超聲影像技術(shù)在評價(jià)頸動(dòng)脈彈性中的研究進(jìn)展

張穎綜述 葉玉泉，薛紅元審校

相關(guān)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(dòng)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(chǔ)[1]。相關(guān)研究表明，動(dòng)脈硬化常與AS同時(shí)發(fā)生，動(dòng)脈硬化的發(fā)生主要是由于細(xì)胞外基質(zhì)(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(xué)的變化促進(jìn)了血管內(nèi)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(guān)鍵環(huán)節(jié)[2-3]。同時(shí)，彈性纖維蛋白還可對血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cell,VSMC)的遷移和增殖起到抑制作用，因此當(dāng)動(dòng)脈硬化發(fā)生時(shí)，大量彈性纖維蛋白的斷裂也會(huì)促進(jìn)AS的發(fā)生。除此之外，動(dòng)脈硬化還可能通過激活、參與其他病理生理機(jī)制來促進(jìn)AS的發(fā)生發(fā)展[4]。另外，有學(xué)者認(rèn)為動(dòng)脈硬化先于斑塊的形成，可作為AS的篩查指標(biāo)及AS發(fā)生的預(yù)測因子[5]。動(dòng)脈硬化即動(dòng)脈彈性、動(dòng)脈順應(yīng)性、血管的舒張功能減低，研究表明在早期發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈彈性減低，及時(shí)干預(yù)頸動(dòng)脈斑塊的進(jìn)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(dòng)脈因其與顱腦、心臟供血?jiǎng)用}聯(lián)系密切，同時(shí)位置表淺、易于觀察，許多研究表明，頸動(dòng)脈粥樣硬化(carotid atherosclerosis, CAS)病變程度與冠狀動(dòng)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(guān)，因此頸動(dòng)脈常作為篩查全身動(dòng)脈病變的觀察窗口[6-7]。相關(guān)研究表明，動(dòng)脈彈性的變化可以更敏感地預(yù)測AS的早期病變。因此，本文針對無創(chuàng)超聲技術(shù)在評估頸動(dòng)脈彈性中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 血管回聲跟蹤技術(shù)

血管回聲跟蹤(echo-tracking，ET)技術(shù)是通過跟蹤并實(shí)時(shí)標(biāo)記血管壁的運(yùn)動(dòng)，再以曲線的形式表現(xiàn)出血管內(nèi)徑在心動(dòng)周期中的變化，并結(jié)合即時(shí)血壓分析，從而得出動(dòng)脈彈性變化的相關(guān)參數(shù)，主要包括：壓力應(yīng)變彈性系數(shù)(pressure-strain elastic modulus, Ep)、硬化參數(shù)(stiffness parameter, β)、順應(yīng)性(arterial compliance, AC)、單點(diǎn)脈搏波傳導(dǎo)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(xiàng)指標(biāo)，可以反映血管的彈性功能，當(dāng)血管的僵硬度增大時(shí)，Ep、β、PWVβ、AI增大，AC減小。有學(xué)者應(yīng)用這一檢查手段來評價(jià)健康人頸動(dòng)脈僵硬度，發(fā)現(xiàn)隨著年齡的增加，動(dòng)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(dòng)脈僵硬度存在差異，女性在更年期以前，其頸動(dòng)脈及腹主動(dòng)脈硬值均大于男性，但當(dāng)女性更年期以后，不同性別間動(dòng)脈的硬度值未見明顯差異，這一現(xiàn)象體現(xiàn)出衰老在動(dòng)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(dòng)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(dòng)脈僵硬度和主動(dòng)脈僵硬度進(jìn)行比較，指出FH患者的動(dòng)脈硬度明顯增高，同時(shí)發(fā)現(xiàn)與主動(dòng)脈相比，利用ET技術(shù)測量局部頸動(dòng)脈僵硬度的改變能更好地反映FH患者動(dòng)脈受損的情況。焦新宇等[10]指出應(yīng)用ET技術(shù)評估頸動(dòng)脈的僵硬度，發(fā)現(xiàn)頸動(dòng)脈僵硬度的增加發(fā)生在內(nèi)膜中層厚度(intima-media thickness, IMT)增厚之前，對預(yù)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(xué)者利用該技術(shù)對肥厚型心肌病患者頸動(dòng)脈僵硬度進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，頸動(dòng)脈β值的增加與左心室功能的減低有關(guān)，并指出頸動(dòng)脈的β值有望用于反映疾病的嚴(yán)重程度[11]。ET技術(shù)雖然可對局部的動(dòng)脈僵硬度進(jìn)行評價(jià)，但測量時(shí)得到的參數(shù)PWVβ、AI均為間接推導(dǎo)得出，用于指導(dǎo)臨床仍需要大量數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗(yàn)證；另外，測量時(shí)還需要結(jié)合被檢者的實(shí)時(shí)血壓才可以評估其頸動(dòng)脈彈性，而被檢者的實(shí)時(shí)血壓影響因素眾多，測量結(jié)果容易產(chǎn)生偏倚。同時(shí)，ET檢測結(jié)果還會(huì)受到性別、年齡等因素影響。因此，利用ET技術(shù)檢測動(dòng)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(shù)

VVI(velocity vector imaging，VVI)技術(shù)是應(yīng)用斑點(diǎn)追蹤技術(shù)、空間相干技術(shù)等，通過實(shí)時(shí)跟蹤算法計(jì)算并以矢量方式在二維灰階動(dòng)態(tài)圖上顯示組織運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度、位移及時(shí)相，對組織進(jìn)行生物力學(xué)量化分析的新技術(shù)。該技術(shù)在評價(jià)心肌結(jié)構(gòu)力學(xué)，定性、定量評價(jià)局部心肌功能方面較為成熟。VVI技術(shù)可通過定量測定向量大小和方向計(jì)算出血管壁的移動(dòng)速率(Vmax)、應(yīng)變(Smax)、應(yīng)變率(SRmax)等物理彈性相關(guān)的量化參數(shù)及組織形變特性，從而用于評估動(dòng)脈彈性的變化。有研究者對DM模型鼠的頸動(dòng)脈彈性進(jìn)行研究，并將結(jié)果與模型鼠的動(dòng)脈IMT及組織病理學(xué)結(jié)果相比較，發(fā)現(xiàn)隨著模型鼠患病時(shí)程的增加，其動(dòng)脈Smax、SRmax逐漸減小，且早于動(dòng)脈IMT的增厚，此時(shí)其組織病理學(xué)可觀察到脂滴的沉積、泡沫細(xì)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(shù)測量動(dòng)脈彈性可以在IMT增厚前識(shí)別出動(dòng)脈受損，有助于早期發(fā)現(xiàn)DM患者動(dòng)脈功能的減低、控制DM患者動(dòng)脈并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展[12]。Kim等[13]也利用該技術(shù)探究高血壓對頸動(dòng)脈管壁的影響，發(fā)現(xiàn)頸動(dòng)脈彈性的減低早于IMT的增厚，VVI技術(shù)可在早期識(shí)別出頸動(dòng)脈管壁的重塑，并指出高血壓病通過增加患者頸動(dòng)脈的周向血管壁面剪切應(yīng)力(wall shear stress，WSS)刺激膠原纖維的分泌，促進(jìn)動(dòng)脈硬化的發(fā)生。這與曹麗等[14]對代謝綜合征患者的頸動(dòng)脈彈性研究相一致，說明VVI技術(shù)測量動(dòng)脈壁彈性可以為AS的早期預(yù)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(shù)可避免角度的影響，可以更加準(zhǔn)確的反映血管壁的運(yùn)動(dòng)。此外VVI技術(shù)還有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，能夠獲得各方向血管壁的移動(dòng)速率和方向；第二，能夠自動(dòng)定位，確定向心運(yùn)動(dòng)的中心，可以避免自身動(dòng)脈搏動(dòng)對測量結(jié)果的影響；第三，可同時(shí)監(jiān)測心電圖，從而分析心動(dòng)周期中管壁的運(yùn)動(dòng)情況。VVI技術(shù)對二維動(dòng)態(tài)圖像有較嚴(yán)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(huì)因圖像不清晰而影響結(jié)果，所以在被檢者的選擇上受到一定程度的限制。與此同時(shí)，現(xiàn)階段該技術(shù)還沒有統(tǒng)一的參考標(biāo)準(zhǔn)，故VVI技術(shù)應(yīng)用于血管彈性的測量、診斷動(dòng)脈彈性的減低，還需大量的研究來確立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

3 超聲彈性成像技術(shù)

1991年，超聲彈性成像(ultrasound elastography, UE)的概念被首次提出，該技術(shù)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(hào)，對形變程度的分析，得到組織的應(yīng)變分布及彈性系數(shù)分布，進(jìn)而評價(jià)組織的硬度。對超聲圖像進(jìn)行偽彩色處理后，圖像在不同硬度區(qū)間內(nèi)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(shù)廣泛應(yīng)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(xué)者應(yīng)用UE技術(shù)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(dòng)脈內(nèi)膜中層厚度(CIMT)、頸動(dòng)脈內(nèi)徑變化率(ΔD)及血液與頸動(dòng)脈血管壁SR比值進(jìn)行研究，結(jié)果顯示放射治療早期患者IMT未見明顯變化，但此時(shí)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(fù)相關(guān)，提示SR比值可在一定程度上反映動(dòng)脈的收縮與舒張功能，可對動(dòng)脈彈性的變化進(jìn)行評價(jià)；另外SR比值和ΔD能在動(dòng)脈結(jié)構(gòu)和形態(tài)發(fā)生改變之前反映出動(dòng)脈彈性的變化，為早期發(fā)現(xiàn)、干預(yù)動(dòng)脈粥樣硬化事件的發(fā)生提供參考。有學(xué)者利用該技術(shù)對HIV患者和健康人群頸動(dòng)脈壁硬度進(jìn)行比較，并指出HIV患者的頸動(dòng)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(dòng)脈壁更容易過早發(fā)生硬化[16]。相比于以往的觸診，UE技術(shù)能夠反映深層組織的彈性，該技術(shù)可重復(fù)性強(qiáng)、檢測結(jié)果更加直觀更具有客觀性。但在應(yīng)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(dǎo)致檢測到的彈性值發(fā)生偏差；UE技術(shù)要求操作者具有較豐富的操作經(jīng)驗(yàn)及規(guī)范的掃查手法；其主要局限還包括該技術(shù)會(huì)受到探頭加壓程度不同及脈搏波動(dòng)的影響，同時(shí)不能對組織硬度進(jìn)行定量的評估。

4 剪切波彈性成像技術(shù)

剪切波彈性成像(shear wave elastography imaging，SWE)技術(shù)是一種用于評價(jià)活體組織硬度的新技術(shù)，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(lì)，產(chǎn)生橫向剪切波，通過高速成像技術(shù)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(lán)色。SWE技術(shù)在甲狀腺、乳腺結(jié)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(shù)評估動(dòng)脈的硬度仍處于研究階段。動(dòng)脈壁彈性可分為縱向彈性和環(huán)向彈性，SWE主要反映動(dòng)脈的縱向彈性，動(dòng)脈的縱向彈性越好，越利于向外周傳遞動(dòng)脈壓力。楊謐等[18]應(yīng)用SWE技術(shù)對常規(guī)頸動(dòng)脈超聲檢查無異常的患者進(jìn)行頸動(dòng)脈彈性檢測，結(jié)果顯示隨著被測者年齡的增長，其動(dòng)脈的縱向彈性減低，楊氏模量隨之增加，這與衰老對動(dòng)脈管壁的影響相一致，表明SWE技術(shù)可發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈的細(xì)微變化，及時(shí)識(shí)別動(dòng)脈功能的減退。Wang等[19]收集了61例無頸動(dòng)脈斑塊的CAD患者，并根據(jù)冠狀動(dòng)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(dòng)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(dòng)脈的E值可作為阻塞性CAD的預(yù)測指標(biāo)。有學(xué)者指出利用該技術(shù)評估動(dòng)脈壁僵硬度的變化可反映高血壓引起的血管重構(gòu)、管腔變大、彈性減低等病理性改變，同時(shí)早期發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈彈性的減低，對病變進(jìn)行及時(shí)干預(yù)，有利于延緩心血管疾病的發(fā)生[20]。SWE技術(shù)不受探頭壓力及血管搏動(dòng)的影響，使直接、實(shí)時(shí)、無創(chuàng)的評估動(dòng)脈縱向彈性成為可能。但目前尚處于探索階段，同時(shí)測量時(shí)無法勾畫感興趣區(qū)(ROI)的范圍，且ROI的選擇及測量結(jié)果還會(huì)受到操作者經(jīng)驗(yàn)的影響[21]。

5 超極速超聲成像脈搏波技術(shù)

超極速超聲成像脈搏波(ultra-fast ultrasonic imaging pulse wave,UFPWV)技術(shù)通過快速描記動(dòng)脈壁的運(yùn)動(dòng)方向，測得動(dòng)脈收縮期開始時(shí)的PWV(PWVBS)和收縮期結(jié)束時(shí)的PWV(PWVES)，從而對局部動(dòng)脈彈性功能評價(jià)。UFPWV技術(shù)是針對動(dòng)脈某點(diǎn)血管壁的順應(yīng)性進(jìn)行測量，增加了檢測的準(zhǔn)確程度，可以更加準(zhǔn)確反映病變部位動(dòng)脈的彈性功能變化，它具有可重復(fù)性強(qiáng)、精準(zhǔn)度高、無需額外檢測其他指標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)，因此可作為早期評價(jià)動(dòng)脈彈性功能的新型技術(shù)之一。李鑫等[22]收集了239例行冠狀動(dòng)脈造影檢查的患者，并按檢查結(jié)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(dòng)脈的PWVBS、PWVES及CIMT，指出UFPWV技術(shù)可在早期識(shí)別動(dòng)脈受損，并且隨著病變的加重，頸動(dòng)脈的PWVBS、PWVES逐漸升高。另外，有學(xué)者通過研究指出，高血壓患者與健康人相比，頸動(dòng)脈彈性顯著減低，同時(shí)，PWVBS、PWVES與高血壓級別呈正相關(guān)(r=0.466、0.342，P均=0.000)[21]。有學(xué)者利用該技術(shù)對未暴露在心血管危險(xiǎn)因素下的健康人群頸動(dòng)脈彈性進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)男性、年齡和體質(zhì)量指數(shù)升高是頸動(dòng)脈硬化的獨(dú)立危險(xiǎn)因素(年齡：95%CI=1.10～1.11，男性：95%CI=2.65～7.19，體質(zhì)量指數(shù)：95%CI= 1.34～1.62；P均<0.05)，并指出對無心血管危險(xiǎn)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(shí)別動(dòng)脈受損及其功能的減低，有助于AS的早期干預(yù)[23]。Zhu等[24]利用UFPWV技術(shù)對高脂血癥患者與健康人群頸動(dòng)脈的PWVBS、PWVES及CIMT進(jìn)行測量，結(jié)果PWVES與年齡的相關(guān)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(jié)果說明UFPWV技術(shù)可在早期識(shí)別動(dòng)脈硬化的發(fā)生并評估動(dòng)脈硬化的程度。與傳統(tǒng)的PWV檢測技術(shù)相比，UFPWV技術(shù)不需測量體表脈搏波傳導(dǎo)距離，也無需監(jiān)測實(shí)時(shí)血壓，大大減小了檢測過程中的誤差。通過UFPWV技術(shù)大樣本人群的研究，該技術(shù)將有望為AS的早期識(shí)別與診斷提供理論依據(jù)，對CAD的預(yù)防、檢測和治療也有著重要的意義。然而，UFPWV技術(shù)只能測量一個(gè)心動(dòng)周期的PWV，對于心率較慢的患者很難捕捉到一個(gè)完整的心動(dòng)周期，在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。

6 小結(jié)與展望

動(dòng)脈彈性可以在AS發(fā)生之前反映出動(dòng)脈受損及功能的減低，有利于對AS病變的早期干預(yù)，減少嚴(yán)重心血管事件的發(fā)生[25]。同時(shí)，有文獻(xiàn)表明頸動(dòng)脈彈性可在一定程度上評估心血管病變的嚴(yán)重程度，對于CIS及CAD患者來說，可以通過超聲彈性成像技術(shù)初步評估其病變程度，與其他影像學(xué)檢查比較，在保證安全、無創(chuàng)的同時(shí)，還能節(jié)約時(shí)間、減少費(fèi)用，為預(yù)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(xiàng)技術(shù)在測量和評價(jià)頸動(dòng)脈彈性功能方面，仍缺乏一個(gè)較為統(tǒng)一的測量及診斷標(biāo)準(zhǔn)，還需要進(jìn)行大規(guī)模的臨床研究，來制定出參考值標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)診斷指南。在臨床評估患者頸動(dòng)脈早期改變時(shí)，應(yīng)盡早識(shí)別病變的發(fā)生，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室檢查和臨床癥狀進(jìn)行綜合分析，為早期進(jìn)行臨床個(gè)體化干預(yù)治療提供較為準(zhǔn)確的參考依據(jù)。