超聲造影在動(dòng)脈粥樣硬化診斷中的研究進(jìn)展

李萍，惠品晶，金琳，王迎春

(1.蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院卒中中心，江蘇 蘇州 215006； 2.上海健康醫(yī)學(xué)院附屬嘉定區(qū)中心醫(yī)院超聲科，上海 201800)

動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，As)是動(dòng)脈血管系統(tǒng)的慢性炎癥性病變，是心腦血管疾病的共同病理基礎(chǔ)，也是全球引起疾病死亡的首位病因[1]。As的發(fā)生發(fā)展與轉(zhuǎn)歸是脂質(zhì)浸潤(rùn)、外膜滋養(yǎng)血管的增殖、炎癥因子浸潤(rùn)、斑塊內(nèi)血管新生等因素相互作用的結(jié)果。雖然目前診斷As的影像學(xué)方法層出不窮，但超聲仍為診斷As的首選檢查方法。與其他影像學(xué)技術(shù)相比，被譽(yù)為超聲技術(shù)“第三次革命”的超聲造影具有無創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、價(jià)格優(yōu)廉、可重復(fù)性高等特點(diǎn)，目前該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于臨床。超聲造影技術(shù)的發(fā)展離不開造影劑的革新，而近年非靶向、靶向、微米泡、納米泡超聲造影劑的研發(fā)及應(yīng)用，推動(dòng)了超聲朝分子影像學(xué)方向發(fā)展。超聲造影不僅可從傳統(tǒng)意義上對(duì)外膜的滋養(yǎng)血管、斑塊內(nèi)的新生血管進(jìn)行解剖功能成像，亦可在細(xì)胞分子水平對(duì)不同病變階段的As做出診斷。因此，超聲在高特異性診斷As的同時(shí)，亦可能實(shí)現(xiàn)以造影劑為媒介靶向遞送藥物、基因，以期完成As的診療一體化。現(xiàn)就超聲造影在As診斷中的研究進(jìn)展予以綜述。

1 As的形成

As的發(fā)生發(fā)展是脂質(zhì)沉積、炎癥反應(yīng)、新生血管相互作用的結(jié)果[2]。血管內(nèi)皮細(xì)胞的活化及功能障礙，致使趨化分子、黏附分子及促炎癥因子過表達(dá)。在這些過表達(dá)因子的介導(dǎo)下，單核細(xì)胞向內(nèi)皮細(xì)胞下遷移，吞噬脂質(zhì)的單核細(xì)胞演變?yōu)榕菽?xì)胞，形成早期的脂質(zhì)條紋。然而除活化的內(nèi)皮細(xì)胞外，內(nèi)皮下的單核細(xì)胞、增殖的平滑肌細(xì)胞及泡沫細(xì)胞亦產(chǎn)生大量的反應(yīng)性氧化物質(zhì)，進(jìn)而促使內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)更多的黏附分子，構(gòu)成一個(gè)正反饋的惡性循環(huán)，最終形成典型的粥樣斑塊。

動(dòng)脈血管壁的營(yíng)養(yǎng)主要由外膜滋養(yǎng)血管直接供給，隨著As的發(fā)展，內(nèi)-中膜厚度達(dá)到氧在血液彌散能力的極限值(250～500 μm)后，引起組織局部缺氧，組織細(xì)胞通過上調(diào)低氧誘導(dǎo)因子的表達(dá)，促使參與形成As的各類細(xì)胞分泌多種因子，進(jìn)而加劇局部的炎癥反應(yīng)和促進(jìn)血管形成。外膜滋養(yǎng)血管在血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、炎癥因子等多種細(xì)胞因子的誘導(dǎo)下向內(nèi)中膜以出芽方式生長(zhǎng)，最終在斑塊內(nèi)形成新的微血管。新生血管結(jié)構(gòu)不成熟、滲透性較高，這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其與粥樣斑塊易損性密切相關(guān)。目前公認(rèn)的易損斑塊的病理特征主要包括正性重構(gòu)、大的脂質(zhì)核心、大量活化的巨噬細(xì)胞、薄纖維帽、斑塊內(nèi)部出血、病理性新生血管生成、表面潰瘍等，其中病理性新生血管是預(yù)測(cè)斑塊破裂最有力的獨(dú)立因子[3]。

2 不同超聲技術(shù)在As診斷中的應(yīng)用

超聲具有便捷、無創(chuàng)、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，臨床通常將其作為篩選和診斷As斑塊的首選影像學(xué)手段。目前常用于診斷As的超聲技術(shù)主要有二維及多普勒超聲、灰階中位數(shù)(gray-scale median，GSM)技術(shù)、超微血管成像等，但這些超聲技術(shù)均無法精準(zhǔn)評(píng)估As的外膜滋養(yǎng)血管的密度、斑塊內(nèi)血管新生化及炎癥程度，因此無法預(yù)測(cè)As的發(fā)展趨勢(shì)及斑塊的易損性，現(xiàn)分別介紹如下。

2.1二維及多普勒超聲 二維及多普勒超聲主要用于觀察斑塊形態(tài)、內(nèi)部回聲，測(cè)量記錄血管內(nèi)-中膜厚度、斑塊大小和血管腔的狹窄程度。二維超聲將斑塊的回聲強(qiáng)度分為低、中等、混合性及高回聲4種類型，并認(rèn)為低回聲斑塊富含易致斑塊破損的脂質(zhì)成分，混合性回聲斑塊可能包含斑塊內(nèi)出血及壞死核心，高回聲斑塊的主要成分是纖維、鈣化，但這一方法主觀依賴性較強(qiáng)，且不能對(duì)斑塊的回聲進(jìn)行定量分析[4]。而多普勒超聲存在彩色外溢偽像，易對(duì)狹窄處構(gòu)成假性充盈缺損，判定管腔狹窄程度的準(zhǔn)確性不如超聲造影。目前，As的研究熱點(diǎn)主要聚中在如何精準(zhǔn)預(yù)判斑塊的易損性，而二維及多普勒超聲在此方面的應(yīng)用價(jià)值有限。

2.2GSM技術(shù) GSM技術(shù)的應(yīng)用克服了超聲醫(yī)師通過二維超聲判斷斑塊回聲強(qiáng)度主觀依賴性強(qiáng)的問題。GSM值可用于定量評(píng)估斑塊的回聲強(qiáng)度，其高低與斑塊內(nèi)的組織成分有較高的相關(guān)性，Mitchell等[5]對(duì)GSM值與病理組織成分的相關(guān)性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，以出血或壞死為主的斑塊GSM值最低，纖維斑塊的GSM值居中，鈣化斑最高。為彌補(bǔ)二維超聲局限斷面成像的不足，王秀玲等[6]應(yīng)用三維超聲對(duì)斑塊的整體結(jié)構(gòu)與成分進(jìn)行定量分析，獲取GSM值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)腦梗死患者的GSM更低。但GSM值仍是以超聲為基礎(chǔ)的研究，而目前超聲分辨率有限，故限制了GSM值在臨床的應(yīng)用。

2.3超微血管成像 超微血管成像因具有可顯示低速血流的特點(diǎn)，被用來評(píng)估器官、組織內(nèi)的血流灌注情況。超微血管成像技術(shù)通過對(duì)斑塊內(nèi)新生血管的成像輔助判斷斑塊的易損性，解決部分患者不能行超聲造影檢查的難題。但有研究表明，超微血管成像對(duì)某些斑塊內(nèi)血流豐富程度的顯示不及超聲造影[7]。超微血管成像雖是一種新興技術(shù)，但對(duì)部分新生血管內(nèi)極低速血流的敏感性較低，且其應(yīng)用條件尚處于探索階段，使用者對(duì)超微血管成像的原理及偽像的認(rèn)識(shí)不夠深入，故會(huì)降低其診斷的特異性。基于超微血管成像原理的局限，該技術(shù)不能對(duì)易損斑塊的其他特征(大的脂質(zhì)核心、斑塊內(nèi)出血等)做出特異性診斷，從而降低了其臨床應(yīng)用價(jià)值。

3 超聲造影在As診斷中的應(yīng)用

Gramiak和Shah[8]于1968年首次提出超聲對(duì)比造影的概念，超聲造影主要對(duì)組織內(nèi)的微血管進(jìn)行成像，其已成功用于評(píng)估心肌梗死缺血灶的灌注及腫瘤術(shù)前評(píng)估血供、術(shù)后療效評(píng)價(jià)。超聲造影在診斷As斑塊內(nèi)微血管方面的價(jià)值尤為突出，其彌補(bǔ)了常規(guī)超聲的不足，也可更好地顯示血管內(nèi)中膜、斑塊的形態(tài)學(xué)特征，提高了早期和亞臨床As診斷的敏感性[9]。超聲造影對(duì)As的研究分為靶向和非靶向兩個(gè)方面。但目前超聲對(duì)As的診斷停留在解剖、功能層面，尚不能在分子水平對(duì)As進(jìn)行診斷。

3.1非靶向超聲造影 超聲造影技術(shù)利用微泡的非線性諧波特性獲得斑塊內(nèi)血流灌注特征，被認(rèn)為是評(píng)估As斑塊易損性的“金標(biāo)準(zhǔn)”[10]，并與其他危險(xiǎn)因素相結(jié)合綜合評(píng)價(jià)As的病程變化及所處的臨床階段[11]。研究顯示，超聲造影可反映斑塊內(nèi)新生血管化程度，斑塊的增強(qiáng)強(qiáng)度，且造影強(qiáng)化程度與斑塊內(nèi)新生血管的存在和密度相關(guān)，從而為臨床篩選易損斑塊提供重要信息[12]。蘇楠等[13]研究發(fā)現(xiàn)，低回聲斑塊組的造影增強(qiáng)程度顯著高于不均質(zhì)回聲斑塊組及高回聲斑塊組，且新生血管分級(jí)與腦梗死及梗死后再發(fā)等臨床疾病密切相關(guān)。此外，超聲造影能提高對(duì)頸動(dòng)脈斑塊表面結(jié)構(gòu)的分辨能力，對(duì)頸動(dòng)脈斑塊厚度的測(cè)量和狹窄程度的觀察有較高的敏感性和特異性。賁志飛等[14]研究表明，以數(shù)字減影血管造影檢查結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，超聲造影在診斷頸動(dòng)脈管腔狹窄程度方面的準(zhǔn)確度可達(dá)84.6%(22/26)。

As斑塊內(nèi)的新生血管主要來源于外膜的滋養(yǎng)血管[15]，故監(jiān)測(cè)外膜滋養(yǎng)血管密度的變化有利于對(duì)斑塊易損性及As病程的判斷。Li等[16]通過超聲造影技術(shù)定量分析外膜滋養(yǎng)血管的密度變化，并與病理結(jié)果進(jìn)行對(duì)照發(fā)現(xiàn)，滋養(yǎng)血管的變化與As的病程呈線性相關(guān)，因此通過監(jiān)測(cè)外膜滋養(yǎng)血管的變化可早期發(fā)現(xiàn)As。張艷明等[17]用超聲造影對(duì)腦梗死患者和非腦梗死患者的雙側(cè)頸動(dòng)脈進(jìn)行檢查，半定量分析頸動(dòng)脈滋養(yǎng)血管增強(qiáng)強(qiáng)度、相對(duì)增強(qiáng)強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)，腦梗死患者梗死側(cè)頸動(dòng)脈滋養(yǎng)血管的增強(qiáng)強(qiáng)度、相對(duì)增強(qiáng)強(qiáng)度明顯高于非梗死側(cè)和非腦梗死患者。鄔午龍等[18]對(duì)腦梗死和非腦梗死患者進(jìn)行超聲造影檢查，并依據(jù)造影增強(qiáng)強(qiáng)度對(duì)頸動(dòng)脈滋養(yǎng)血管進(jìn)行分級(jí)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，腦梗死組中Ⅰ級(jí)頸動(dòng)脈滋養(yǎng)血管的比例明顯高于非腦梗死組，以Ⅰ級(jí)為截?cái)鄻?biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)腦梗死的曲線下面積、靈敏度、特異度分別為0.699、72.3%及61.5%，提示頸動(dòng)脈滋養(yǎng)血管的分級(jí)可作為預(yù)測(cè)腦梗死的有效指標(biāo)之一。

血管中膜平滑肌細(xì)胞的遷移和增殖是As早期的另一典型病變，但普通超聲造影難以顯示早期病變。夏曉蓉等[19]通過包碳酸氫銨產(chǎn)氣納米微球聯(lián)合光聲成像儀早期觀察家兔As的血管平滑肌細(xì)胞的變化，于4周行光聲超聲檢查可見局部血管內(nèi)中膜顯像加強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)As的早期診斷。

3.2靶向超聲造影 造影劑是超聲造影技術(shù)的成像基礎(chǔ)，其顯像原理是通過填充具有較低密度和較高壓縮性的氣體，產(chǎn)生超聲背向散射遠(yuǎn)超生物軟組織，從而構(gòu)成聲學(xué)對(duì)比以顯像，依據(jù)尺寸超聲造影劑分為微米泡和納米泡兩種[20]。隨著靶向超聲造影劑的開發(fā)和應(yīng)用，超聲造影技術(shù)成功突破以往局限在解剖、功能層面的成像，在動(dòng)物模型上實(shí)現(xiàn)了對(duì)疾病在細(xì)胞、分子水平的成像，進(jìn)一步提高了超聲造影技術(shù)診斷的敏感性和特異性，從而有望更早期診斷As。此外，超聲被證實(shí)可對(duì)單個(gè)微泡進(jìn)行顯像，其中靶向超聲分子成像是最敏感的成像技術(shù)之一[21]。靶向超聲分子成像的關(guān)鍵是尋找“靶向目標(biāo)”。

3.2.1微米泡靶向超聲造影劑 目前，As靶向超聲分子成像的熱點(diǎn)主要集中對(duì)血管新生、炎性相關(guān)的靶點(diǎn)及血栓形成的生物標(biāo)志物(表達(dá)上調(diào)的特異性受體，如VEGF、P-選擇素、細(xì)胞間黏附分子1、血管細(xì)胞黏附分子1、白細(xì)胞介素-18、連接黏附分子A等)的甄別。其中，VEGF參與血管生成，As的進(jìn)展過程中不斷有新生血管形成，因此以VEGF為靶標(biāo)可檢測(cè)并量化新生血管。Liu等[22]使用高膽固醇、球囊損傷及病毒感染的方法在兔動(dòng)脈上建立易損斑塊模型，制備攜帶VEGF抗體的靶向微泡，觀察造模前、造模12周后的增強(qiáng)強(qiáng)度變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)攜帶VEGF的靶向造影劑可更好地顯示斑塊內(nèi)的新生血管。

炎癥反應(yīng)不僅貫穿As的全過程，也是As形成過程中的關(guān)鍵影響因素。Chadderdon等[23]在雄性恒河猴上使用血管細(xì)胞黏附分子1、 P-選擇素靶向微泡，在As的炎癥部位檢測(cè)到靶向微泡的聚集。連接黏附分子A是與As進(jìn)展相關(guān)的另一個(gè)炎癥因子，其在As早期的內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)增加，且與單核細(xì)胞的募集有關(guān)，故下調(diào)連接黏附分子A的表達(dá)可減輕高脂血癥，限制斑塊的生長(zhǎng)[24]。有學(xué)者通過制備攜帶連接黏附分子A抗體的靶向微泡，利用高膽固醇飼養(yǎng)與細(xì)線部分結(jié)扎法于兔頸動(dòng)脈處建立As易損斑塊模型，發(fā)現(xiàn)連接黏附分子A的靶向微泡在易損斑塊內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度顯著增強(qiáng)并持續(xù)顯影(長(zhǎng)達(dá)10 min)，且與斑塊易損性密切相關(guān)[25]。

單純的斑塊破裂不會(huì)直接導(dǎo)致急性心血腦管事件的發(fā)生，而斑塊破裂后形成的血栓是引起急性心腦血管事件發(fā)生的關(guān)鍵[26]。血栓成像在監(jiān)測(cè)As易損斑塊位置和狀態(tài)，評(píng)估腦卒中、心房顫動(dòng)引起的血栓以及深靜脈血栓形成評(píng)估方面有重要的臨床價(jià)值。目前，通過分子成像能快速且非侵入性地檢測(cè)和表征急性血栓，并在動(dòng)物模型上對(duì)血栓形成的靶向分子標(biāo)志物成功進(jìn)行分子成像[27]，分子成像的獨(dú)特性在于其可檢測(cè)小血栓和微血栓[28]。Alonso等[29]在大鼠模型上完成了血栓的超聲分子成像。研究顯示，血栓的前期狀態(tài)與血小板膜表面的糖蛋白的表達(dá)密切相關(guān)，攜帶糖蛋白抗體的靶向造影劑主要聚集在損傷部位，因此通過特異性分子顯像有望監(jiān)測(cè)血栓形成的趨勢(shì)[30]。Wang等[20]通過建立頸動(dòng)脈急性血栓小鼠模型，制備具有靶向診斷的血小板特異性單鏈抗體微泡和重組纖維蛋白溶解藥物的微泡發(fā)現(xiàn)，超聲在快速診斷急性血栓的同時(shí)完成了溶栓治療，并可監(jiān)測(cè)溶栓的成功與否。

3.2.2納米泡靶向超聲造影劑 納米泡借助粒徑優(yōu)勢(shì)打破了微米泡局限于血池內(nèi)顯像，其可對(duì)血管外的組織實(shí)現(xiàn)被動(dòng)靶向顯像，但其背向散射能力偏差，需要較高濃度的蓄積才能達(dá)到好的顯像效果。有學(xué)者曾試用乳液-溶劑蒸發(fā)、生物素-抗生物素蛋白連接技術(shù)制備攜抗VEGF的納米泡，并在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中證明其對(duì)As易損斑塊有特異性靶向成像作用[31]。但目前納米泡的研究一方面集中在腫瘤可視化的靶向分子成像方面[32]，另一方面集中在納米泡提供的一個(gè)遞送藥物、基因的平臺(tái)系統(tǒng)，可輔助藥物在目標(biāo)部位的定向控釋[33]。雖然靶向納米泡在As診斷中的應(yīng)用相對(duì)較少，但超聲納米造影劑本身具有攜帶藥物治療的能力，可在增強(qiáng)病灶顯像的同時(shí)發(fā)揮重要的治療作用，故其在As的診治中具有廣闊的發(fā)展前景。

目前，靶向造影劑實(shí)現(xiàn)了對(duì)As病變不同階段的分子成像，但其在黏附效率(中心軸向流動(dòng)及高剪切力下親和力不足)方面仍存在不容忽視的缺陷。有學(xué)者試圖利用外力(聲輻射力、磁場(chǎng)力)將造影劑成功推向血管壁，增加靶向超聲造影劑與靶目標(biāo)結(jié)合的機(jī)會(huì)[34]。近年一種基于輻射力的新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在大血管內(nèi)對(duì)黏附的靶向超聲造影劑分離的分子成像[35]。此外，有學(xué)者采用雙靶、三靶間的協(xié)同作用，增加靶向造影劑與As相關(guān)靶點(diǎn)的黏附力[36]。以上幾種方法均在一定程度上提高了造影劑的靶向性。

4 小 結(jié)

超聲造影技術(shù)正朝非靶向和靶向兩個(gè)方面快速發(fā)展，尤其是靶向超聲造影，其對(duì)As的分子成像在相關(guān)的細(xì)胞、動(dòng)物模型上迅速展開，從而為As的早期超聲診斷、評(píng)估療效及預(yù)后的判定提供理論依據(jù)。目前，靶向超聲分子成像正快速向臨床試驗(yàn)發(fā)展，第1例人類靶向超聲分子成像的臨床試驗(yàn)已成功完成并報(bào)道[37]，未來靶向超聲分子成像的臨床應(yīng)用或有可能。超聲波技術(shù)雖然可檢測(cè)到單個(gè)微泡，但目前的成像設(shè)備仍難以區(qū)分靶向造影劑和自由流動(dòng)的(非黏附)造影劑。隨著超聲信號(hào)處理技術(shù)(對(duì)比度特異性預(yù)設(shè)和脈沖序列)及靶向造影劑構(gòu)成(單靶、雙靶、三靶、多模態(tài)靶)設(shè)計(jì)的不斷創(chuàng)新，未來將實(shí)現(xiàn)靶向超聲成像和圖像引導(dǎo)治療的臨床轉(zhuǎn)化。超聲技術(shù)是目前臨床應(yīng)用最為廣泛的As檢測(cè)手段，而超聲造影在患者的危險(xiǎn)分層、臨床治療方案的優(yōu)化和As的定位診斷、動(dòng)態(tài)演變?cè)u(píng)價(jià)方面均有巨大潛力，這將為As的診斷和治療帶來新契機(jī)。