应变和应变率成像技术评价急性脑血管病患者颈动脉斑块长轴力学特征的临床研究

论文摘要

背景缺血性脑卒中（cerebral ischemic stroke）是指各种原因引起的脑部血液供应障碍,使局部脑组织发生不可逆性损伤,导致脑组织缺血、缺氧性坏死。在发达国家,约半数以上的缺血性脑卒中与颈动脉或椎动脉的粥样硬化性疾病有关。在目前的临床实践中,手术或者介入治疗仍然是动脉粥样硬化性疾病的主要治疗措施。而目前最常用的手术或者介入治疗指征是血管狭窄程度。然而,越来越多的研究证明,单纯的严重颈动脉狭窄不足以说明患者属于脑卒中的高危人群。而通过各种因子识别易损斑块,对患者进行危险评估和分层,从而对颈动脉粥样硬化患者进行治疗,能够更好的预防脑卒中的发生。易损斑块（Vulnerable plaque）指的是那些容易破裂形成血栓或者碎屑容易脱落的动脉粥样硬化斑块。易损斑块具有的组织学特征有：大的脂质核（脂质核占斑块总体积>40%）,薄的纤维帽（纤维帽厚度<100um）和大量炎性细胞或者炎性因子浸润。然而,要全面准确的评估斑块的易损性,即需要评价其组织形态学特征,又需要评价其生物力学特征。动脉粥样硬化（Atherossclerosis,AS）是一种慢性进展性疾病,以纤维和脂质成分在动脉壁内累积为特征。随着动脉粥样硬化的形成和发展,管壁的应变和切应力会相应发生改变。大量科研工作者,开展了针对动脉管壁切应力的研究。但是他们大多数对动脉管壁生物力学的研究应用了有限元分析方法,即通过对体外活体组织或者对图像的分析勾画出血管管壁的切应力图。这种方法易使得组织原始结构或形态发生改变,从而使研究结果产生较大的误差。近年来,高分辨率成像技术逐渐成熟,例如应用血管内超声技术,我们可以观察正常活体内颈动脉斑块的细微结构和形态特征。应用高分辨率成像技术对管壁生物力学进行分析,能够避免因管壁原始结构或者形态发生改变而造成的误差。多项研究证明,磁共振成像技术,能够采用非侵入性的方式准确定量测定粥样硬化斑块的大小、形态和组成成分。体表超声和血管内超声技术也逐渐被用来观察血管的运动情况、管壁的结构和血管的生物力学特征。另外,已经有研究开始应用体表超声和血管内超声预测斑块的破裂部位。二维应变和应变率成像技术以斑点追踪、空间相干等技术为基础,获取研究对象的运动信息,并在二维图像上显示运动信息。应变和应变率成像技术对研究对象运动信息的采集没有角度依赖,在临床应用和科学研究中显示出了其优越性,并广泛应用于对心肌局部收缩和舒张功能、高血压心脏病、心力衰竭、心肌病及心脏再同步化治疗效果的评价。张蕾等应用速度向量成像技术（VVI）研究兔模型中颈动脉粥样硬化斑块的易损性。岳文胜等发现颈动脉粥样硬化斑块内膜在收缩和舒张期都存在与正常动脉内膜不同的旋转运动。汪奇等发现脑梗塞患者颈动脉各壁的短轴速度均小于正常人。邹春鹏等应用应变和应变率成像技术评价健康成年人肱动脉应变及应变率储备的可行性。本研究,首次应用应变和应变率成像技术分析颈动脉粥样硬化斑块长轴的生物力学特征。研究目的（1）探讨颈动脉粥样硬化斑块纤维帽纵向应变、切应力在急性脑梗死和非急性脑梗死患者间的差异；（2）探讨斑块长轴不同部位应变、切应力的差异；（3）探讨颈动脉粥样硬化斑块力学参数对于急性缺血性脑血管病的预测价值。研究资料与方法1研究对象研究对象：2010年3月至6月在山东大学齐鲁医院心脏超声室进行颈动脉超声检查的急性脑梗死患者30例及非急性脑梗死患者21例。急性脑梗死组入选标准为：具缺血性脑血管病神经临床症状和颈动脉粥样硬化,符合第四届全国脑血管病学术会议修订的有关脑梗死的诊断标准,并经颅脑MRI/CT证实为急性脑梗死。非急性脑梗死组入选标准：排除急性脑血管病或急性脑血管病病史的颈动脉粥样硬化患者。2研究方法2.1仪器：使用百盛公司的Mylab90彩色超声诊断仪,高频浅表器官探头,频率为5-8MHz。内设有超声射频信号血管内中膜分析（Quality Intima-Media Thickness, QIMT）软件以及应变和应变率成像（Xstrain）分析软件。2.2高频体表颈动脉超声检查、图像存储和分析受试者平卧休息15分钟左右,常规连接心电图,调节TCG、深度和ZOOM。从锁骨中线位置开始逐渐向上,探测颈动脉短轴,直至检测到颈内动脉和颈外动脉,大致观察颈动脉的走形和位置以及颈动脉粥样硬化情况。纵向扫查颈总动脉及其分支,测量内膜中层厚度、颈动脉内径、血流动力学参数,并储存动态图像分析。2.3测量指标2.3.1颈动脉一般超声指标：（1）颈动脉内膜中层厚度（IMT）；（2）血流速度积分（FVI）；舒张末期前向血流速度（EDV）；波动指数（PI）；阻力指数（RI）；收缩期最大前向血流速度与舒张期前向血流速度比值（SV/DV）。2.3.2颈动脉斑块形态学指标：斑块最大厚度（PT）；偏心指数（EI）。2.3.3颈动脉斑块力学指标：纤维帽纵向应变最大正值（Si1）；纤维帽纵向应变最大负值（Si2）；外膜纵向应变最大正值（Se1）；外膜纵向应变最大负值（Se2）；切应力最大正值（SS1）；切应力最大负值（SS2）；斑块近心端中间部和近心端肩部差值（D1）；斑块顶部和近心端肩部差值（D2）；斑块顶部和近心端中间部差值（D3）；斑块远心端中间部和近心端肩部差值（D4）；斑块远心端中间部和近心端中间部差值（D5）；斑块远心端中间部和顶部差值（D6）；斑块远心端肩部和近心端肩部差值（D7）；斑块远心端肩部和近心端中间部差值（D8）；斑块远心端肩部和顶部差值（D9）；斑块远心端肩部和远心端中间部差值（D10）。2.3.4斑块5个感兴趣区（ROI,region of interest）:近心端肩部（NS）；近心端中间部（NM）；顶部（T）；远心端中间部（FM）；远心端肩部（FS）。3统计学分析应用SPSS17.0进行统计分析。计数资料以均数±标准误表示。应用独立样本t检验比较急性脑梗死组和非急性脑梗死组间计数资料均数的差异,应用卡方检验比较两组间计量资料概率的差异,应用单因素ANOVA比较斑块不同部位间力学参数的差异。有显著性差异的参数经二分类Logistic回归建立模型,并做ROC曲线以评价其对急性脑血管病的预测价值。P<0.05,为统计结果有显著性意义。结果1基本资料1.1一般状况ACI组31例,年龄66.19±3.03岁；NACI组20例,年龄66.63±2.03岁；组间比较均无统计学差异,P>0.05。1.2血液学指标两组间红细胞计数、血清总胆固醇水平、甘油三酯水平、高密脂蛋白水平、低密脂蛋白水平、载脂蛋白Al、载脂蛋白B、空腹血糖和纤维蛋白原均无显著性差异,P>0.05。2颈动脉一般超声指标2.1颈动脉窦下1厘米内膜中层厚度,ACI组与NACI组间没有显著性差异。2.2颈动脉血流动力学参数：ACI组的血流速度积分较之NACI组减小,差异有统计学意义（P=0.001）；ACI组舒张末期前向血流速度比NACI组减小,差异有显著性（P=0.018）。3颈动脉斑块回声特征和形态学指标3.1 ACI组62%为纤维斑块,38%为脂质斑块；NACI组55%为纤维斑块,45%为脂质斑块；两组间纤维斑块比率和脂质斑块比率均无统计学差异,P>0.05。3.2 ACI组的斑块厚度比NACI组增厚,差异有显著性（P=0.012）。ACI组和NACI组的斑块均为偏心性斑块,ACI组偏心指数比NACI组减小,但差异无显著性（P>0.05）。4颈动脉斑块力学指标4.1斑块纤维帽应变最大正值和最大负值两组间斑块近心段纵向应变最大正值、纤维帽远心段纵向应变最大正正值、纤维帽顶部纵向应变最大正值、纤维帽近心端中间部纵向应变最大正值、纤维帽远心端中间部纵向应变最大正值、纤维帽远心端肩部纵向应变最大正值均无显著性差异,P>0.05。4.2斑块外膜应变最大正值和最大负值两组间,斑块外膜远心端肩部纵向应变最大负值、斑块外膜远心端中间部纵向应变最大正值、斑块外膜近心端肩部纵向应变最大负值、斑块外膜近心端中间部纵向应变最大负值、斑块外膜近心端中间部纵向应变最大正值、斑块外膜顶部纵向应变最大负值、斑块外膜远心段纵向应变最大正值、斑块外膜近心段纵向应变最大正值,均无统计学意义,P>0.05。4.3斑块切应力最大正值和最大负值ACI组,斑块远心段剪切应力最大负值和斑块远心端中间部切应力最大负值,均大于NACI组,差异具有显著性（P值分别为0.04和0.02）。4.4颈动脉斑块力学参数的分布ACI组,近心端肩部、近心端中间部、顶部、远心端中间部和远心端肩部之间比较,斑块纤维帽纵向应变最大正值和负值均有显著性差异（P值分别为0.02和0.009）。纤维帽纵向应变最大正值在近心端肩部最大,纵向应变最大负值在远心端肩部最大。NACI组,近心端肩部、近心端中间部、顶部、远心端中间部和远心端肩部之间比较,斑块纤维帽纵向应变最大正值和负值均无显著性差异（P值均大于0.05）。4.5斑块纤维帽不同感兴趣区之间的应变差值斑块纤维帽远心端肩部和顶部纵向应变差值、斑块纤维帽远心端肩部和远心端中间部纵向应变差值、斑块远心端肩部和顶部切应力差值,ACI组均小于NACI组,差异具有显著性（P值分别为0.021,0.03和0.034）。4.6Logistic回归分析与ROC曲线分析结果应用二分类Logistic回归分析初步评价存在组间差异的各参数与急性脑血管病之间的相关性。ROC曲线用于评价各模型对急性缺血性脑血管病的预测价值：模型1,为传统因素,包括年龄、性别、高血压病史、冠心病史、吸烟史、血清总胆固醇水平、甘油三酯水平、低密脂蛋白、高密脂蛋白和空腹血糖水平。曲线下面积为0.825,P=0.002。模型2,为传统危险因素基础上加入血流速度积分。曲线下面积为0.828,P=0.002。模型3,为传统危险因素基础上加入舒张末期前向血流速度。曲线下面积为0.834,P=0.001。模型4,为传统危险因素基础上加入斑块厚度。曲线下面积为0.834,P=0.001。模型5,为传统危险因素基础上加入斑块远心段平均切应力最大负值。曲线下面积为0.870,P=0.000。预测能力提高较大,切点位置敏感性0.857,特异性0.818。模型6,为传统危险因素基础上加入斑块远心端中间部切应力最大负值。曲线下面积为0.903,P=0.000。预测能力提高较大,切点位置敏感性0.857,特异性0.727。模型7,为传统危险因素基础上加入斑块远心端中间部和顶部纤维帽纵向应变差值。曲线下面积为0.890,P=0.000。预测能力提高较大,切点位置敏感性0.821,特异性0.818。模型8,为传统危险因素基础上加入斑块远心端肩部和远心端中间部纤维帽纵向应变差值。曲线下面积为0.818,P=0.002。模型9,为传统危险因素基础上加入斑块远心端肩部和顶部斑块切应力差值。曲线下面积为0.825,P=0.002。结论（1）急性缺血性脑血管病患者与非急性缺血性脑血管病患者相比,颈动脉斑块长轴远心部位的切应力增加,纤维帽远心端肩部和顶部纵向应变差值有所减小。（2）急性缺血性脑血管病患者,颈动脉粥样硬化斑块长轴纤维帽纵向应变在不同节段存在差别,纵向应变最大值集中斑块肩部。（3）颈动脉斑块长轴远心部位的切应力、纤维帽远心端肩部和顶部纵向应变差值均能够提高传统危险因素对缺血性脑血管病的预测价值。（4）应变和应变率成像能够定量评价颈动脉斑块长轴的切应力、应变等力学指标。

论文目录

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• 符号说明
• 前言
• 材料方法
• 结果
• 讨论
• 结论
• 附表
• 附图
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