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超声弹性成像技术在颈动脉粥样硬化斑块中的应用进展

发布时间:2019-07-04 12:26 来源:未知 编辑:admin

  颈动脉粥样硬化性疾病可导致颈动脉狭窄、闭塞,并可诱发缺血性脑卒中事件,增加心脑血管疾病的发生风险。颈动脉粥样硬化形成的易损斑块是近些年临床研究的重点。易损斑块是指所有具有破裂倾向、易于导致血栓形成和(或)进展迅速的危险斑块,易损斑块的突然破裂是导致中等程度狭窄血管闭塞,继而发生缺血性脑血管疾病事件的主要原因。

  颈动脉粥样硬化斑块的易损性是由斑块的内部构成、生物成分以及力学特性交互作用所致。纤维帽薄、脂质核心大、斑块内出血是易损斑块的病理学特征。缺血性脑血管疾病的发生通常是易损斑块直接导致的,而非斑块形成导致的管腔狭窄间接引起的,因而不论血管狭窄程度如何,当斑块具有较薄的纤维帽包绕,较厚的血栓脂质核特征时,往往较具有厚的纤维帽的斑块更易破裂,因而更需要引起临床医师的关注。目前血管超声已广泛用于临床,相较于其他影像学方法,超声检查具有灵活、实时、无放射损伤等优势,在颈动脉易损斑块的检出、颈动脉狭窄程度的评估以及实时监测颈动脉闭塞性病变外科治疗过程等领域具有重要价值,是进行颈动脉粥样硬化斑块检测的主要方法之一。

  超声弹性成像技术是超声成像新技术,主要用于评价组织的硬度,目前已用于乳腺、甲状腺、肝脏、前列腺等部位的检查。Ophir等于1991年提出了超声弹性成像这一理论,其基本原理是对所检测的生物组织施加一个作用力,由于组织的弹性力学属性不同,对力的响应也不同,不同的响应通过数字信号处理技术进行超声成像,进而获得检测组织的弹性信息。超声弹性成像技术应用于颈动脉粥样硬化斑块检测时,通过获得斑块的弹性信息间接评价斑块的易损性是近年来的研究热点。现就目前超声弹性成像技术在颈动脉粥样硬化斑块中的应用进展进行综述。

  超声弹性成像技术在血管领域的应用可根据诊断方法有无创伤性分为两类,一类是有创的,即侵入性血管内超声弹性成像(intravascularultrasoundelastography,IVUSE);另一类是无创的,即非侵入性血管超声弹性成像(noninvasivevascularultrasoundelastography,NIVUSE)。NIVUSE技术可根据施压的方式,分为静态/准静态血管超声弹性成像和声辐射力血管超声弹性成像两类。IVUSE是利用周期性的血压作为激励源,在心导管检查过程中,通过导丝将内置的微型高频超声探头送达动脉管腔内进行检查,获得动脉血管管壁的环式超声图像以及射频数据,在心动周期之间重复展现连续的弹性图。

  静态/准静态弹性成像是通过外界进行机械施压,又被称为“应变弹性”,临床上多称为超声实时组织弹性成像(real-timetissueelastography,RTE)。RTE的基本原理是检测组织受到外界施加的压力后,因为弹性力学属性上的差异,组织将发生不同程度的形变,形变前后的射频信号通过超声设备的自相关技术进行分析和处理,获得检测组织内部的应变分布,再通过超声设备进行彩色编码形成彩色的弹性图,实现弹性可视化。

  声辐射力弹性成像是通过超声波进行施压,目前具有代表性的两种技术是脉冲声辐射力成像(acousticradiationforceimpulseimaging,ARFI)技术和剪切波弹性成像(shearwaveelasticimaging,SWEI)技术。ARFI以常规超声为基础,利用短时程、聚焦声脉冲作用于组织,感兴趣区受到脉冲辐射力,产生纵向压缩以及横向振动,纵向的压缩通过对纵向位移的计算,以感兴趣区黑色区与白色区域的比例定性反映组织的弹性,黑色区比例越大,弹性越小,组织越硬;而横向振动则利用剪切波在不同组织内的传播速度,对组织的弹性进行间接、定量的提示,剪切波速度(shearwavevelocity,SWV)越大,弹性越小,组织越硬。

  ARFI的施压方式弥补了深部组织从外部获得有效施压困难以及RTE易受多种因素干扰的缺陷,将弹性成像的应用领域由相对浅表的组织扩展到较为深部或局部有遮挡的组织。此外,ARFI应用探头发射脉冲波对组织施压引起形变,技术重复性高,可对组织的弹性进行较为客观的评估。

  SWEI的基本原理是超声探头发射声辐射脉冲,使组织内形成剪切波,剪切波与机械波存在差异,利用快速成像系统捕获剪切波,从而获得实时的弹性成像图像,通过彩色编码技术,实时显示组织的弹性图像,并获得杨氏模量值。杨氏模量值为外界压力与组织应变的比值,反映的是剪切波的传播速度,杨氏模量值(E)与剪切波在检测组织中的传播速度(C)的关系为E=3ρC2,单位为kPa,其中ρ为组织密度,即当获得了剪切波在组织中的传播速度时,也就获得了组织的弹性信息。组织的硬度越大,杨氏模量值越大;组织的硬度越小,杨氏模量值越小。编码形成的弹性图将硬度大的组织显示为红色,硬度小的组织显示为蓝色,硬度中等的组织显示为黄绿色。

  目前IVUSE较少用于诊断颈动脉粥样硬块斑块,大部分研究集中于借助仿体或离体血管对IVUSE的可行性进行分析。20世纪90年代,研究人员利用IVUSE在血管仿体上进行实验,验证了IVUSE的可行性。deKorte等将此技术应用于人离体动脉,证实IVUSE对纤维帽和脂质核的检测具有较高的敏感性。Zhang等采用数字减影血管造影做探头定位标记,利用IVUSE区分了富纤维斑块、富脂质斑块以及正常血管壁的应变率。Majdouline等研究证实,动脉粥样硬化斑块的易损性可通过IVUSE进行检测。

  RTE在颈动脉粥样硬化斑块上的应用之一是评价颈动脉粥样硬化斑块的硬度以及应变对比度。方占军等应用RTE技术评价脑卒中患者颈动脉粥样硬化斑块的硬度,研究显示,不同组分斑块的弹性图的颜色构成不同,钙化斑块全部呈蓝色,混合性斑块为蓝绿相间,软斑块为黄绿色或以绿色为主。伍玉晗等采用RTE技术进行颈动脉粥样硬化斑块应变对比度评价发现,钙化斑块组最高,混合性斑块组次之,软斑块组最低。

  刘凤菊等研究显示,颈动脉粥样硬化斑块内的各个组分在外力作用下发生形变,当压力相同时,组织的形变程度由大到小依次为脂质、血栓、不定型坏死崩解产物、出血与脂质混合物、纤维、钙化。RTE在颈动脉粥样硬化斑块上的另一应用是评价颈动脉粥样硬化斑块的易损性。Liu等研究显示,二维超声检测颈动脉粥样硬化易损斑块的灵敏度、特异度、准确度分别为25%、100%和84.2%,RTE分别为50%、100%和89.4%,将两者联合分别为62.5%,100%和94.7%。RTE是识别颈动脉粥样硬化斑块易损性的一种非侵入性的有效方法。

  刘凤菊等参照Itoh5分法对颈动脉粥样硬化斑块的软硬度进行评分:斑块整体为绿色评为1分;斑块为蓝绿相间且绿色成分>50%时为2分;病灶为蓝绿相间且蓝绿色各占50%为3分;斑块为蓝绿相间且蓝色成分>50%为4分;斑块整体为蓝色评为5分;当评分为1~3分时诊断为易损斑块,4~5分时诊断为稳定斑块,该研究显示RTE诊断易损斑块的灵敏度为93.75%、特异度为83.33%、准确度为91.67%,阳性预测值为95.74%、阴性预测值为76.92%,阳性似然比为5.62、阴性似然比为0.075,RTE对颈动脉粥样硬化斑块的易损性有较好的诊断价值。程令刚等研究显示,RTE可以对颈动脉斑块的软硬度和易损性进行评估。

  ARFI在颈动脉粥样硬化斑块上的应用主要是检测斑块的SWV。金玲等的研究显示,不同颈动脉粥样硬化斑块的SWV由慢到快分别为软斑块、混合斑块、硬斑块。这与SWV与弹性系数成反比的理论相符合,即SWV慢,组织软;SWV快,组织硬。金玲等通过对受试者工作曲线图进行分析发现,诊断混合斑块的最佳临界值为1.57m/s,硬斑块的最佳临界值为2.14m/s,即软斑块的SWV<1.57m/s,混合斑块的SWV为1.57~2.14m/s,硬斑块的SWV>2.14m/s。翟红燕等研究显示,当颈动脉粥样硬化斑块以SWV为1.205m/s为节点值时,预测急性冠状动脉综合征的灵敏度为76.7%,特异度为62.9%,阳性预测值为60.2%,阴性预测值为74.5%,其有助于临床医师评价心血管并发症的风险。

  SWEI在颈动脉粥样硬化斑块中的应用之一是测定不同回声特点的颈动脉粥样硬化斑块的杨氏模量值。张蕾等研究显示,强回声斑块的平均弹性模量值、最小弹性模量值以及最大弹性模量值分别为(52.67±14.09)kPa、(40.94±15.94)kPa、(62.39±20.38)kPa,低回声斑块分别为(16.83±6.47)kPa、(10.14±5.82)kPa和(24.76±8.56)kPa,差异有统计学意义(P<0.05);不同位置的强回声斑块以及低回声斑块的平均弹性模量值、最小弹性模量值以及最大弹性模量值比较差异无统计学意义(P>0.05)。研究显示,不同类型斑块的弹性图像表现及杨氏模量值不同,钙化斑块组的平均杨氏模量值、最小杨氏模量值和最大杨氏模量值均高于混合性斑块组和软斑块组,混合性斑块组高于软斑块组。

  Lou等研究显示,颈动脉粥样硬化斑块按回声特征分类与平均杨氏模量值之间显著相关,有症状组中斑块的平均杨氏模量值低于无症状组,平均杨氏模量值与狭窄率结合对有临床症状的颈动脉粥样硬化斑块的识别具有更高的敏感性和特异性。Ramnarine等的研究同样显示,已有临床症状组颈动脉粥样硬化斑块的杨氏模量值明显低于无临床症状组,颈动脉的狭窄率与斑块的杨氏模量值结合可以提高颈动脉粥样硬化斑块诊断的敏感性和特异性。SWEI在颈动脉粥样硬化斑块中的另一应用是识别颈动脉粥样硬化斑块的易损性。

  王艳红等的研究显示,SWEI有助于颈动脉粥样硬化易损斑块的识别:均质斑块的SWEI图像是较均匀分布的蓝绿色,不均质斑块的图像颜色混杂,呈红蓝相间;不均质斑块组整体斑块所测得的最大杨氏模量值、最小杨氏模量值及平均杨氏模量值明显低于均质斑块组;不均质斑块中斑块内低、无回声区所测得的最大杨氏模量值、最小杨氏模量值及平均杨氏模量值均低于整体斑块;不均质斑块组整体斑块的杨氏模量值的标准差高于均质斑块组。

  血管弹性超声属于超声新技术,仍以常规灰阶超声为基础对斑块进行识别,无法单独应用于颈动脉粥样硬化斑块的诊断。当患者无法良好配合或受其他因素影响无法采集到清晰稳定的图像时,无法获得满意的弹性图像。各技术方法因技术特点的不同有着各自的局限性。IVUSE的局限性:高频探头的应用虽然保证了高分辨率,但高频信号易随深度的变化而衰减,且易受探头相对移动的干扰。另外IVUSE属于有创性检查项目,大规模应用于临床的诊断与研究还有一定的困难。

  RTE的局限性与应对方法:①颈动脉粥样硬化斑块检查过程中采用探头手动加压的方法,操作者施加压力的大小、频率变化会对弹性结果产生影响。此外,不同检查者对RTE图像可能会有不同的解读,存在较大的主观性,因而为获得更准确的结果应选择接受过培训的医师进行检查和图像判定。②RTE检查颈动脉粥样硬化斑块需要应用线阵探头,在线阵探头成像中,应力的分布随着深度的增加而变小,因而为获得可靠的结果,需要选取同一水平深度的组织作为参照。此外,由于超声在颈内静脉后壁和颈内动脉前壁间软组织内传播会产生混响,颈内动脉前壁出现弹性伪像,因而无法获得满意的颈内动脉前壁斑块的弹性图像。

  ARFI的取样框通常固定为5mm×5mm,无法根据斑块的大小进行调整,导致测量上难免存在误差。为尽量减少误差,检查时应将斑块置于取样框的中心位置,选取厚度>2mm的斑块或大小相似的斑块。

  SWEI的局限性及应对方法:①SWEI图像受呼吸运动影响,因而检查过程中可嘱被检查者屏气;②若图像尚不稳定即定帧可能会影响检测结果的可信度与重复性,因而需要获得稳定的图像时再进行采集与测量;③强回声斑块后方伴有的声影可能会影响测量,因而测量时应在强回声斑块的浅侧无声影区域选择感兴趣区。

  超声弹性成像是超声新技术,其提供了颈动脉粥样硬化斑块的弹性信息。RTE技术通过编码形成彩色弹性图实现弹性的可视化,ARFI技术对SWV的测量及SWEI技术对杨氏模量值的测定使颈动脉粥样硬化斑块的软硬度有了量化的评价指标,弥补了二维超声只能从回声特点分析斑块特征的不足,是以往常规颈动脉血管检查的补充手段,为颈动脉粥样硬化斑块易损性的诊断分析提供了更先进的方法。但是作为超声新技术,超声弹性成像还有许多未知等待进一步研究与探索。

  来源:沈玥,蔡爱露.超声弹性成像技术在颈动脉粥样硬化斑块中的应用进展[J].医学综述,2018,24(17):3482-3486.

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