環境壓力對頸動脈斑塊超聲造影(CEUS)定量參數的影響

李朝軍 高 峰 李春曉 王 楓 杜聯芳 羅向紅

(1上海交通大學附屬第一人民醫院超聲科,2神經內科,3心超室 上海 200080)

大動脈粥樣硬化性腦梗(large artery atherosclerosis stroke,LAAS)發病率高,危害大[1]。易損斑塊是導致LAAS的主要病因。斑塊內新生血管形成是易損斑塊發生、發展、破裂的中心環節,定量檢測是評估易損斑塊的理論基礎[2]。超聲造影成像技術(contrast-enhanced ultrasound,CEUS)是利用造影劑微泡振幅諧波信號的非線性特點,檢測斑塊新生血管評估其易損性。造影劑諧波信號受多種因素影響,其中聲壓和環境壓力影響尤為明顯[3]。斑塊的CEUS與其他實質臟器不同(如肝臟、腎臟),受動脈血壓影響較大。本研究運用定量CEUS檢測腦梗死患者頸動脈斑塊內新生血管的指標參數,分析其與動脈局部血壓的相關性,初步探討周圍血壓對CEUS定量參數的影響,以期為易損斑塊的CEUS評價提供理論基礎。

資 料 和 方 法

一般資料本研究經上海市第一人民醫院倫理委員會批準。選擇2016年6月至2017年6月于我院神經內科住院的首發LAAS患者62例作為腦梗組:女14例,男48例,年齡53～80歲,平均(67.7±8.8)歲。LAAS診斷均經頭顱CT或MRI證實。入選標準:(1)首次發生的腦梗死,發病<7天;(2)急性缺血性腦梗死TOAST分型為LAAS。排除標準:(1)已知超聲造影劑過敏者;(2)使用超聲造影劑的禁忌證,如不穩定型心絞痛、急性心力衰竭、急性心內膜炎;(3)短暫性腦缺血發作;(4)近期活動性出血史,或伴血液病、惡性腫瘤、嚴重肝、腎、肺疾病。選取同期住院年齡、性別匹配,無心腦血管事件發生史的動脈硬化患者54例為對照組,女12例,男42例,年齡51～79 歲,平均(64.7±6.8)歲。平靜狀態下測量肱動脈收縮壓和舒張壓3次,取均值。所有受試者檢查當天停服降壓藥,24 h內禁止吸煙、飲酒或咖啡,并簽署知情同意書。

儀器和方法采用西門子Sequoia 512和S2000型彩色多普勒超聲診斷儀,探頭9L4,頻率5～9 MHz。內置反向脈沖序列造影技術(contrast pulse sequencing,CPS)。百勝MyLab Twice型彩色多普勒超聲診斷儀,LA523探頭,頻率4～13 MHz。內置超聲射頻技術動脈僵硬度分析軟件(quality arterial stiffness,QAS)。

頸動脈檢查[4-5]:受試者平臥位靜息10 min。掃查雙側頸總動脈、頸內動脈、頸外動脈及椎動脈,記錄頸動脈斑塊個數及分布范圍,評估頸動脈狹窄程度。啟動QAS獲取頸動脈優勢斑塊局部收縮壓(local pressure-systolic,Loc Psys)和局部舒張壓(local pressure-diastolic,Loc Pdia)。隨后選擇優勢斑塊行CEUS檢查。優勢斑塊:(1)位于頸總動脈分叉處或頸內動脈起始部,遠側壁;(2)厚度>2.0 mm,多個斑塊選擇較大者;(3)無鈣化或鈣化較少;(4)腦梗死罹患側頸動脈斑塊。造影模式設置恒定:機械指數0.06～0.08,增益90%,焦點設置在2～3 cm。超聲造影劑:Sono Vue(意大利Bracco公司),劑量2.5 mL,經肘靜脈注射,后推注5 mL生理鹽水。連續采集90 s動態圖像,存儲供脫機分析。

斑塊CEUS定量分析:采用QontraXt定量分析軟件,分析方法依據文獻。獲取斑塊時間-強度曲線(time-intensity curve,TIC)和TIC曲線的伽馬擬合曲線(fitting curve,FC)。選擇TIC曲線中峰值強度(TIC-P)和強度均值(TIC-M);FC曲線中峰值(FC-P)、銳度(FC-S)和曲線下面積(FC-AUC)諸參數。

結 果

一般資料比較腦梗組和對照組之間性別、年齡、體重指數、收縮壓、舒張壓、Loc Psys和Loc Pdia差異均無統計學意義(表1)。

頸動脈斑塊CEUS參數比較所有受試者均成功獲取1個優勢斑塊完成CEUS檢查(圖1)。與對照組比較,腦梗死組患者頸動脈斑塊造影的時間-強度曲線參數TIC-P和TIC-M值增大(P均<0.05)。腦梗死組患者頸動脈斑塊CEUS的時間-強度擬合曲線參數FC-P、FC-S和FC-AUC值均大于對照組(P均<0.05,表2)。

表1 2組患者一般資料比較Tab 1 Comparison of clinical characteristics between the two groups ±s)

1 mm Hg=0.133 kPa.

A and B:Patient 1,male,69 years old,blood pressure 150/95 mm Hg,TIC-M 19 dB;C and D:Patient 2,female,78 years old,blood pressure 122/79 mm Hg,TIC-M 35 dB;A and C:Images of CEUS;B and D:Images of quantitative analysis.

圖1 腦梗死患者頸動脈斑塊CEUS及定量分析圖Fig 1 CEUS and quantitative analysis of carotid plaques in patients with cerebral infarction

TIC:Time-intensity curve;FC:Fitting curve;AUC:Area under the curve;P:Peak;M:Mean;S:Sharpness.

頸動脈斑塊CEUS參數與血壓的相關性分析TIC-M與收縮壓、舒張壓、Loc Psys和Loc Pdia呈負相關(P均<0.05,圖2)。FC-P與收縮壓、舒張壓、Loc Psys和Loc Pdia呈負相關(P均<0.05)。FC-AUC與舒張壓和Loc Pdia呈負相關(P均<0.05)。FC-P與Loc Psys的線性回歸方程為:TIC-M=80.35-0.40×Loc Psys;FC-P與Loc Pdia的線性回歸方程為TIC-M=90.19-0.77×Loc Pdia(P均<0.05,表3)。

討 論

本研究發現,腦梗死患者頸動脈斑塊新生血管CEUS參數均高于對照組受試者,增高的CEUS參數與環境壓力(收縮壓、舒張壓、Loc Psys和Loc Pdia)呈明顯負相關,提示CEUS是評估易損斑塊的有效工具,但其定量參數受環境壓力影響明顯。

表3 頸動脈斑塊CEUS參數相關分析Tab 3 Correlation analysis of parameters of carotid plaques from CEUS (r)

TIC:Time-intensity curve;FC:Fitting curve;P:Peak;M:Mean;S:Sharpness;AUC:Area under the curve.(1)P<0.05;(2)P<0.01.

圖2 FC-P與Loc Psys和Loc Pdia的線性回歸分析圖Fig 2 Linear regression analysis of FC-P associated with Loc Psys and Loc Pdia

常規超聲可獲得斑塊形態結構和斑塊周圍血流動力學參數,可用于評估斑塊的易損性。但在斑塊合并鈣化或潰瘍時,常規超聲可提供的信息有限[6]。CEUS可提高信噪比改善圖像質量,但主要用于鑒別斑塊表面潰瘍形成和斑塊邊緣勾勒評估動脈的狹窄率[7]。典型的頸動脈CEUS圖像表現為,在注射造影劑后不久動脈管腔和動脈外模層增強,而內中膜層保持低回聲。 CEUS比單獨使用常規超聲能更好地顯示血管壁的不規則和低密度斑塊以及斑塊潰瘍[8]。不同的研究表明,CEUS成像可有效區分頸動脈動脈閉塞與狹窄的狹窄區[9]。Ventura等[10]應用常規超聲和CEUS評估頸內動脈重度狹窄或閉塞的患者,并與“金標準”增強CT比較,結果發現常規超聲診斷頸內動脈閉塞的假陽性率為26.9%,而CEUS假陽性率為2.6%。CEUS診斷頸內動脈閉塞的敏感性為100%,特異性為90.5%,陽性預測值為96.6%,陰性預測值為100%,準確率為97.4%。研究發現,CEUS評估頸動脈支架置入術后再狹窄的敏感性和特異性均優于常規超聲[11]。

對斑塊的CEUS圖像進行半定量和定量分析,獲得斑塊新生血管CEUS的定量指標,分析其與斑塊病理指標微血管密度的關系,證實CEUS是評估斑塊新生血管的有效手段[12]。在內膜剝脫術的臨床研究中發現,頸動脈斑塊肩部的CEUS定量參數與斑塊微血管密度相關;且有斑塊破裂組高于無破裂斑塊組;有癥狀組高于無癥狀組[13]。另有研究也發現,無癥狀糖尿病患者頸動脈的斑塊,88%內可探及新生血管,13%內新生血管豐富,19%合并潰瘍。進一步證實CEUS可定量檢測新生血管形成,評估斑塊的易損性[14]。CEUS識別斑塊內新生血管評估其易損性,一方面是基于斑塊內新生血管缺少平滑肌細胞和完整的基底膜,細胞間隙大,發育不成熟,易出血滲出,致斑塊破裂;另一方面是基于超聲造影劑為血池顯像劑,使斑塊新生血管可視化。但是,CEUS評估斑塊新生血管的敏感性和特異性明顯低于其在實質臟器腫瘤方面的應用,推測可能是因為頸動脈斑塊體積較小、病理成分復雜、斑塊局部壓力大,使CEUS評估易損斑塊存在一定的局限性。目前使用的超聲造影劑是由外殼包封的惰性氣體的微泡。聲壓和環境壓力均影響微泡的穩定性和諧波信號。造影劑微泡在超聲波束輻照下,其諧波振幅信號表現出非線性行為[15]。研究表明,微泡諧波振幅隨環境壓力的增加而下降[16],由此推測斑塊周圍壓力也影響斑塊的CEUS定量指標。本研究結果表明,斑塊CEUS的定量指標與血壓和斑塊局部壓力呈線性負相關。Loc Psys每升高1 mmHg,CEUS的平均強度下降0.40 dB;Loc Pdia每升高1 mmHg,CEUS的平均強度下降0.77 dB,提示斑塊環境壓力會影響其CEUS結果。相似研究表明,造影劑微泡的諧波信號與超聲的激發頻率、微泡殼材質、聲壓、振幅及環境壓力密切相關,當周圍環境壓在25 kPa時(188 mmHg),造影劑微泡的二次諧波信號可降低3 dB左右,亞諧波信號可降低5～15 dB[17]。當設置超聲激發頻率為2 MHz、激發聲壓為0.39 MPa時,環境壓力升高至24.8 kPa (180 mmHg)時,各型造影劑微泡的次諧波信號峰值均降低,其中Optison下降10.1 dB,Definity下降11.0 dB,脂氟顯下降12.2 dB,Sonazoid下降13.3 dB[18]。我們認為在采用CEUS評估斑塊內新生血管形成和豐富程度時,要考慮環境壓(局部血壓)、造影劑類型等因素影響。本研究僅對斑塊環境壓和頸動脈斑塊CEUS的定量參數間關系作了初步探討。斑塊內間質液壓與CEUS定量參數之間的關系將在今后的研究中進一步探討。

綜上所述,CEUS可評估頸動脈斑塊易損性,其聲學定量參數與斑塊環境壓呈負相關。通過CEUS定量評估斑塊內新生血管形成,應考慮血壓和斑塊環境壓的影響。本研究還存在一定的局限性:(1)病例相對較少,未對LAAS患者分斑塊破裂和非破裂兩亞組進行比較研究;(2)未對不同年齡和性別進行分層分析以探討血壓對CEUS的影響;(3)未直接獲取斑塊內壓力和微血管密度的病理參數以探討二者的關系。