儲(chǔ)海婷， 貢雪灝， 盧峻， 黃蕾丹， 黃嫻

·超聲影像學(xué)·

實(shí)時(shí)三維超聲成像技術(shù)對(duì)頸動(dòng)脈粥樣斑塊體積測(cè)定的定量分析

儲(chǔ)海婷， 貢雪灝， 盧峻， 黃蕾丹， 黃嫻

目的：探討實(shí)時(shí)三維超聲成像(RT-3DU)技術(shù)用于定量分析頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊體積的可行性及準(zhǔn)確性。方法：對(duì)23例頸動(dòng)脈粥樣硬化患者行實(shí)時(shí)三維超聲檢查，對(duì)獲取的35個(gè)斑塊進(jìn)行三維重建，所有斑塊體積由2位超聲醫(yī)師進(jìn)行隨機(jī)雙盲獨(dú)立測(cè)定，1個(gè)月后，由其中1位醫(yī)師再次進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果：RT-3DU定量測(cè)量的35個(gè)斑塊的體積為(171±116) mm3。對(duì)于斑塊體積的定量測(cè)量，兩幅Bland-Altman圖中僅見2.9%(1/35)的分散點(diǎn)在一致性界限外，兩幅圖差值均數(shù)的絕對(duì)值與差值均數(shù)為0的基線最大僅相差1.51 mm3；對(duì)于管腔體積狹窄率的定量測(cè)量，兩幅Bland-Altman圖中僅見2.9%(1/35)的分散點(diǎn)在一致性界限外，兩幅圖差值均數(shù)的絕對(duì)值與差值均數(shù)為0的基線最大僅相差0.63%；2位觀察者間及觀察者內(nèi)4組數(shù)據(jù)的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)均≥0.900，表示觀察者間和觀察者內(nèi)部的一致性較高。結(jié)論：RT-3DU可以立體顯示斑塊的空間形態(tài)，斑塊體積及管腔體積狹窄率的定量測(cè)量在觀察者間和觀察者內(nèi)部均有較高的一致性，為動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的定性診斷和定量測(cè)量提供了新的檢查手段。

超聲檢查； 頸動(dòng)脈； 動(dòng)脈粥樣硬化； 斑塊； 體積

心腦血管疾病成為繼腫瘤之后導(dǎo)致人類死亡和致殘的第二大殺手，其主要病理學(xué)基礎(chǔ)是動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)。既往多認(rèn)為頸動(dòng)脈內(nèi)中膜厚度(intimal-medial thickness，IMT)與未來發(fā)生腦卒中的風(fēng)險(xiǎn)性密切相關(guān)，但近年來的研究已證實(shí)IMT無法對(duì)斑塊進(jìn)行真正的評(píng)估，是腦卒中的弱預(yù)測(cè)因子[1-2]，且在AS斑塊的進(jìn)展過程中，病變沿血流方向的發(fā)展速度是斑塊增厚速度的2.4倍[3]，斑塊作為立體結(jié)構(gòu)，其總體積的改變較IMT及斑塊厚度更能反映動(dòng)脈硬化的進(jìn)展情況，因此，頸動(dòng)脈斑塊體積的測(cè)量對(duì)心腦血管事件的預(yù)測(cè)更具價(jià)值[4]。實(shí)時(shí)三維超聲(real-time three-dimensional ultrasonography,RT-3DU)作為一項(xiàng)新的超聲技術(shù)，在測(cè)定頸動(dòng)脈斑塊體積中的應(yīng)用尚缺乏臨床經(jīng)驗(yàn)，值得深入研究。本文旨在探討RT-3DU用于頸動(dòng)脈AS斑塊體積測(cè)量的可行性和準(zhǔn)確性。

材料與方法

1.病例資料

選取2015年11月-2016年3月行頸動(dòng)脈粥樣硬化檢查的患者共23例，其中男16例，女7例，平均年齡(64±9)歲，有高血壓病史者16例，有糖尿病病史者12例，有高脂血癥病史者11例，有吸煙史者11例。

圖1 斑塊所在位置處管腔正常體積的測(cè)量。該斑塊所處管腔中間被切成3幅橫斷面圖像，層間距=斑塊長(zhǎng)度/(3+1)，從左至右依次描記4幅橫斷面圖像中的原始管腔面積，該段血管原始管腔體積=4幅橫斷面圖像原始管腔面積之和×層間距。

指標(biāo)斑塊體積觀察者間觀察者內(nèi)管腔體積狹窄率觀察者間觀察者內(nèi)ICC0.9920.9930.9400.900P值<0.000<0.000<0.000<0.00095%置信區(qū)間0.985～0.9960.985～0.9960.884～0.9690.811～0.948

2.檢查方法

采用Philips EPIQ5型超聲診斷儀(Philips Healthcare 3000 Minuteman Road Andover,MA 01810 USA)行超聲檢查，三維容積探頭VL13-5頻率為5～13 MHz，該儀器具有三維重建功能，并能進(jìn)行體積定量測(cè)量。囑患者平臥位，頭偏向檢查對(duì)側(cè)，充分暴露頸部，首先行二維超聲檢查，采用長(zhǎng)軸和短軸觀 配合掃查，自下而上觀察頸動(dòng)脈，選定最佳斑塊長(zhǎng)軸圖像后啟動(dòng)“Start 3D”功能鍵進(jìn)行三維圖像采集，采集過程中保證探頭平穩(wěn)，受檢者禁做吞咽動(dòng)作。

3.斑塊體積定量測(cè)量

啟動(dòng)儀器的“GI 3DQ”功能鍵，獲取頸動(dòng)脈及斑塊的三維立體圖像。啟動(dòng)切割調(diào)節(jié)鍵，在三維圖像下對(duì)有斑塊的血管進(jìn)行等間距切割，分成盡可能多的截面以減少誤差，再依次手動(dòng)描記每幅截面圖像中殘留的管腔面積，軟件自動(dòng)計(jì)算出該段管腔的殘留體積，啟動(dòng)“Auto Volume”功能鍵即可獲取該段血管腔殘留體積圖像。對(duì)于斑塊所在位置處的管腔正常體積的測(cè)量，以該段血管兩端剛好沒有斑塊處的正常血管截面作為參考，依次手動(dòng)描記每幅截面圖像中原始管腔面積并記錄；計(jì)算層間距(inter-slice distance，ISD)，ISD=斑塊長(zhǎng)度/(橫切圖像數(shù)目+1)，該段血管原始管腔體積=每幅橫切圖像原始管腔面積之和×ISD(圖1)。本研究包括以下觀測(cè)指標(biāo)：斑塊體積=該段血管原始管腔體積-管腔殘留體積，管腔體積狹窄率=斑塊體積/該段血管原始管腔體積×100%。所有AS斑塊的測(cè)量指標(biāo)均由2位醫(yī)生遵循隨機(jī)雙盲原則進(jìn)行獨(dú)立測(cè)定，其中1位醫(yī)生在1個(gè)月后再次對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)定。每次測(cè)量時(shí)均確保之前測(cè)量的痕跡已被清除，避免相互干擾。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

在本研究中，將二維超聲測(cè)量的IMT≥1.5 mm作為斑塊的診斷標(biāo)準(zhǔn)，在23例患者的雙側(cè)頸動(dòng)脈中共選取35個(gè)斑塊，其中低回聲斑塊10個(gè)，等回聲斑塊6個(gè),強(qiáng)回聲斑塊11個(gè)，不均質(zhì)回聲斑塊8個(gè)。利用VL13-5探頭可獲取清晰的頸動(dòng)脈AS斑塊的實(shí)時(shí)三維超聲圖像，可以從不同切面觀察斑塊的空間幾何形狀(圖2)。

在工作站中進(jìn)行斑塊體積定量測(cè)量(圖3)，35個(gè)斑塊的平均體積為(171±116) mm3。分別以兩組測(cè)量數(shù)據(jù)的均值為橫坐標(biāo)，差值為縱坐標(biāo),生成Bland-Altman散點(diǎn)圖，計(jì)算差值的均數(shù)及差值的95%分布范圍(即一致性界限)，代表差值均數(shù)的虛線越接近代表差值均數(shù)為0的基線，表示兩組測(cè)量結(jié)果的一致性程度越高。對(duì)于斑塊體積的定量測(cè)量，兩幅Bland-Altman圖中可見大部分散點(diǎn)位于一致性界限內(nèi)，僅2.9%(1/35)的分散點(diǎn)在一致性界限外，兩幅圖差值均數(shù)的絕對(duì)值范圍在1.49～1.51 mm3之間，與差值均數(shù)為0的虛線最大僅相差1.51 mm3。對(duì)于管腔體積狹窄率的定量測(cè)量，兩幅Bland-Altman圖中可見大部分散點(diǎn)位于一致性界限內(nèi)，僅2.9%(1/35)的分散點(diǎn)在一致性界限外，兩幅圖差值均數(shù)的絕對(duì)值范圍在0.31%～0.63%之間，與差值均數(shù)為0的虛線最大僅相差0.63%，且四組數(shù)據(jù)的ICC均≥0.900，表示觀察者間和觀察者內(nèi)的一致性均較高，測(cè)量結(jié)果不受個(gè)體因素影響 (圖4,表1)。

圖2 VL13-5探頭獲取的頸動(dòng)脈AS斑塊實(shí)時(shí)三維超聲圖像。 a) 從短軸方向觀察斑塊的圖像； b) 沿長(zhǎng)軸方向進(jìn)行分層切片，在此切面，斑塊表面可見細(xì)線樣不連續(xù)的強(qiáng)回聲(箭); c) 與b圖進(jìn)行對(duì)比，在另一切面可以觀察到血管前壁AS斑塊不同形態(tài)(箭)。 圖3 斑塊相關(guān)體積測(cè)量聲像圖。a) 沿長(zhǎng)軸的垂直方向作15等分的等間距切割； b) 依次手動(dòng)描記各截面殘留管腔面積； c) 軟件自動(dòng)獲取血管殘留體積圖像(左上角所示為殘留管腔體積數(shù)據(jù))。

討 論

臨床上應(yīng)用的傳統(tǒng)頸動(dòng)脈超聲僅能提供二維圖像，因此只能提供IMT、殘余管腔的直徑和面積等數(shù)據(jù)，無法測(cè)量斑塊體積。Adams等[5]研究表明，IMT主要反映了頸動(dòng)脈中層的變化，而斑塊的進(jìn)展主要發(fā)生在內(nèi)膜，且斑塊一般為不規(guī)則立體形態(tài)，其演變不止局限于一維或二維方向，因此斑塊體積的測(cè)定比斑塊的面積、IMT等指標(biāo)的測(cè)定對(duì)于預(yù)測(cè)斑塊的演變過程具有更高的敏感性[6]。

國(guó)內(nèi)三維超聲成像起步于60年代末，隨著計(jì)算機(jī)及圖像處理技術(shù)的進(jìn)步，其于80年代后期逐步進(jìn)入臨床應(yīng)用階段，但大多集中于婦產(chǎn)科、心臟等方面的應(yīng)用[7-8]。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用三維重建對(duì)頸動(dòng)脈的研究逐漸增多，均顯示三維重建技術(shù)可以提供更豐富、更詳盡的有關(guān)頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的信息，亦證實(shí)了頸動(dòng)脈三維超聲的可行性及其在定量測(cè)量方面較二維超聲更為準(zhǔn)確[9-10]。但是，既往研究主要為脫機(jī)頸動(dòng)脈三維超聲重建，操作復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，不能及時(shí)提供臨床信息，難以廣泛應(yīng)用于臨床。

本研究采用實(shí)時(shí)三維超聲成像技術(shù)，重建圖像快速、清晰，在定性診斷方面，可以對(duì)其進(jìn)行多角度旋轉(zhuǎn)及任意切面的剖面圖再現(xiàn)，從不同角度仔細(xì)辨別斑塊表面是否有小的潰瘍等，從而觀察到二維超聲不能辨別及容易被忽略的細(xì)節(jié)。在定量診斷方面，實(shí)時(shí)三維超聲可以對(duì)斑塊進(jìn)行等間距的分層切割。既往Landry等[6]的研究由5位觀察者采用1 mm的層間距分別測(cè)定40個(gè)斑塊的體積，發(fā)現(xiàn)觀察者間的測(cè)量可信度為93.2%，斑塊體積測(cè)量的變異性隨著斑塊體積的增加而減小，其中1位觀察者測(cè)量了5個(gè)斑塊的體積(范圍為42.15～604.10 mm3)，采用的ISD為1～5 mm，每次的ISD以0.5 mm遞增，即每個(gè)斑塊的體積需測(cè)量9次，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ISD在1～3 mm之間時(shí)，斑塊體積測(cè)量精度是相對(duì)恒定的。張鵬飛等[11]對(duì)頸部血管進(jìn)行仿體體外實(shí)驗(yàn)，對(duì)32個(gè)含有斑塊的血管仿體進(jìn)行掃查，將保存的全容積數(shù)據(jù)組導(dǎo)入TomTec 4D-CardioView圖像工作站中，分別在2、4、8、16平面模式下計(jì)算斑塊的體積，以制作過程中實(shí)際體積為金標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在8平面狀態(tài)下測(cè)量斑塊體積是較佳條件。本研究中Philips EPIQ5型超聲儀不能設(shè)定具體的ISD數(shù)值，只能將圖像分為盡可能多的切面，計(jì)算發(fā)現(xiàn)每幅斷層圖像之間的ISD在1～2 mm之間，有的甚至小于1 mm，無疑可以大幅減小體積定量測(cè)量的誤差，提高精確度。本研究顯示35個(gè)AS斑塊平均體積為(171±116) mm3，且觀察者內(nèi)部和觀察者之間測(cè)量值的一致性較好，可重復(fù)性高，這與文獻(xiàn)報(bào)道的利用大量二維圖像脫機(jī)進(jìn)行三維重建繼而測(cè)量斑塊體積所得出的結(jié)論一致，提示該技術(shù)的可重復(fù)性及準(zhǔn)確性較高。

圖4 2位觀察者間與觀察者內(nèi)測(cè)量差值的Bland-Altman散點(diǎn)圖。a) 斑塊體積在觀察者間測(cè)量差值的Bland-Altman散點(diǎn)圖； b) 斑塊體積在觀察者內(nèi)測(cè)量差值的Bland-Altman散點(diǎn)圖； c) 管腔體積狹窄率在觀察者間測(cè)量差值的Bland-Altman散點(diǎn)圖； d) 管腔體積狹窄率在觀察者內(nèi)測(cè)量差值的Bland-Altman散點(diǎn)圖。

本研究中采用的實(shí)時(shí)三維超聲成像技術(shù)在檢測(cè)頸動(dòng)脈AS斑塊時(shí)仍存在以下局限性：①當(dāng)受檢者肥胖、頸部粗短或動(dòng)脈分叉位置較高時(shí)，位于較高位置的斑塊三維重建圖像質(zhì)量較差，不能清晰辨別斑塊的邊界與血管壁；②對(duì)于強(qiáng)回聲后方伴有顯著聲影的鈣化斑塊，實(shí)時(shí)三維超聲重建后依然不能清晰顯示斑塊后方的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致觀察者在描記殘留管腔面積時(shí)只能憑借主觀感受進(jìn)行估計(jì)，存在一定的偏差；③對(duì)于位于血管側(cè)壁上的病變，三維重建后其在血管長(zhǎng)軸上顯示為病變不同程度疊加，影響了斑塊體積的精準(zhǔn)測(cè)量；④采用容積探頭對(duì)頸動(dòng)脈進(jìn)行重建時(shí)，若斑塊過長(zhǎng)，超出三維探頭掃查范圍，則一次掃查不能完整重建全部病變。

值得一提的是，本文提出的管腔體積狹窄率這一新概念，有望為臨床提供更為精確的新的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，對(duì)動(dòng)脈硬化患者的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有重要的臨床指導(dǎo)意義；同時(shí)可以通過實(shí)時(shí)三維超聲量化監(jiān)測(cè)斑塊體積及體積狹窄率的改變來反映斑塊消退及進(jìn)展情況，提供斑塊對(duì)治療反應(yīng)的信息，從而為臨床上機(jī)體耐受能力差的患者提供一種易于多次復(fù)查且診斷效能較高的新的檢查手段。

綜上所述，實(shí)時(shí)三維超聲作為一種無創(chuàng)性的檢查方法，具有操作簡(jiǎn)便、成像速度快、可重復(fù)性高等優(yōu)點(diǎn)。然而本研究樣本量相對(duì)較少，對(duì)累及范圍較廣、較長(zhǎng)的斑塊的成像技術(shù)尚不完善，仍需進(jìn)一步研究。

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Quantitative analysis of the carotid artery atherosclerotic plaque volume by using real-time three-dimensional ultrasonography

CHU Hai-ting，GONG Xue-hao，LU Jun，et al.

Department of Ultrasonography，the Clinical College of Shenzhen Second People's Hospital，Anhui Medical University，Shenzhen 518035，China

Objective：To investigate the feasibility and accuracy of carotid plaque volume quantitative analysis by using real-time three-dimensional ultrasonography (RT-3DU).Methods：Twenty-three patients with carotid atherosclerosis were examined by the RT-3DU.The volume measurements were obtained by two sonographers according to the randomized double-blind protocol.The same volume quantification procedure was repeated by one of the two observers one month later.Results：The volume of the 35 plaques quantitatively measurd by RT-3DU was (171±116)mm3．For the plaque volume,the Bland-Altman plots showed that only 2.9% (1/35) of the scatter points were outside the 95% limits of the agreement,and there was only 1.51mm3volume difference between the absolute value of the mean difference and the baseline with a mean difference of 0；For lumen volume stenosis,the Bland-Altman plots showed that only 2.9% (1/35) of the scatter points were outside the 95% limits of the agreement,there was only 0.63% difference between the absolute value of the mean difference and the baseline with a mean difference of 0.The intraclass correlation coefficient was greater than 0.900,which indicated no statistical significant difference within intra-observer and inter-observer measurements.Conclusion：The spatial form of the entire plaque can be displayed by RT-3DU.The quantitative determinations of plaque volume and lumen volume stenosis display a high level of reproducibility.

Ultrasonography； Carotid artery； Atherosclerosis； Plaque； Volume

518035 深圳，安徽醫(yī)科大學(xué)附屬深圳市第二人民醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)院超聲科(儲(chǔ)海婷、貢雪灝)；518035 深圳市人民醫(yī)院超聲科(盧峻)；518035 深圳市第二人民醫(yī)院超聲科(黃蕾丹、黃嫻)

儲(chǔ)海婷(1992-)，女，合肥人，碩士研究生，主要從事超聲診斷工作。

貢雪灝，E-mail:fox_gxh@sina.com

深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)課題資助(CXZZ201409010041 22087)

R543.4; R445.1

A

1000-0313(2017)05-0533-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.05.022

2016-10-20

2017-02-10)