超聲影像技術在評價頸動脈彈性中的研究進展

張穎綜述 葉玉泉，薛紅元審校

相關研究表明，心腦血管疾病(cardiovascular and cerebrovascular diseases, CVD)已經(jīng)成為我國居民死亡的首要原因。動脈粥樣硬化(atherosclerosis, AS)是大多數(shù)心腦血管疾病的重要病理基礎[1]。相關研究表明，動脈硬化常與AS同時發(fā)生，動脈硬化的發(fā)生主要是由于細胞外基質(extracellular matrix, ECM)中的彈性纖維蛋白斷裂及Ⅰ型膠原增加引起的，這與AS的發(fā)生發(fā)展存在協(xié)同作用。ECM蛋白和血管壁力學的變化促進了血管內皮屏障的損傷，從而增加了血管壁的通透性，加速了膽固醇的沉積，這也是AS發(fā)生的關鍵環(huán)節(jié)[2-3]。同時，彈性纖維蛋白還可對血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cell,VSMC)的遷移和增殖起到抑制作用，因此當動脈硬化發(fā)生時，大量彈性纖維蛋白的斷裂也會促進AS的發(fā)生。除此之外，動脈硬化還可能通過激活、參與其他病理生理機制來促進AS的發(fā)生發(fā)展[4]。另外，有學者認為動脈硬化先于斑塊的形成，可作為AS的篩查指標及AS發(fā)生的預測因子[5]。動脈硬化即動脈彈性、動脈順應性、血管的舒張功能減低，研究表明在早期發(fā)現(xiàn)動脈彈性減低，及時干預頸動脈斑塊的進一步發(fā)展，對減少心腦血管事件的發(fā)生具有重要意義[4]。頸動脈因其與顱腦、心臟供血動脈聯(lián)系密切，同時位置表淺、易于觀察，許多研究表明，頸動脈粥樣硬化(carotid atherosclerosis, CAS)病變程度與冠狀動脈硬化性心臟病(coronary artery disease, CAD)及缺血性腦卒中(cerebral ischemic stroke, CIS)的發(fā)生有關，因此頸動脈常作為篩查全身動脈病變的觀察窗口[6-7]。相關研究表明，動脈彈性的變化可以更敏感地預測AS的早期病變。因此，本文針對無創(chuàng)超聲技術在評估頸動脈彈性中的應用進行綜述。

1 血管回聲跟蹤技術

血管回聲跟蹤(echo-tracking，ET)技術是通過跟蹤并實時標記血管壁的運動，再以曲線的形式表現(xiàn)出血管內徑在心動周期中的變化，并結合即時血壓分析，從而得出動脈彈性變化的相關參數(shù)，主要包括：壓力應變彈性系數(shù)(pressure-strain elastic modulus, Ep)、硬化參數(shù)(stiffness parameter, β)、順應性(arterial compliance, AC)、單點脈搏波傳導速度(one-point pulse wave velocity calculated from β value, PWVβ)、增大指數(shù)(augmentation index, AI)。通過這5項指標，可以反映血管的彈性功能，當血管的僵硬度增大時，Ep、β、PWVβ、AI增大，AC減小。有學者應用這一檢查手段來評價健康人頸動脈僵硬度，發(fā)現(xiàn)隨著年齡的增加，動脈的Ep、β值均不斷增大，而AC呈下降的趨勢；不同性別間頸動脈僵硬度存在差異，女性在更年期以前，其頸動脈及腹主動脈硬值均大于男性，但當女性更年期以后，不同性別間動脈的硬度值未見明顯差異，這一現(xiàn)象體現(xiàn)出衰老在動脈僵硬度改變中發(fā)揮的重要作用，也說明了雌激素的抗動脈粥樣硬化作用[8]。Ershova等[9]對家族性高膽固醇血癥(familial hypercholesterolemia, FH)患者及其未患病的一級親屬頸動脈僵硬度和主動脈僵硬度進行比較，指出FH患者的動脈硬度明顯增高，同時發(fā)現(xiàn)與主動脈相比，利用ET技術測量局部頸動脈僵硬度的改變能更好地反映FH患者動脈受損的情況。焦新宇等[10]指出應用ET技術評估頸動脈的僵硬度，發(fā)現(xiàn)頸動脈僵硬度的增加發(fā)生在內膜中層厚度(intima-media thickness, IMT)增厚之前，對預防AS的發(fā)生、發(fā)展，減少CVD的發(fā)生有重要意義。另外，有學者利用該技術對肥厚型心肌病患者頸動脈僵硬度進行研究發(fā)現(xiàn)，頸動脈β值的增加與左心室功能的減低有關，并指出頸動脈的β值有望用于反映疾病的嚴重程度[11]。ET技術雖然可對局部的動脈僵硬度進行評價，但測量時得到的參數(shù)PWVβ、AI均為間接推導得出，用于指導臨床仍需要大量數(shù)據(jù)進一步驗證；另外，測量時還需要結合被檢者的實時血壓才可以評估其頸動脈彈性，而被檢者的實時血壓影響因素眾多，測量結果容易產(chǎn)生偏倚。同時，ET檢測結果還會受到性別、年齡等因素影響。因此，利用ET技術檢測動脈彈性所得出的正常參考值范圍及其對臨床的意義值得更深入的探討。

2 速度向量成像技術

VVI(velocity vector imaging，VVI)技術是應用斑點追蹤技術、空間相干技術等，通過實時跟蹤算法計算并以矢量方式在二維灰階動態(tài)圖上顯示組織運動方向、運動速度、位移及時相，對組織進行生物力學量化分析的新技術。該技術在評價心肌結構力學，定性、定量評價局部心肌功能方面較為成熟。VVI技術可通過定量測定向量大小和方向計算出血管壁的移動速率(Vmax)、應變(Smax)、應變率(SRmax)等物理彈性相關的量化參數(shù)及組織形變特性，從而用于評估動脈彈性的變化。有研究者對DM模型鼠的頸動脈彈性進行研究，并將結果與模型鼠的動脈IMT及組織病理學結果相比較，發(fā)現(xiàn)隨著模型鼠患病時程的增加，其動脈Smax、SRmax逐漸減小，且早于動脈IMT的增厚，此時其組織病理學可觀察到脂滴的沉積、泡沫細胞的形成及膠原纖維的增多等AS早期病理表現(xiàn)，說明VVI技術測量動脈彈性可以在IMT增厚前識別出動脈受損，有助于早期發(fā)現(xiàn)DM患者動脈功能的減低、控制DM患者動脈并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展[12]。Kim等[13]也利用該技術探究高血壓對頸動脈管壁的影響，發(fā)現(xiàn)頸動脈彈性的減低早于IMT的增厚，VVI技術可在早期識別出頸動脈管壁的重塑，并指出高血壓病通過增加患者頸動脈的周向血管壁面剪切應力(wall shear stress，WSS)刺激膠原纖維的分泌，促進動脈硬化的發(fā)生。這與曹麗等[14]對代謝綜合征患者的頸動脈彈性研究相一致，說明VVI技術測量動脈壁彈性可以為AS的早期預防及診斷提供理論依據(jù)。和傳統(tǒng)多普勒超聲相比，VVI技術可避免角度的影響，可以更加準確的反映血管壁的運動。此外VVI技術還有以下優(yōu)點：第一，能夠獲得各方向血管壁的移動速率和方向；第二，能夠自動定位，確定向心運動的中心，可以避免自身動脈搏動對測量結果的影響；第三，可同時監(jiān)測心電圖，從而分析心動周期中管壁的運動情況。VVI技術對二維動態(tài)圖像有較嚴格的要求，在體位受限、脂肪層過厚或水腫患者檢測中可能會因圖像不清晰而影響結果，所以在被檢者的選擇上受到一定程度的限制。與此同時，現(xiàn)階段該技術還沒有統(tǒng)一的參考標準，故VVI技術應用于血管彈性的測量、診斷動脈彈性的減低，還需大量的研究來確立統(tǒng)一的標準。

3 超聲彈性成像技術

1991年，超聲彈性成像(ultrasound elastography, UE)的概念被首次提出，該技術主要是利用待檢組織在外力作用下產(chǎn)生的形變，通過比較組織壓縮前后的射頻信號，對形變程度的分析，得到組織的應變分布及彈性系數(shù)分布，進而評價組織的硬度。對超聲圖像進行偽彩色處理后，圖像在不同硬度區(qū)間內呈現(xiàn)不同顏色，這可以更加直觀表現(xiàn)出不同組織間的彈性對比。該技術廣泛應用于甲狀腺、乳腺、肝臟、前列腺等器官的疾病診斷及鑒別，也有學者應用UE技術評估血管彈性。梁志等[15]對頭頸部惡性腫瘤患者放射治療前、后的頸動脈內膜中層厚度(CIMT)、頸動脈內徑變化率(ΔD)及血液與頸動脈血管壁SR比值進行研究，結果顯示放射治療早期患者IMT未見明顯變化，但此時ΔD及SR比值已經(jīng)發(fā)生明顯變化，ΔD隨著放射劑量的增加而減少，SR比值隨著放射劑量增加而增大，SR比值與ΔD呈負相關，提示SR比值可在一定程度上反映動脈的收縮與舒張功能，可對動脈彈性的變化進行評價；另外SR比值和ΔD能在動脈結構和形態(tài)發(fā)生改變之前反映出動脈彈性的變化，為早期發(fā)現(xiàn)、干預動脈粥樣硬化事件的發(fā)生提供參考。有學者利用該技術對HIV患者和健康人群頸動脈壁硬度進行比較，并指出HIV患者的頸動脈壁僵硬度大于健康人群，說明與健康人群相比，HIV患者的動脈壁更容易過早發(fā)生硬化[16]。相比于以往的觸診，UE技術能夠反映深層組織的彈性，該技術可重復性強、檢測結果更加直觀更具有客觀性。但在應用過程中仍存在一定缺陷，不同病灶組織之間可能存在重疊，導致檢測到的彈性值發(fā)生偏差；UE技術要求操作者具有較豐富的操作經(jīng)驗及規(guī)范的掃查手法；其主要局限還包括該技術會受到探頭加壓程度不同及脈搏波動的影響，同時不能對組織硬度進行定量的評估。

4 剪切波彈性成像技術

剪切波彈性成像(shear wave elastography imaging，SWE)技術是一種用于評價活體組織硬度的新技術，其原理是探頭發(fā)射安全的聲輻射脈沖，在組織不同深度上連續(xù)聚焦從而對組織施加激勵，產(chǎn)生橫向剪切波，通過高速成像技術跟蹤剪切波傳播速度(shear wave velocity，SWV)，系統(tǒng)定量分析后得到組織彈性的絕對值—楊氏模量(E)。SWV與E成正比，E越大，組織越硬，彈性圖上顯示為紅色；E越小，即組織硬度值越小，彈性圖上顯示為藍色。SWE技術在甲狀腺、乳腺結節(jié)的評級及良惡性腫瘤的鑒別、肝纖維化分期等方面的研究已相對成熟[17]。目前利用剪切波成像技術評估動脈的硬度仍處于研究階段。動脈壁彈性可分為縱向彈性和環(huán)向彈性，SWE主要反映動脈的縱向彈性，動脈的縱向彈性越好，越利于向外周傳遞動脈壓力。楊謐等[18]應用SWE技術對常規(guī)頸動脈超聲檢查無異常的患者進行頸動脈彈性檢測，結果顯示隨著被測者年齡的增長，其動脈的縱向彈性減低，楊氏模量隨之增加，這與衰老對動脈管壁的影響相一致，表明SWE技術可發(fā)現(xiàn)動脈的細微變化，及時識別動脈功能的減退。Wang等[19]收集了61例無頸動脈斑塊的CAD患者，并根據(jù)冠狀動脈狹窄程度是否大于50%，將患者分為阻塞組及非阻塞組，對比2組患者頸動脈的E值，發(fā)現(xiàn)阻塞組患者的E值明顯大于非阻塞組，通過ROC曲線分析得出，頸動脈的E值可作為阻塞性CAD的預測指標。有學者指出利用該技術評估動脈壁僵硬度的變化可反映高血壓引起的血管重構、管腔變大、彈性減低等病理性改變，同時早期發(fā)現(xiàn)動脈彈性的減低，對病變進行及時干預，有利于延緩心血管疾病的發(fā)生[20]。SWE技術不受探頭壓力及血管搏動的影響，使直接、實時、無創(chuàng)的評估動脈縱向彈性成為可能。但目前尚處于探索階段，同時測量時無法勾畫感興趣區(qū)(ROI)的范圍，且ROI的選擇及測量結果還會受到操作者經(jīng)驗的影響[21]。

5 超極速超聲成像脈搏波技術

超極速超聲成像脈搏波(ultra-fast ultrasonic imaging pulse wave,UFPWV)技術通過快速描記動脈壁的運動方向，測得動脈收縮期開始時的PWV(PWVBS)和收縮期結束時的PWV(PWVES)，從而對局部動脈彈性功能評價。UFPWV技術是針對動脈某點血管壁的順應性進行測量，增加了檢測的準確程度，可以更加準確反映病變部位動脈的彈性功能變化，它具有可重復性強、精準度高、無需額外檢測其他指標的優(yōu)點，因此可作為早期評價動脈彈性功能的新型技術之一。李鑫等[22]收集了239例行冠狀動脈造影檢查的患者，并按檢查結果將患者分為正常對照組、輕度病變組、中重度病變組，比較3組頸動脈的PWVBS、PWVES及CIMT，指出UFPWV技術可在早期識別動脈受損，并且隨著病變的加重，頸動脈的PWVBS、PWVES逐漸升高。另外，有學者通過研究指出，高血壓患者與健康人相比，頸動脈彈性顯著減低，同時，PWVBS、PWVES與高血壓級別呈正相關(r=0.466、0.342，P均=0.000)[21]。有學者利用該技術對未暴露在心血管危險因素下的健康人群頸動脈彈性進行測量，發(fā)現(xiàn)男性、年齡和體質量指數(shù)升高是頸動脈硬化的獨立危險因素(年齡：95%CI=1.10～1.11，男性：95%CI=2.65～7.19，體質量指數(shù)：95%CI= 1.34～1.62；P均<0.05)，并指出對無心血管危險因素的健康人來說也不能忽視AS發(fā)生的可能，UFPWV可在早期識別動脈受損及其功能的減低，有助于AS的早期干預[23]。Zhu等[24]利用UFPWV技術對高脂血癥患者與健康人群頸動脈的PWVBS、PWVES及CIMT進行測量，結果PWVES與年齡的相關性較好(r=0.710,P<0.001)；與健康人群比較，高脂血癥患者的PWVBS、PWVES及CIMT均明顯增高；另外，將高脂血癥患者分為CIMT增厚組和非增厚組，發(fā)現(xiàn)2組患者的PWVES均高于健康對照組，以上結果說明UFPWV技術可在早期識別動脈硬化的發(fā)生并評估動脈硬化的程度。與傳統(tǒng)的PWV檢測技術相比，UFPWV技術不需測量體表脈搏波傳導距離，也無需監(jiān)測實時血壓，大大減小了檢測過程中的誤差。通過UFPWV技術大樣本人群的研究，該技術將有望為AS的早期識別與診斷提供理論依據(jù)，對CAD的預防、檢測和治療也有著重要的意義。然而，UFPWV技術只能測量一個心動周期的PWV，對于心率較慢的患者很難捕捉到一個完整的心動周期，在一定程度上限制了其應用范圍。

6 小結與展望

動脈彈性可以在AS發(fā)生之前反映出動脈受損及功能的減低，有利于對AS病變的早期干預，減少嚴重心血管事件的發(fā)生[25]。同時，有文獻表明頸動脈彈性可在一定程度上評估心血管病變的嚴重程度，對于CIS及CAD患者來說，可以通過超聲彈性成像技術初步評估其病變程度，與其他影像學檢查比較，在保證安全、無創(chuàng)的同時，還能節(jié)約時間、減少費用，為預測和評估心血管疾病的發(fā)生發(fā)展提供了新的途徑。但是，目前上述各項技術在測量和評價頸動脈彈性功能方面，仍缺乏一個較為統(tǒng)一的測量及診斷標準，還需要進行大規(guī)模的臨床研究，來制定出參考值標準和相關診斷指南。在臨床評估患者頸動脈早期改變時，應盡早識別病變的發(fā)生，并結合實驗室檢查和臨床癥狀進行綜合分析，為早期進行臨床個體化干預治療提供較為準確的參考依據(jù)。