DSA、MRA、MS-CT及血流剪切力等影像学检查方法在评价颈动脉粥样硬化斑块形成及易损性的诊断价值

王明月 勇 强

首都医科大学附属北京安贞医院综合超声科，北京 100029

动脉粥样硬化是指以动脉内膜的结缔组织、平滑肌细胞及炎细胞等积聚后形成以纤维炎性脂质斑块作为主要特征的一种血管病，随着疾病发展，动脉管壁不断增厚、变硬而失去弹性，最终形成动脉管腔狭窄[1]。大量研究表明，颈动脉斑块更易出现在颈动脉分叉及起始段，主要因为此处管腔血流速度缓慢，脂质及炎性物质易发生沉积，最终形成粥样硬化斑块[2]。

颈动脉粥样硬化斑块也是导致脑卒中的重要因素。脑卒中分为出血型脑卒中和缺血型脑卒中两种类型，两类脑卒中的发病数比值分别约为2∶8[3]，据流行病学统计发现，约30%脑卒中患者的病因是颈动脉粥样硬化斑块[4]，其严重程度与脑卒中的发生、发展有着密切联系，其发生机制有两方面：其一为颈动脉狭窄而导致狭窄远端脑血流呈低灌注状态，造成相应供血部位的脑组织发生缺血缺氧、坏死；其二为颈动脉易损斑块不可预测地突发破裂，使得血小板激活，从而形成血栓导致脑组织急性缺血缺氧，引发脑梗死。且通过研究发现，引起脑卒中发生的决定性因素并不是颈动脉粥样硬化斑块引起的管腔狭窄，而是由于颈动脉易损斑块的破裂[5-6]。易损斑块具有以下特征：⑴脂质核心较大；⑵纤维帽较薄；⑶炎性细胞浸润；⑷新生血管生长；⑸斑块内部出血，表面溃疡。近几年，勇强等[7]针对颈动脉斑块的风险等级又将颈动脉斑块分为低度风险斑块、中度风险斑块、高度风险斑块和极高度风险斑块，其中低度风险斑块指斑块厚度＜2 cm的均质低回声斑块、低回声为主的混合回声斑块、均质高回声斑块及高回声为主的混合回声斑块；中度风险斑块是指斑块厚度为2～3 mm的均质低回声斑块及低回声为主的混合回声斑块；高度风险斑块指斑块厚度＞3 mm而长度＞15 mm的均质低回声斑块及低回声为主的混合回声斑块、溃疡斑块、带有脂质坏死核心的斑块及有新生血管形成的斑块；极高度风险斑块是指水母型斑块、活动溃疡型斑块、细小血栓型斑块、粗大血栓型斑块及纤维帽破裂型斑块。随着对脑卒中及颈动脉斑块的了解日益增加，逐渐意识到颈动脉易损斑块的突发破裂在脑卒中的发病中起着关键作用。

目前直接评价颈动脉粥样硬化的方法包括：磁共振成像（MRI），多层螺旋CT成像（MS-CT），数字减影血管造影（digital subtraction angiography, DSA），超声造影（contrast-enhanced ultrasound, CEUS）、三维超声等。而其他检查颈动脉粥样硬化及斑块稳定性的方法包括速度向量成像技术（velocity vector imaging, VVI）、剪切力测定等。目前，DSA被认为是评估颈动脉狭窄程度与闭塞的“金标准”，可以对介入治疗的过程加以指导并评估预后情况；剪切力测定是二维灰阶超声的一个重要发展，它不仅可以通过观察不同情况下的颈动脉血液动力学指标的改变，来预测颈动脉粥样硬化疾病的发生及颈动脉斑块破裂风险，同时还具有无放射性、无创性、操作简单方便、重复性好及成像快捷等优点，有望成为预测脑卒中发生的重要参考指标。

1 DSA

目前DSA被认为是评估颈动脉狭窄程度与闭塞的“金标准”[8]。其原理是经计算机处理，将受检部位注入造影剂前后的血管造影图像的数字信息相减，只留下单纯血管影像的减影图像。DSA具有清晰显像、分辨率高的优点。它能清晰显示血管狭窄或闭塞的部位及程度、累及长度以及是否有分支、侧支血管及末梢血管循环，并可显示狭窄部位有无动脉瘤形成、是否合并其他动脉受累情况，同时它能动态观察血管形态及血流动力学的变化，还可直接进行介入治疗，有利于治疗术式的选择及预后评估。DSA诊断颈动脉狭窄的直接征象是局部管腔狭窄，严重者表现为血管闭塞。若多角度延时采集图像时显示闭塞的动脉管腔内有线样征，即为假性动脉闭塞，这对血管内介入治疗时导丝通过具有重要指导作用[9]。随着三维重建成像（3D DSA）的临床应用，部分学者认为测量血管的面积狭窄率比直径狭窄率更能精确反映血管的狭窄程度[10]。3D DSA可多角度观察血管及病变的空间位置关系及管腔内情况；同时还能准确测量病变血管的直径、狭窄累及长度、狭窄部位横截面积等。

但是DSA也有很多不足之处：⑴操作复杂、有辐射、价格昂贵；⑵不能完全显示不规则或偏心性狭窄的狭窄程度；⑶DSA检查时约有4%的患者有发生TIA的可能性，并可出现穿刺部位血肿、假性动脉瘤、夹层动脉瘤、动静脉瘘等医源性创伤；⑷术中可发生对比剂的不良反应；⑸高龄、肝肾功能不全者禁用。

2 磁共振血管造影

磁共振血管造影（magnetic resonance angiography,MRA）是一种安全、无辐射、无创、重复性好的血管成像技术，可以观察颈动脉内血流方式和速度，并清晰显示动脉血栓及斑块，还可评价组织的微血管结构及功能状态。目前很多学者应用MRI观察颈动脉斑块内新生血管情况，结果表明有症状的颈动脉斑块患者与无症状的颈动脉斑块患者相比，前者斑块增强强度高，增强部位多位于斑块肩部及中央。应用MRI进行组织学分析，结果表明斑块的增强强度与斑块内新生血管的密度、巨噬细胞的多少密切相关[15]。

然而MRA在成像方面也有一定的缺点，若颈动脉内血流缓慢或比较复杂，MRA往往会造成信号缺失，高估动脉狭窄程度。

3 MS-CT

MS-CT检查是通过三维数据采集、重建获得图像，一次扫描能进行多种显示重建，故该检查可从不同角度、不同方向显示颈动脉[16-17]，不仅能清晰地观察颈动脉的血管形态变化、狭窄程度、闭塞情况等，还能准确的判定斑块的性质及三维关系，具有扫描方便快捷、无创伤、图像分辨率高等优点[18]。近期研究表明颈动脉斑块CT值的增加值（ΔHu）与斑块内的纤维组织呈正相关，与斑块的密度及其内部脂质坏死核心的大小呈负相关。斑块内新生血管及炎性细胞越少，ΔHu越小[19]。

MS-CT的缺点是其具有一定的放射性，且对于造影剂过敏的患者禁用。当患者呼吸或动脉搏动幅度较大，斑块严重钙化时，都会影响图像清晰程度。

4 CEUS

CEUS技术是利用造影剂产生的微气泡作为血管示踪剂，清晰显示动脉斑块的轮廓，提高动脉斑块特别是溃疡斑块的检出率[20]。因微气泡只能在血管内流动，故CEUS很少出现假性充盈缺损及外溢伪像，弥补了彩色多普勒超声的不足，更准确的反映了血管腔内的血流情况。除此之外，超声造影对血流的检测更敏感，可增强颈动脉血流信号，对颈内动脉重度狭窄或闭塞的患者做出更准确的诊断，为此类患者提供最佳治疗时机[21]。勇强等[22]应用超声造影诊断颈内动脉起始段闭塞1条（1/11）、重度狭窄10条（10/11）、颈内动脉狭窄以远的颈动脉管腔通畅，而DSA却诊断完全性闭塞患者4例（4/11）。原因可能为DSA造影剂可顺利通过颈外动脉，致使病变的颈内动脉造影剂浓度不够，造成假性闭塞的诊断。而CEUS对病变血管进行检查时，会推注两次造影剂，并延长造影剂显影时间，确保造影剂浓度，因此，CEUS可以作为DSA检查前无创性评估颈动脉狭窄程度及闭塞的一种重要的筛查手段。超声造影对临床治疗也具有一定的指导作用，若两次注入超声造影剂后管腔内始终无充填，则认为动脉管腔闭塞，此类患者手术治疗机会甚微，为减少全脑血管造影带来的不良反应，通常不再行DSA检查[23]。若超声造影发现颈内动脉颅外段重度狭窄，未完全闭塞，则此类患者还可进行手术治疗，通常需要DSA进一步检查[24]。

超声造影能清晰显示动脉粥样硬化斑块内的新生血管情况，且造影剂从进入到消退的整个过程均可以完整记录，实时动态，明显提高了超声诊断的准确性。应用定量分析软件对颈动脉粥样硬化斑块造影后的时间-强度变化进行定量分析，得出斑块显影后的峰值强度、达峰时间、新生血管分布密度及增强强度等参数，为评价动脉粥样硬化斑块的稳定性提供了一项简便、准确、无创性的检查方法。近年来出现了一种较普通造影剂更为有效、敏感的新型靶向造影剂，该造影剂携带特异性抗体或配体，通过抗原-抗体作用，使斑块表面特异性成像，进一步提高了诊断动脉斑块新生血管准确性[25]。

然而，CEUS也存在一定的禁忌症：⑴对六氟化硫造影剂过敏者禁用；⑵近期患有急性冠状动脉综合征患者禁用；⑶患有临床不稳定性缺血性心脏病患者禁用；⑷患有重度肺动脉高压患者禁用；⑸孕妇及哺乳期患者禁用；⑹十八岁以下患者禁用。另外，在颈动脉超声造影分析需要采集尽可能长时间的恒定靶目标图像，患者呼吸幅度大、血管搏动幅度大等均不利于分析。

5 3DUS

三维超声（three-dimensional ultrasound, 3DUS）是一种可视化、可量化的新的影像学技术，其基于二维超声，又优于二维超声，三维超声图像重建后不仅清晰、直观、立体感强，还能逼真地显示斑块的大小、形态、斑块处异常血流及与周围位置关系。在患者病情随访方面，3DUS可动态观察斑块的转归，评价动脉粥样硬化和高血压及手术的疗效。该项检查具有无放射性、无创性等优点，有望成为评价颈动脉硬化及斑块状态的重要检查方法，是医学影像学的重点研究方向之一[26]。

6 VVI

VVI技术的基础是二维斑点追踪技术，通过跟踪斑点信号的轨迹变化，以矢量方式显示组织运动变化，来检测组织的运动速度、应变及应变率。该技术可以精确的定位动脉管壁的不同位点，直观地观察动脉管壁的形态以及功能状态。该技术具有较高的时间及空间分辨率，无声束入射角度依赖性，是评价血管弹性的良好指标［27］。VVI技术还能从力学角度对动脉斑块稳定性进行定性、定量分析，来预测脑梗死的发生率［28-29]。该技术在应变模式下，分别获取颈动脉短轴切面、无斑块血管切面及有颈动脉粥样硬化斑块切面，测量上述切面的动脉内膜各位点最大切向应变（Smax）、最大运动速度（Vmax）、最大切向应变率（SR-max）的数值，以及长轴切面纵向应变、纵向应变率及纵向最大运动速度进行分析。结果显示上述参数与血管壁的弹性直接相关，提示通过VVI观察颈动脉管壁的形变能力可作为血管弹性变化的指标之一。汪奇等［30］研究结果也表明VVI技术可用于缺血性脑血管病患者颈动脉管壁运动研究，可作为预测脑梗死发病的新的相关指标。

7 剪切力测定

剪切力测定（WSS）中的剪切力是指血液对血管壁内皮细胞产生的摩擦力。根据Poiseuille定律，血管中血流剪切力τm=4µVp/ID（其中τm代表最大血流剪切力，µ代表血液黏滞度，Vp代表收缩末期峰值流速，ID代表舒张末期血管内径）。目前检测颈动脉斑块剪切力的技术有动态向量血流V-FLOW技术，该技术采用了全新的域扫描技术（zonesonography technology, ZST+），基于平面波的发射与接收模式，通过多个偏转角度，发射与接收数据，每一个角度的发射-接收数据，都会计算得到一个多普勒血流速度值。

7.1 正常人颈动脉的血流动力学特点

相对于动脉粥样硬化患者来说，正常人的动脉壁血流动力学特点表现为高剪切力、低环周力[31-33]。Gnasso A等[31]研究指出正常人颈总动脉收缩峰期剪切力及平均剪切力与颈动脉内中膜厚度、患者年龄、身高体重指数及收缩压等呈负相关。Carallo C等[32]研究正常人血流动力学改变后得到的结论与Gnasso A等的研究结果一致，同时他们还认为环周力与上述各指标呈正相关。故剪切力和环周力呈负相关。但经过多元回归处理后，结果显示剪切力和胆固醇与动脉内中膜厚度相关性较大，而环周力、身高体重指数及年龄与动脉内中膜厚度相关性则较小。

对于剪切力和环周力的正常值不同的学者有不同的观点。Carallo C等[32]研究后认为平均剪切力约为（12.6±3.3）dyne/cm2，平均环周力约为（3.4±0.6）×104dyne/cm；然而Jiang Y等[34]研究认为平均剪切力约为（9.5±3.0）×104dyne/cm2，平均环周力约为（4.8±1.1）×104dyne/cm，可见不同的研究人员、不同的样本以及人种对此会产生较大的差异。

7.2 动脉粥样硬化患者的血流动力学特点

动脉粥样硬化患者的血流动力学特点是剪切力减低而环周力升高[34-37]。低剪切力会使血液在血管中停留的时间延长，导致血小板、炎症细胞、巨噬细胞等与管壁的接触机会增大，同时增加动脉粥样硬化颗粒的运输，造成内皮分泌组织纤溶酶原激活剂t-PA的减少，从而影响内皮功能的代谢，增加动脉粥样硬化的发病率[38-41]。另外剪切力还可以调节血小板生长因子及转化生长因子、氮氧化物合成酶等，从而参与血管重构[42-47]，促进动脉粥样硬化的发生。

7.3 颈动脉血流剪切力与颈动脉粥样硬化斑块形成的关系

近些年，很多学者认可低血流剪切力假说，认为低剪切力可导致动脉IMT的增厚以及粥样硬化斑块的形成。刘冬梅等[48]选取78例被证实一侧颈动脉分叉或颈内动脉起始有斑块形成，但并未造成血管狭窄，另一侧无斑块形成的患者，其应用高频线振彩色多普勒超声探头，在距颈动脉分叉2 cm处取颈动脉短轴测量舒张末期血管内径（ID）及IMT，然后取长轴测量收缩末期峰值流速（Vp），取连续三个心动周期的平均值。在超声检查完2 h内测量其血液黏稠度。结果显示斑块侧的平均血管ID高于无斑块侧；平均Vp及τm的均低于无斑块侧；有斑块侧IMT厚度高于无斑块侧，提示IMT厚度与血流剪切力呈负相关，此研究结果与低血流剪切力假说相符。

研究证实，低血流剪切力会使血液在管壁内的停留时间延长，使其内皮细胞呈多角形不规则排列，使脂蛋白等血液成分在血管壁的沉积增加，降低脂蛋白的清除率，从而影响内皮细胞的新陈代谢[49]。同时，一些致血管内皮损伤的因子，如血管紧张素转换酶、血小板源性生长因子、炎症介质、内皮素转换酶等的分泌增加，而参与血管内皮保护的相关因子，如一氧化氮、一氧化氮合酶、前列环素合成酶等则相应减少[50-54]。以上这些因素均可促进细胞凋亡及动脉粥样硬化的发生、发展。同时，近期研究表明血流剪切力还可以通过内皮细胞上的机械感受器分子，如受体酪氨酸激酶、合素家族分子、离子通道等，将机械刺激转化为生化信号，而完成上述分子的转化及信号通路的传导，会影响到一系列转录因子，如促进转录激活蛋白-1的表达，从而调节血管重构，引起与动脉粥样硬化相关的生物学效应[55-56]。

7.4 颈动脉血流剪切力与斑块易损性的关系

低血流剪切力促进颈动脉斑块的形成，而高血流剪切力则促进颈动脉斑块的破裂，进而导致高发病率、高死亡率、高致残率和高复发率的脑卒中的发生。斑块的破裂既与斑块的组成成分相关，还与血流动力学及斑块本身的受力情况密切相关。研究表明，动脉粥样硬化斑块的破裂好发于斑块肩部，而肩部所受的剪切力也是最高的。Lovett JK等[57]研究表明斑块破裂好发于动脉管腔最窄处的上游，而这些区域所受的剪切力最高。高剪切力会减少血小板源性生长因子的分泌，并抑制血管平滑肌细胞蛋白的合成，使细胞凋亡增加，血管内皮增殖减少，最终导致斑块纤维帽变薄，斑块破裂[58-59]。另外还有学者认为，斑块破裂的比例也会随着颈动脉狭窄程度的增加而增加。Binns RL等[60]应用橡胶管来模拟人体血管，结果表明，随着狭窄程度的增加，斑块破裂所需外力减小，而局部剪切力增大。同时，在血管管腔面积相似的条件下，偏心性重构的斑块与向心性重构的斑块表面所受的血管壁剪切力不同。Cheng G等[61]进一步研究认为偏心性重构的斑块表面血流速度加快，所受剪切力增大，容易造成斑块破裂，而向心性重构的斑块相对来说更稳定。

周巧兰等[62]应用X-strain技术分析118名患者的颈动脉斑块，研究显示斑块2个肩部的应变力＞斑块顶部的应变力＞斑块基底部的应变力，而斑块2个肩部的应变方向相反。因斑块受力情况及形态的不同，斑块应变方向开始转变的拐点数量往往多于一个；在以拐点为中心，向2个肩部移行的过程中，应变力逐渐递增，当到达肩部时达到最大。溃疡斑近心端肩部的应变力大于远心端肩部的应变力，远心端肩部的应变力大于顶部应变力，顶部应变力大于基底部的应变力。该结果提示斑块的肩部和顶部与斑块的基底部相比，更易破裂。该结果与Richardson PD等[63]证实的斑块破裂63%发生在肩部，37%在纤维帽中部的结果相符。其原因可能是因为在斑块的近心端，随着斑块的厚度逐渐增大，血流的剪切力沿斑块向上行进时的能量及斑块产生的形变均递减，而在斑块的远心端，随着斑块的厚度逐渐减小，血流的剪切力沿斑块向下行进时的能量及斑块产生的形变均递增，到肩部时达到最大[62]。故血流剪切力越高，斑块所产生的形变越大，而更容易破裂，除此之外，高剪切力区域的基质金属蛋白酶表达和胶原降解增加，也导致斑块更易破裂，即高血流剪切力与斑块破裂呈正相关。

7.5 影响颈动脉粥样硬化斑块形成及易损性的其他作用力

影响颈动脉粥样硬化斑块的形成及破裂的因素众多，除了与斑块内部新生血管的多少、炎症反应的程度及剪切力相关外，还与其他作用力密切相关，例如血管环周力和动脉紧张度等。

吕伟等[64]的研究表明脑梗死患者的各项指标中与剪切力呈正相关的有高密度脂蛋白；与剪切力呈负相关的有吸烟、身高体重指数、收缩压、舒张压、血糖；与环周力呈正相关的有吸烟、身高体重指数、收缩压、舒张压、血糖、胆固醇；与环周力呈负相关的有高密度脂蛋白、低密度脂蛋。在动脉发生伸展性变化时，环周力和动脉紧张度是反应动脉壁垂直方向力学改变的两个指标，同样的环周力在弹性好的动脉可能要比硬化的动脉产生较大的紧张度。

综上所述，在众多危险因素的作用下，颈动脉内血液粘滞度、血流速度及动脉管径发生变化，均会导致剪切力的降低及环周力的升高，从而引起颈动脉粥样硬化斑块的形成，而当斑块形成后，斑块某个位置的剪切力相对其他位置较大时，斑块在此位置所产生的形变较大，而更容易导致斑块的破裂。当前的研究结果显示斑块2个肩部的应变力＞斑块顶部的应变力＞斑块基底部的应变力，即斑块2个肩部更容易发生破裂，导致脑卒中的发生。近年来，对颈动脉斑块内新生血管的研究日益增多，很多学者研究结果显示颈动脉斑块肩部的新生血管较顶部及基底部多，而斑块内新生血管的多少与血流剪切力是否有关还有待进一步研究。目前的研究显示出斑块某个点所承受的应变力的大小与斑块易损性有关，但斑块上某个点所承受的剪切力的方向与血管壁之间的夹角是否与颈动脉斑块易损性有关 依旧有待进一步研究。