超声造影在动脉粥样硬化诊断中的研究进展

李萍，惠品晶，金琳，王迎春

(1.苏州大学附属第一医院卒中中心，江苏 苏州 215006； 2.上海健康医学院附属嘉定区中心医院超声科，上海 201800)

动脉粥样硬化(atherosclerosis，As)是动脉血管系统的慢性炎症性病变，是心脑血管疾病的共同病理基础，也是全球引起疾病死亡的首位病因[1]。As的发生发展与转归是脂质浸润、外膜滋养血管的增殖、炎症因子浸润、斑块内血管新生等因素相互作用的结果。虽然目前诊断As的影像学方法层出不穷，但超声仍为诊断As的首选检查方法。与其他影像学技术相比，被誉为超声技术“第三次革命”的超声造影具有无创、动态、价格优廉、可重复性高等特点，目前该技术已被广泛应用于临床。超声造影技术的发展离不开造影剂的革新，而近年非靶向、靶向、微米泡、纳米泡超声造影剂的研发及应用，推动了超声朝分子影像学方向发展。超声造影不仅可从传统意义上对外膜的滋养血管、斑块内的新生血管进行解剖功能成像，亦可在细胞分子水平对不同病变阶段的As做出诊断。因此，超声在高特异性诊断As的同时，亦可能实现以造影剂为媒介靶向递送药物、基因，以期完成As的诊疗一体化。现就超声造影在As诊断中的研究进展予以综述。

1 As的形成

As的发生发展是脂质沉积、炎症反应、新生血管相互作用的结果[2]。血管内皮细胞的活化及功能障碍，致使趋化分子、黏附分子及促炎症因子过表达。在这些过表达因子的介导下，单核细胞向内皮细胞下迁移，吞噬脂质的单核细胞演变为泡沫细胞，形成早期的脂质条纹。然而除活化的内皮细胞外，内皮下的单核细胞、增殖的平滑肌细胞及泡沫细胞亦产生大量的反应性氧化物质，进而促使内皮细胞表达更多的黏附分子，构成一个正反馈的恶性循环，最终形成典型的粥样斑块。

动脉血管壁的营养主要由外膜滋养血管直接供给，随着As的发展，内-中膜厚度达到氧在血液弥散能力的极限值(250～500 μm)后，引起组织局部缺氧，组织细胞通过上调低氧诱导因子的表达，促使参与形成As的各类细胞分泌多种因子，进而加剧局部的炎症反应和促进血管形成。外膜滋养血管在血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、炎症因子等多种细胞因子的诱导下向内中膜以出芽方式生长，最终在斑块内形成新的微血管。新生血管结构不成熟、渗透性较高，这些结构特点使其与粥样斑块易损性密切相关。目前公认的易损斑块的病理特征主要包括正性重构、大的脂质核心、大量活化的巨噬细胞、薄纤维帽、斑块内部出血、病理性新生血管生成、表面溃疡等，其中病理性新生血管是预测斑块破裂最有力的独立因子[3]。

2 不同超声技术在As诊断中的应用

超声具有便捷、无创、经济等特点，临床通常将其作为筛选和诊断As斑块的首选影像学手段。目前常用于诊断As的超声技术主要有二维及多普勒超声、灰阶中位数(gray-scale median，GSM)技术、超微血管成像等，但这些超声技术均无法精准评估As的外膜滋养血管的密度、斑块内血管新生化及炎症程度，因此无法预测As的发展趋势及斑块的易损性，现分别介绍如下。

2.1二维及多普勒超声 二维及多普勒超声主要用于观察斑块形态、内部回声，测量记录血管内-中膜厚度、斑块大小和血管腔的狭窄程度。二维超声将斑块的回声强度分为低、中等、混合性及高回声4种类型，并认为低回声斑块富含易致斑块破损的脂质成分，混合性回声斑块可能包含斑块内出血及坏死核心，高回声斑块的主要成分是纤维、钙化，但这一方法主观依赖性较强，且不能对斑块的回声进行定量分析[4]。而多普勒超声存在彩色外溢伪像，易对狭窄处构成假性充盈缺损，判定管腔狭窄程度的准确性不如超声造影。目前，As的研究热点主要聚中在如何精准预判斑块的易损性，而二维及多普勒超声在此方面的应用价值有限。

2.2GSM技术 GSM技术的应用克服了超声医师通过二维超声判断斑块回声强度主观依赖性强的问题。GSM值可用于定量评估斑块的回声强度，其高低与斑块内的组织成分有较高的相关性，Mitchell等[5]对GSM值与病理组织成分的相关性进行研究发现，以出血或坏死为主的斑块GSM值最低，纤维斑块的GSM值居中，钙化斑最高。为弥补二维超声局限断面成像的不足，王秀玲等[6]应用三维超声对斑块的整体结构与成分进行定量分析，获取GSM值，结果发现脑梗死患者的GSM更低。但GSM值仍是以超声为基础的研究，而目前超声分辨率有限，故限制了GSM值在临床的应用。

2.3超微血管成像 超微血管成像因具有可显示低速血流的特点，被用来评估器官、组织内的血流灌注情况。超微血管成像技术通过对斑块内新生血管的成像辅助判断斑块的易损性，解决部分患者不能行超声造影检查的难题。但有研究表明，超微血管成像对某些斑块内血流丰富程度的显示不及超声造影[7]。超微血管成像虽是一种新兴技术，但对部分新生血管内极低速血流的敏感性较低，且其应用条件尚处于探索阶段，使用者对超微血管成像的原理及伪像的认识不够深入，故会降低其诊断的特异性。基于超微血管成像原理的局限，该技术不能对易损斑块的其他特征(大的脂质核心、斑块内出血等)做出特异性诊断，从而降低了其临床应用价值。

3 超声造影在As诊断中的应用

Gramiak和Shah[8]于1968年首次提出超声对比造影的概念，超声造影主要对组织内的微血管进行成像，其已成功用于评估心肌梗死缺血灶的灌注及肿瘤术前评估血供、术后疗效评价。超声造影在诊断As斑块内微血管方面的价值尤为突出，其弥补了常规超声的不足，也可更好地显示血管内中膜、斑块的形态学特征，提高了早期和亚临床As诊断的敏感性[9]。超声造影对As的研究分为靶向和非靶向两个方面。但目前超声对As的诊断停留在解剖、功能层面，尚不能在分子水平对As进行诊断。

3.1非靶向超声造影 超声造影技术利用微泡的非线性谐波特性获得斑块内血流灌注特征，被认为是评估As斑块易损性的“金标准”[10]，并与其他危险因素相结合综合评价As的病程变化及所处的临床阶段[11]。研究显示，超声造影可反映斑块内新生血管化程度，斑块的增强强度，且造影强化程度与斑块内新生血管的存在和密度相关，从而为临床筛选易损斑块提供重要信息[12]。苏楠等[13]研究发现，低回声斑块组的造影增强程度显著高于不均质回声斑块组及高回声斑块组，且新生血管分级与脑梗死及梗死后再发等临床疾病密切相关。此外，超声造影能提高对颈动脉斑块表面结构的分辨能力，对颈动脉斑块厚度的测量和狭窄程度的观察有较高的敏感性和特异性。贲志飞等[14]研究表明，以数字减影血管造影检查结果为金标准，超声造影在诊断颈动脉管腔狭窄程度方面的准确度可达84.6%(22/26)。

As斑块内的新生血管主要来源于外膜的滋养血管[15]，故监测外膜滋养血管密度的变化有利于对斑块易损性及As病程的判断。Li等[16]通过超声造影技术定量分析外膜滋养血管的密度变化，并与病理结果进行对照发现，滋养血管的变化与As的病程呈线性相关，因此通过监测外膜滋养血管的变化可早期发现As。张艳明等[17]用超声造影对脑梗死患者和非脑梗死患者的双侧颈动脉进行检查，半定量分析颈动脉滋养血管增强强度、相对增强强度发现，脑梗死患者梗死侧颈动脉滋养血管的增强强度、相对增强强度明显高于非梗死侧和非脑梗死患者。邬午龙等[18]对脑梗死和非脑梗死患者进行超声造影检查，并依据造影增强强度对颈动脉滋养血管进行分级。结果发现，脑梗死组中Ⅰ级颈动脉滋养血管的比例明显高于非脑梗死组，以Ⅰ级为截断标准评价脑梗死的曲线下面积、灵敏度、特异度分别为0.699、72.3%及61.5%，提示颈动脉滋养血管的分级可作为预测脑梗死的有效指标之一。

血管中膜平滑肌细胞的迁移和增殖是As早期的另一典型病变，但普通超声造影难以显示早期病变。夏晓蓉等[19]通过包碳酸氢铵产气纳米微球联合光声成像仪早期观察家兔As的血管平滑肌细胞的变化，于4周行光声超声检查可见局部血管内中膜显像加强，从而实现了对As的早期诊断。

3.2靶向超声造影 造影剂是超声造影技术的成像基础，其显像原理是通过填充具有较低密度和较高压缩性的气体，产生超声背向散射远超生物软组织，从而构成声学对比以显像，依据尺寸超声造影剂分为微米泡和纳米泡两种[20]。随着靶向超声造影剂的开发和应用，超声造影技术成功突破以往局限在解剖、功能层面的成像，在动物模型上实现了对疾病在细胞、分子水平的成像，进一步提高了超声造影技术诊断的敏感性和特异性，从而有望更早期诊断As。此外，超声被证实可对单个微泡进行显像，其中靶向超声分子成像是最敏感的成像技术之一[21]。靶向超声分子成像的关键是寻找“靶向目标”。

3.2.1微米泡靶向超声造影剂 目前，As靶向超声分子成像的热点主要集中对血管新生、炎性相关的靶点及血栓形成的生物标志物(表达上调的特异性受体，如VEGF、P-选择素、细胞间黏附分子1、血管细胞黏附分子1、白细胞介素-18、连接黏附分子A等)的甄别。其中，VEGF参与血管生成，As的进展过程中不断有新生血管形成，因此以VEGF为靶标可检测并量化新生血管。Liu等[22]使用高胆固醇、球囊损伤及病毒感染的方法在兔动脉上建立易损斑块模型，制备携带VEGF抗体的靶向微泡，观察造模前、造模12周后的增强强度变化，结果发现携带VEGF的靶向造影剂可更好地显示斑块内的新生血管。

炎症反应不仅贯穿As的全过程，也是As形成过程中的关键影响因素。Chadderdon等[23]在雄性恒河猴上使用血管细胞黏附分子1、 P-选择素靶向微泡，在As的炎症部位检测到靶向微泡的聚集。连接黏附分子A是与As进展相关的另一个炎症因子，其在As早期的内皮细胞中表达增加，且与单核细胞的募集有关，故下调连接黏附分子A的表达可减轻高脂血症，限制斑块的生长[24]。有学者通过制备携带连接黏附分子A抗体的靶向微泡，利用高胆固醇饲养与细线部分结扎法于兔颈动脉处建立As易损斑块模型，发现连接黏附分子A的靶向微泡在易损斑块内的信号强度显著增强并持续显影(长达10 min)，且与斑块易损性密切相关[25]。

单纯的斑块破裂不会直接导致急性心血脑管事件的发生，而斑块破裂后形成的血栓是引起急性心脑血管事件发生的关键[26]。血栓成像在监测As易损斑块位置和状态，评估脑卒中、心房颤动引起的血栓以及深静脉血栓形成评估方面有重要的临床价值。目前，通过分子成像能快速且非侵入性地检测和表征急性血栓，并在动物模型上对血栓形成的靶向分子标志物成功进行分子成像[27]，分子成像的独特性在于其可检测小血栓和微血栓[28]。Alonso等[29]在大鼠模型上完成了血栓的超声分子成像。研究显示，血栓的前期状态与血小板膜表面的糖蛋白的表达密切相关，携带糖蛋白抗体的靶向造影剂主要聚集在损伤部位，因此通过特异性分子显像有望监测血栓形成的趋势[30]。Wang等[20]通过建立颈动脉急性血栓小鼠模型，制备具有靶向诊断的血小板特异性单链抗体微泡和重组纤维蛋白溶解药物的微泡发现，超声在快速诊断急性血栓的同时完成了溶栓治疗，并可监测溶栓的成功与否。

3.2.2纳米泡靶向超声造影剂 纳米泡借助粒径优势打破了微米泡局限于血池内显像，其可对血管外的组织实现被动靶向显像，但其背向散射能力偏差，需要较高浓度的蓄积才能达到好的显像效果。有学者曾试用乳液-溶剂蒸发、生物素-抗生物素蛋白连接技术制备携抗VEGF的纳米泡，并在体内实验中证明其对As易损斑块有特异性靶向成像作用[31]。但目前纳米泡的研究一方面集中在肿瘤可视化的靶向分子成像方面[32]，另一方面集中在纳米泡提供的一个递送药物、基因的平台系统，可辅助药物在目标部位的定向控释[33]。虽然靶向纳米泡在As诊断中的应用相对较少，但超声纳米造影剂本身具有携带药物治疗的能力，可在增强病灶显像的同时发挥重要的治疗作用，故其在As的诊治中具有广阔的发展前景。

目前，靶向造影剂实现了对As病变不同阶段的分子成像，但其在黏附效率(中心轴向流动及高剪切力下亲和力不足)方面仍存在不容忽视的缺陷。有学者试图利用外力(声辐射力、磁场力)将造影剂成功推向血管壁，增加靶向超声造影剂与靶目标结合的机会[34]。近年一种基于辐射力的新技术，实现了在大血管内对黏附的靶向超声造影剂分离的分子成像[35]。此外，有学者采用双靶、三靶间的协同作用，增加靶向造影剂与As相关靶点的黏附力[36]。以上几种方法均在一定程度上提高了造影剂的靶向性。

4 小 结

超声造影技术正朝非靶向和靶向两个方面快速发展，尤其是靶向超声造影，其对As的分子成像在相关的细胞、动物模型上迅速展开，从而为As的早期超声诊断、评估疗效及预后的判定提供理论依据。目前，靶向超声分子成像正快速向临床试验发展，第1例人类靶向超声分子成像的临床试验已成功完成并报道[37]，未来靶向超声分子成像的临床应用或有可能。超声波技术虽然可检测到单个微泡，但目前的成像设备仍难以区分靶向造影剂和自由流动的(非黏附)造影剂。随着超声信号处理技术(对比度特异性预设和脉冲序列)及靶向造影剂构成(单靶、双靶、三靶、多模态靶)设计的不断创新，未来将实现靶向超声成像和图像引导治疗的临床转化。超声技术是目前临床应用最为广泛的As检测手段，而超声造影在患者的危险分层、临床治疗方案的优化和As的定位诊断、动态演变评价方面均有巨大潜力，这将为As的诊断和治疗带来新契机。