缺氧进一步加重，因此，斑块内病理性新生血管生成增多，滋养血管向斑块内增殖。由于新生微血管发育不成熟，内皮细胞间隙较宽，因此其本身脆弱易损伤。当血管内血浆蛋白、红细胞和炎症细胞外溢时，导致斑块内出血、炎症加重和斑块增大。在IPN扩张与晚期斑块内的炎症浸润共同作用下，细胞外基质降解加快，巨噬细胞浸润和坏死核心增大，从而加速斑块破裂[10]。研究表明，IPN生成是斑块易损性的重要标志，新生血管密度越大，斑块易损性越强，因此，积极寻找检测斑块内新生血管的技术手段具有重要意义[11]。计算机断层扫描（computer tomography，CT）、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）、数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）及超声等技术均可应用于颈动脉斑块的检测[12]，超声检查因其便捷、无创、无辐射、可床旁操作等优点，已成为评估颈动脉斑块的首选影像学检查方法[13]。

3 常规超声及三维超声检测颈动脉斑块

3.1 常规超声检测颈动脉斑块

颈动脉位置表浅固定，高频超声能清晰显示动脉壁三层结构，通过测量内-中膜厚度（intima-media thickness，IMT）可早期确定斑块的存在[14]，并可准确判断斑块位置、大小、回声、形态等参数，可以根据颈动脉斑块的回声判定其易损性。Fedak 等[15]将颈动脉斑块分为均质低回声、低回声为主型、高回声为主型、均质高回声。常规超声检查斑块回声低、形态不规则、纤维帽不连续、表面存在溃疡凹陷均提示其易损[16]。尽管常规超声已是亚临床动脉粥样硬化风险分层的公认检查方法，但因角度依赖性易受伪像影响，当斑块内有钙化、出血时，容易与周围组织回声混淆，此时对斑块性质及易损性难以进行准确评估，此外二维超声仅显示斑块的一个切面，无法完整展示斑块的立体形态。

3.2 三维超声（three dimention ultrasound，3D-US）检测颈动脉斑块

对颈动脉斑块的二维超声图像进行三维重建，可得到静态3D-US图像，可立体地展现斑块空间形态与表面特征，更加直观地展示狭窄的血管腔，为观察易损斑块提供了新视角。随着计算机技术的飞速发展，3D-US实现了从静态到动态的突破，并已在颈动脉斑块临床诊断中发挥重要作用[17]。实时3D-US不仅可展示斑块的空间形态，还可以通过血管斑块定量分析技术（vascular plaque quantification，VPQ）对斑块进行定量分析，包括自动获取断面的容积数据，分析斑块体积、标准化管壁指数（normalized wall index，NWI）、灰阶中位数（gray scale median，GSM）等。有研究以颈动脉内膜剥脱术后斑块组织病理学检查为诊断标准，探讨3D-US VPQ 技术诊断颈动脉斑块性质的临床价值，结果显示，3D-US VPQ 技术中NWI 与GSM参数可辅助诊断斑块性质，对斑块易损性的诊断价值较高[18]。然而，由于三维容积探头体积较大，限制了其广泛应用[19]。新型3D-US矩阵探头结合定量软件的应用正试图克服这一局限，López-Melgar等[20]应用猪颈动脉、股动脉粥样硬化标本，评价新型3D矩阵探头测量斑块体积的准确性，结果表明，其与组织学金标准之间存在高度一致性，且新型矩阵探头联合计算机软件可以在更短的时间内准确量化斑块体积。然而，常规超声及3D超声对于颈动脉斑块的检测主要集中于分析其解剖、形态学参数，无法评估斑块内新生血管，超声新技术为颈动脉斑块内新生血管的显示提供了新方法。

4 颈动脉斑块超声成像新技术

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

SMI是一种新型的非侵入性超声成像技术，采用独特算法，消除基于组织运动的信号来减少运动伪影，进而更好地探测低速血流信号。微小血管的可视化和较少的运动伪影使SMI的灵敏度和分辨率明显优于传统多普勒超声技术[21]，并能有效地评价IPN的形成，可作为临床预测脑卒中危险性的一种新方法[22]。Chen等[23]应用SMI对颈动脉粥样硬化斑块中的新生血管进行了评估，结果显示，SMI与组织学之间存在显著相关性（r=0.788，P＜0.01）。SMI具有较高的分辨率和帧频，允许在多个不同的截面和方向进行重复扫描，在不使用造影剂的情况下对颈动脉IPN做出可视化，进而对斑块不稳定性做出临床评估[24]。然而，SMI的定量技术尚存在不足，且对颈动脉斑块内新生血管诊断效能低于超声造影，这也成为未来的研究方向[25]。

4.2 超声造影（contrast-enhanced ultrasound，CEUS）检测颈动脉斑块

4.2.1 CEUS的基本原理

CEUS 又称对比增强超声，其借助超声增强剂（Ultrasound contrast agent，UCA）和超声造影谐波成像技术，通过增加图像的对比分辨力，清晰显示微细血管的血流灌注，提高病变检出的灵敏度和特异度。声诺维（Sonovue）是全球应用最广的UCA，成分为六氟化硫气体，包壳为磷脂，微泡直径＜10 μm，具有类似红细胞的血流动力学特点，经过外周静脉注射后进入血液循环[26]，可清晰地显示组织及病变的微循环灌注情况，其经呼吸排出体外，不经肝肾代谢，安全性高[27]。与常规超声相比，CEUS能使动脉管腔血流可视化，勾画出颈动脉斑块轮廓，并准确显示管腔的狭窄程度。此外，CEUS 能够实时动态显示斑块内UCA微泡分布情况，半定量或定量评估斑块的增强情况，已成为临床评估颈动脉IPN最有价值的方法。通过颈动脉IPN对患者进行风险分层，可更准确预测心脑血管事件发生情况，为高危患者的治疗提供指导[28]。Huang等[29]研究显示，CEUS诊断易损斑块的灵敏度为89.2%，特异度为80.0%，准确度为86.8%。

4.2.2 CEUS半定量分析

CEUS 半定量分析是一种基于视觉的方法，通过识别斑块内快速移动微泡的位置和灌注情况来检测IPN 的形成，临床上通过斑块内部增强程度将颈动脉斑块IPN 分为4个等级[30]：Ⅰ级，斑块无增强；Ⅱ级，斑块仅外膜增强，内部少许星点状/线状增强；Ⅲ级，斑块内部及周边散在点线样增强，可贯穿大部分斑块，或有血液流动征；Ⅳ级，斑块内部呈大片样增强、网格样增强或弥漫增强。Brezinski 等[31]研究显示，CEUS 增强程度与内膜切除术后经组织学证实的IPN 形成相关，增强程度越高，对应的微血管密度越大。Zhang 等[32]研究显示，颈动脉IPN 分级与冠状动脉病变程度和复杂性相关，可预测复杂的冠状动脉疾病和未来的心血管事件。Li 等[33]研究显示，急性缺血性梗死患者与非急性缺血性梗死患者的颈动脉CEUS 增强程度比较，差异有统计学意义（P＜0.01）。因而，斑块IPN 分级与斑块内微血管密度、斑块稳定性及心脑血管事件存在关联。

4.2.3 CEUS定量分析

动脉粥样硬化斑块内的微血流灌注情况可通过定量分析软件生成的时间-强度曲线进行量化，其主要参数有基础强度（basic intensity，BI）、峰值强度（peak intensity，PI）、增强强度（enhanced intensity，EI）、达峰时间（time to peak，TTP）、曲线下面积（area under curve，AUC）、斑块增强强度与颈动脉管腔内增强强度比值、平均渡越时间（mean transit time，MTT）等。研究表明，CEUS 可以提供颈动脉IPN 的准确定量参数，是评估IPN 程度的可靠方法，对识别和监测病情变化、预测卒中复发风险均具有重要意义[34]。

然而，CEUS 评价斑块内新生血管时同样存在局限性，当斑块钙化严重后方伴有声影时，CEUS检查对斑块特征评估的准确性会因此降低[35]。CEUS 结果也可受到血管搏动、探头移位的影响，表现为远端血管壁或斑块处偶尔出现的假性信号增强，这是由于声束通过血管内运动的微气泡时产生的非线性传播和畸变。斑块附近运动伪像的存在不利于微血管轨迹的重建，将影响颈动脉IPN的准确检测与定量分析。此外，对颈动脉斑块内新生血管进行3D连续评估及定量分析仍是临床难题，是今后的研究方向[36]。由于声波衍射极限为1/2 λ，CEUS所能达到理论分辨率为150～200 μm，如何克服超声成像的衍射极限，实现在体微血管精准成像也是当前研究热点[37]。

4.2.4 超声定位显微技术（ultrasound localization microscopy，ULM）

ULM 采用谐波超声成像技术追踪CEUS 微泡在高帧频下的运动，显示微血流轨迹，可实现微米级的血流成像，其基本步骤为注入微泡、采集录像、运动校正、微泡检测、微泡分离、定位追踪以及可视化。通过顺序观察可避免微泡之间的干扰，于每帧图像中对检出的微泡进行微测量精度定位。ULM 可获取微血管直径、间距、密度、迂曲度、动力学等新参数[38]，为进一步量化分析奠定了很好的基础。Huang 等[39]研究利用高帧率超声探头，采用ULM技术获得了人体肝脏、肾和肿瘤的超分辨率血流图像。Demené 等[40]研究表明，ULM 可以对人脑血管进行经颅成像，观察血流动力学特征。然而，ULM 临床转化过程仍存在诸多障碍，如扫描时间长、操作依赖性强、信噪比低、缺乏金标准与三维重建技术等。基于深度学习[41]和超谐波成像的ULM 技术有助于克服上述挑战，但尚需进一步研究。

5 小结与展望

随着生物医学技术的发展，以CEUS为代表的超声成像技术已取得突破性进展。近年来，多靶点超声分子成像是新的研究方向，目前，已进入三期临床试验阶段的新一代UCA将CEUS推进到分子影像的新高度，建立起宏观影像与微观病理的桥梁，其有望作为无创性血管生成的标志物，对探讨炎症等疾病的发病机制、转归、治疗预后发挥重要作用。此外，CEUS已从疾病的诊断逐渐过渡到治疗领域，超声靶向微泡爆破技术通过超声的辐照使微泡在病灶部位破裂，产生的声孔效应可增强血管壁及细胞膜的通透性，增强药物的递送效率，提高治疗效果。UCA作为载体还可增加药物在病变部位的富集，降低药物毒性，在疾病的诊疗中展现出广阔的应用前景。总之，随着人工智能、影像组学及分子影像技术的不断进步，未来CEUS 新技术的发展值得期待。