透视您的动脉：患者进阶版动脉粥样硬化影像学指南

目录

• 要点
• 引言：为何动脉粥样硬化影像学至关重要
• 理解动脉粥样硬化的生物学机制
• 解剖学成像：观察结构与狭窄程度
• 血管内成像：深入动脉的摄像头
• 无创成像：超声、CT与MRI
• 分子成像：追踪疾病活动性
• 临床意义：这对患者意味着什么
• 局限性：这些技术目前尚无法做到的事
• 给患者的建议
• 常见问题解答
• 信息来源

要点

• 动脉粥样硬化是一种慢性免疫驱动性疾病，会导致心肌梗死和中风。
• 易损斑块具有薄的纤维帽、大的脂质核心和炎症反应。
• OCT、IVUS、CT、MRI和PET可对斑块结构及生物学活性进行成像。
• 分子成像可检测微钙化和炎症，从而识别高危斑块。
• 患者应控制危险因素并服用药物以稳定斑块。

引言：为何动脉粥样硬化成像至关重要

动脉粥样硬化是一种慢性、免疫调节的疾病，可影响多个血管床——意味着它可能袭击全身各处的动脉——并且仍然是全球死亡和残疾的主要原因。多年来，该疾病在无症状的情况下悄然进展。到了后期，随着动脉变窄，它可能导致胸痛或运动时腿部疼痛；或者当斑块破裂时，突然引发心脏病发作或中风。

传统的成像方法侧重于测量由斑块引起的狭窄程度（即狭窄的百分比）。但仅凭狭窄并不能说明全部情况。现代的CT、MRI和正电子发射断层扫描（PET）扫描仪现在提供了更快的图像采集速度和更高的分辨率，扩展了医生能观察到的范围。通过结合多种成像方法——这种方法称为多模态成像——临床医生可以观察血管壁本身的构成和代谢过程，从而可能改善心血管风险预测。

本综述概述了目前用于动脉粥样硬化的成像技术，并解释了不同模态如何提供超越基本形态学的信息。其目标是帮助医生识别具有高破裂风险的生物活性斑块，从而实现更早、更有针对性的治疗。

理解动脉粥样硬化的生物学机制

动脉粥样硬化是中大型动脉的多灶性免疫炎症性疾病。已确立的危险因素——包括高血压、高胆固醇血症和吸烟——在整个体内创造了有害环境，促使内皮功能障碍（动脉内膜受损）、脂蛋白（血液中携带脂肪的蛋白质）氧化、游离氧自由基的产生以及白细胞（白血球）迁移至动脉壁。

以下是逐步发生的过程：

1. 氧化的脂蛋白在血管壁内积聚，形成脂质条纹
2. 巨噬细胞（一种免疫细胞）穿过内皮以吞噬这些富含脂质的蛋白质
3. 巨噬细胞内部的高胆固醇含量触发细胞死亡通路
4. 产生的碎片与死亡的 endothelial 和平滑肌细胞一起形成富含脂质的坏死核心

动脉粥样硬化斑块由向外重塑包裹的坏死碎屑以及动脉内壁上的纤维帽组成。容易破裂的斑块——称为易损斑块——具有独特的特征：大的富含脂质的坏死核心、厚度小于65微米（µm）的薄纤维帽、密集的巨噬细胞浸润和微钙化。在代谢活跃的斑块中，巨噬细胞在纤维帽内积聚并降解血管平滑肌细胞产生的细胞外基质。坏死核心还创造了缺氧（低氧）的微环境，刺激血管生成（新脆弱血管的生长）。

动脉粥样硬化中的钙化并非被动过程；它是活跃且受控的。早期的微钙化涉及羟基磷灰石晶体（钙和磷酸盐晶体）在微观层面的沉积，这超出了常规成像的分辨率。这一早期阶段标志着强烈的生物活性，并与斑块易损性增加相关。相比之下，较大的、已确立的大块钙化沉积与斑块稳定性及疾病更静止的阶段相关。

当薄纤维帽破裂时，富含脂质的坏死核心暴露于流动血液中，触发快速且剧烈的血栓形成（血液凝固），可能完全阻塞动脉。然而，斑块破裂通常是无声且亚临床的。随着时间的推移，血管围绕暴露的血栓重塑，狭窄程度可能会恶化。如果动脉中断发生迅速，身体的代偿性血管生成来不及发展，导致缺血（血液短缺）更加严重。及时的 therapeutic 再灌注（恢复血流）对于最大限度地减少这一高度时间依赖性过程中的不可逆组织丢失至关重要。

解剖成像：观察结构和狭窄

解剖成像旨在检测管腔狭窄并表征动脉粥样硬化斑块的特征。它还允许医生评估整个血管区域内动脉粥样硬化的总体负担——这些信息有助于对患者未来不良事件的风险进行分层。

导管造影仍然是成像冠状动脉最常用的方法，主要归功于其高空间和时间分辨率及其作为干预平台的作用。然而，仅凭导管造影只能提供冠状循环的“管腔图”——即血液流动空间的图像——而不显示动脉壁本身。斑块表征是可能的，但需要专用设备。血管内光学和超声成像可以以惊人的细节评估斑块形态，使这些技术成为可能需要同时干预的高危患者的极佳选择。

使用非侵入性成像技术识别不良斑块特征的需求日益增长，特别是对于低和中危患者群体。CT和MRI血管造影是导管造影的安全可靠替代方案。它们可以同时成像血管壁及其周围任何动脉粥样硬化。超声还可以测量病变处的血流以量化狭窄，光谱分析加上专用造影剂可以同时表征斑块。非侵入性成像通过将诊断与干预分离来改善临床决策，使多学科团队能够做出合理的治疗决定。

血管内成像：动脉内的摄像头

光学相干断层扫描 (OCT)

光学相干断层扫描 (OCT) 利用通过光纤导线传输的近红外光，提供纤维帽的极其详细的图像。OCT导管放置在导丝上，并通过注射生理盐水或造影剂形成无血区域。利用快速频域分析，OCT可捕获薄纤维帽的详细图像。这些发现与组织学特征高度相关。纤维帽内的高信号表明巨噬细胞粘附和血栓（凝块）形成。

这些高分辨率优势必须与组织穿透力降低相平衡，后者限制了对更深层斑块成分的评估。OCT已用于临床检测冠状动脉中的易损斑块并指导治疗。它现在也应用于颈动脉狭窄（颈部动脉变窄）和外周血管疾病。

近红外光谱/血管内超声 (NIRS/IVUS)

近红外光谱 (NIRS) 是另一种无需无血环境的导管介入技术。它利用波散射生成与相邻脂质概率相对应的梯度图。所得的脂质核心负荷指数 (LCBI) 描述了相邻结构中高脂质含量与研究总面积的比例。现代探头将 NIRS 与血管内超声 (IVUS) 结合，为形态学数据提供结构背景。

IVUS 是一项比 OCT 和 NIRS 更成熟且因此更具成本效益的技术。它将高频超声探头封装在导管内，直接从动脉腔内可视化相邻的动脉粥样硬化斑块。高分辨率灰度图像显示斑块结构和相邻血管壁。通过分析反向散射信号，医生可以可靠地识别富含脂质的坏死核心、钙化和纤维脂肪斑块。尽管组织穿透力尚可，但 IVUS 缺乏测量纤维帽厚度的空间分辨率。与常规超声一样，矿化钙沉积会产生声学阴影，掩盖下方的组织细节。

NIRS/IVUS 在检测和冠状动脉疾病的治疗中已得到充分确立，其在颈动脉和下肢动脉中的应用也已得到验证。

无创成像：超声、CT 和 MRI

超声

在颈动脉和肢体动脉等浅表血管中，双功超声结合结构和功能数据来量化由动脉粥样硬化斑块引起的狭窄程度。疑似病变近端（之前）和远端（之后）的峰值收缩期速度比率用于估计狭窄严重程度。超声可以测量总斑块面积，斑块图像的灰度像素强度与组织学特征高度相关。

超声无创、无辐射且便携，使其成为量化外周血管树中狭窄的一线成像方式。高分辨率超声还可以区分动脉壁的组成部分。内膜中层（动脉壁的内两层）的病理性增厚是亚临床斑块形成的早期迹象。这种内膜中层厚度 (IMT) 测量可作为个体整体心血管健康的“窗口”——IMT 增加与心肌梗死（心脏病发作）、中风和死亡风险显著增加相关。

含有惰性气体微泡均匀悬浮液的造影剂可静脉注射以突出动脉斑块的具体特征。在颈动脉中，微泡以大于 80% 的敏感性和特异性识别责任病变中的新生血管化。在腹主动脉瘤患者中，增强超声提供管腔血流的时间实时表征，并可可视化血管内修复后的并发症，如内漏（血液泄漏至动脉瘤囊内）。缺乏电离辐射使增强超声成为需要重复成像情况下的理想选择。

然而，超声存在局限性。致密钙化斑块可能阻碍血管评估，而覆盖在目标血管上方的骨骼或气体妨碍充分可视化。这限制了其仅用于易于触及的动脉，并且需要标准化以减少观察者间变异性。

计算机断层扫描 (CT)

CT 血管造影 (CTA) 在评估心血管系统方面已得到充分确立。它无创、易获取，并能从起源到目标结构可视化整个血管，即使在迂曲（扭曲）的血管中也是如此。CTA 具有检测局灶性管腔狭窄的空间分辨率，并提供对血管疾病的整体评估。得益于新一代扫描仪的快速采集时间，现在可以对冠状动脉进行详细成像。

CTA 在确定冠状动脉狭窄严重程度方面高度准确，已被纳入许多临床指南，作为疑似心脏胸痛患者的首选成像方式。在颈动脉中，CTA 报告检测大于 70% 狭窄的敏感性接近 100%，特异性为 63%（95% 置信区间 25–88%）。

除了测量狭窄外，CT 还可以表征斑块形态。可以识别几种高风险斑块特征：

• 正向重构（动脉壁向外膨出）
• 点状钙化
• 高衰减纤维斑块
• 低衰减脂质丰富坏死性斑块

在冠状动脉中心线重建中看到的“餐巾环征”，代表纤维斑块与坏死核心之间的区分。它表现为围绕低衰减粥样硬化病变的月牙形高衰减模式，该病变与血管腔明显不同——这种形态学模式反映了斑块的组织学特征。

CT非常适合显示血管钙化。然而，致密钙化斑块产生的束硬化会导致“伪影扩大”，夸大斑块大小并掩盖管腔，特别是在伴有重度钙化的小血管中。在急性疾病中，CT无法区分斑块的软组织成分——例如，不可能区分稳定的纤维粥样硬化病变与急性斑块出血或血栓形成。识别责任斑块依赖于放射学特征、临床表现和终末器官损伤模式的组合。

磁共振成像 (MRI)

MRI血管造影最适合成像大型稳定血管，如颈动脉。多对比度MRI（T1加权、T2加权、质子密度）提供卓越的软组织特征分析，允许在不使用电离辐射的情况下研究斑块成分。这些特性使MRI特别适用于慢性心血管疾病的纵向研究。

注射钆 (Gd) 基对比剂可改善图像采集时间并提供进一步的结构信息，勾勒出血池与血管壁之间的差异。历史上，心脏附近的运动伪影使得小血管成像具有挑战性，但技术进步已解决了这一限制。加速图像采集可减少运动伪影和噪声。亮血技术利用血液本身作为固有对比剂，减少了对钆的需求。1.5特斯拉 (T) MRI机器现在可以在高达94%的患者中检测到显著左主干或三支冠状动脉疾病。

虽然图像质量仍不及CT冠状动脉造影，但MRA对于评估冠状动脉瘤和异常冠状动脉开口（冠状动脉的不寻常起源）很有用。此外，T1加权成像可应用于冠状动脉以检测腔内血栓或斑块内出血。MRI的额外优势在于评估心脏动力学、心肌灌注和存活率。在颈动脉中，MRI卓越的软组织分辨能力允许测量纤维帽厚度并可视化坏死核心。使用钆基对比剂可进一步提高对脂质丰富核心的检测敏感性。在急性事件（如颈内动脉斑块破裂导致的短暂性脑缺血发作（“小中风”））之后，T1加权MRI可以检测斑块内出血和血栓——这些发现与未来缺血事件的风险相关。更高的磁场强度可降低背景噪声和伪影。

"智能"对比剂MRI

超顺磁性氧化铁纳米颗粒 (USPIO) 是直径为30纳米 (nm) 的氧化铁纳米颗粒，由低分子量右旋糖酐稳定。注射后，USPIO通过吞噬作用（一种细胞“进食”过程）被巨噬细胞摄取，并在循环中停留较长时间。富含USPIO阳性巨噬细胞的区域在T2和T2*加权MRI上显示低信号强度。

在颈动脉中，USPIO在动脉粥样硬化病变内的积聚与活动性斑块疾病相一致——这些斑块表现出强烈的巨噬细胞浸润。USPIO也以高亲和力积聚在腹主动脉瘤内巨噬细胞浸润的区域。使用"智能"MRI对比剂检测血管床内的细胞活性具有巨大的前景。这些技术最终可能允许检测有即将发生事件风险的活跃斑块，并实现预防性治疗。

磁共振波谱 (MRS)

磁共振波谱 (MRS) 结合MRI的空间成像与光谱分析，以检测心血管组织的化学成分和代谢状态。MRS可以检测一系列原子，包括1-氢 (1H)、31-磷 (31P) 和13-碳 (13C)。使用MRS进行的体内颈动脉研究已成功量化动脉粥样硬化斑块内的胆固醇酯——这是易损斑块脂质丰富坏死核心中发现的主要脂质类别。

结构的化学成分是使用化学位移成像序列获得的，该序列在斑块上方和周围采集光谱。特定代谢物（如脂质）的MRS振幅被解释为与固有水振幅的比率。最终分析允许检测和量化动脉粥样硬化斑块的脂质含量。

分子影像：追踪疾病活动

生物活性动脉粥样硬化病变本质上是不稳定的，容易破裂。靶向生物示踪剂使正电子发射断层扫描 (PET) 和单光子发射计算机断层扫描 (SPECT) 能够检测特定疾病过程（如糖酵解活动增加或微钙化）的活动性增加。

生物放射性示踪剂分子通常由两个部分组成：靶向疾病活动特定部位的配体，以及PET和SPECT扫描仪可以检测的放射性同位素。示踪剂活动的强度和分布揭示了疾病过程最活跃的部位。

动脉粥样硬化成像中的关键示踪剂

18F-氟代脱氧葡萄糖 (18F-FDG) 是一种众所周知的示踪剂，可检测葡萄糖代谢增加，这是炎症细胞的标志。然而，由于心肌背景摄取，其在冠状动脉成像中的使用存在局限性。18F-氟化钠 (18F-NaF) 与微钙化结合——这是活跃、易损斑块的早期标志——并已被证明可以检测到血管损伤和活动性最大的区域。

使用DOTA-（1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸）或NOTA-（1,4,7-三羧甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷）基"笼"结构进行放射性示踪剂开发的进展产生了各种示踪剂。该"笼"容纳正电子发射同位素，如镓-68 (68Ga) 或铜-64 (64Cu)。PET研究表明，这些制剂在有既定心血管危险因素和不利Framingham风险评分的患者中表现出优先的血管摄取。

对具有高68Ga-DOTA-TATE摄取的颈动脉斑块的组织学比较显示，放射性示踪剂选择性结合到CD68阳性巨噬细胞丰富的病变。在一项试点研究中，68Ga-DOTA-TATE以良好的可重复性和高于18F-FDG的敏感性正确识别了代谢活跃的冠状动脉和颈动脉病变。

其他针对巨噬细胞活性的示踪剂包括：

• 血管细胞粘附分子-1 (VCAM-1)——靶向发炎的内皮
• 11C-胆碱——检测细胞膜合成
• 18F-氟胸苷——测量细胞增殖
• 转位蛋白 (TSPO)——活化巨噬细胞的标志物

临床意义：这对患者意味着什么

这些新兴的成像技术代表了医生对动脉粥样硬化认知方式的根本转变。医生不再仅仅询问“这条动脉堵塞了多少？”，而是可以问“这个斑块有多危险？”这种区分很重要，因为许多心脏病发作是由在破裂前并未严重狭窄的斑块引起的。

对于已有心血管风险因素的患者——如高血压、高胆固醇或吸烟——这些先进的成像工具未来可能提供动脉健康状况的个性化图景。生物活性斑块负荷高的患者可能会接受更积极的治疗、更密切的监测或更早的干预，而斑块处于静止（不活跃）状态且危险因素控制良好的患者则可以安全地避免不必要的操作。

具体而言，18F-NaF PET检测微钙化的能力可能有助于识别面临 imminent 心脏病发作风险最高的患者。这一点尤为重要，因为易损斑块并不总是狭窄最严重的斑块，而仅专注于支架植入严重狭窄病变的策略会遗漏许多危险病灶。此外，使用超顺磁性氧化铁（USPIO）增强MRI检测巨噬细胞活性，可以帮助医生监测抗炎治疗是否有效，并指导调整治疗方案以实现高风险斑块的最大限度稳定。

局限性：这些技术目前尚不能做到什么

尽管前景广阔，但这些技术存在重要的局限性：

• 导管血管造影、OCT和IVUS是有创检查，通常仅保留给已经接受干预的患者
• OCT的高分辨率是以有限的组织穿透深度为代价的，因此无法评估斑块的深层成分
• 由于空间分辨率有限，IVUS无法测量纤维帽厚度，且重度钙化会产生声影，掩盖细节
• 超声仅限于易于触及的动脉，并可能被骨骼、气体或致密钙化所阻碍
• CT难以区分急性疾病中斑块的软组织成分，且无法区分稳定的纤维病变与急性出血或血栓形成
• 钙化引起的束硬化和“膨胀”效应会掩盖严重钙化小血管中的管腔
• 冠状动脉的MRI图像仍劣于CT，并且仍然容易受到心脏附近运动伪影的影响
• 许多分子成像示踪剂仍处于研究或试点研究阶段，在进入常规临床实践之前需要进一步验证
• 某些示踪剂（如18F-FDG）由于周围结构中的背景摄取，在冠状动脉成像中的应用有限

给患者的建议

尽管先进的成像技术不断发展，但保护动脉健康的既定策略仍然至关重要：

• 通过定期体检和处方药物控制血压、胆固醇和血糖
• 戒烟——这是减少内皮功能障碍和斑块进展的最有力措施之一
• 保持低饱和脂肪、高水果、蔬菜和全谷物的护心饮食
• 进行规律的身体活动，以改善血管功能并减少炎症
• 与您的医生讨论您个人的心血管风险状况，包括是否适合采用CT钙化积分或颈动脉超声等先进成像技术
• 如果您曾经历过心脏病发作或中风，请咨询您的心脏科医生，是否有通过研究项目提供诸如18F-NaF PET或USPIO增强MRI等新兴成像方法，以便更好地了解您的斑块风险
• 坚持按时服用处方药物，包括他汀类药物、抗血小板药物和降压药，因为这些药物已被证明可以稳定斑块并降低破裂风险

常见问题解答

什么是动脉粥样硬化？为什么它很危险？

动脉粥样硬化是一种慢性、免疫驱动的疾病，由于斑块积聚导致动脉变窄。它通常无声地进展，当斑块破裂并引发血栓时，可能突然导致心脏病发作或中风。先进成像技术可以在斑块造成危害之前帮助识别危险斑块。

什么使斑块变得脆弱或高风险？

脆弱斑块具有大的富含脂质的坏死核心、厚度小于65微米的薄纤维帽、密集的巨噬细胞浸润和微钙化。这些特征使其容易破裂，使内容物暴露于血液中并导致快速血栓形成，从而阻塞动脉。

哪些成像技术可以观察动脉壁内部？

现代技术包括光学相干断层扫描（OCT）和血管内超声（IVUS），这些是侵入性的导管方法，以及非侵入性的CT、MRI和PET扫描。这些技术可以评估斑块结构和生物活性，如炎症或微钙化，而不仅仅是测量狭窄程度。

动脉粥样硬化的解剖成像与分子成像有什么区别？

解剖成像（如CT或MRI血管造影）显示结构、狭窄和斑块大小。分子成像（如使用靶向示踪剂的PET）追踪疾病活动，如炎症或微钙化。这有助于医生不仅确定动脉阻塞的程度，还确定斑块的危险程度。

先进成像如何帮助治疗心脏病发作或中风风险？

即使斑块没有严重狭窄，先进成像也能识别具有生物活性的高风险斑块。这使得医生能够为最高风险的患者提供更积极的治疗、更密切的监测或更早的干预，同时避免对斑块稳定的患者进行不必要的操作。

这些先进成像技术有哪些局限性？

某些技术具有侵入性，如光学相干断层扫描（OCT）和血管内超声（IVUS）。OCT的组织穿透深度有限；IVUS无法测量纤维帽厚度，且受钙化阴影的影响。CT可能因致密钙化而模糊，MRI易受心脏附近运动的影响，许多分子示踪剂仍处于研究阶段。

患者应采取哪些措施来保护动脉？

控制血压、胆固醇和血糖，戒烟，保持有益心脏健康的饮食，规律锻炼，并按医嘱服用他汀类药物等处方药。与您的医生讨论您的风险状况，以评估是否适合您进行先进成像检查（如CT钙化积分或颈动脉超声）。

我的医生说我有动脉粥样硬化，可能需要放置支架，但我不确定狭窄是否是导致心脏病发作的原因。我是否应该就我的成像结果和治疗方案寻求第二诊疗意见？

是的，第二诊疗意见可能很有价值，因为先进成像可以揭示您的斑块是否具有生物学活性且易破裂，而不仅仅是动脉狭窄的程度。许多心脏病发作是由在破裂前并未严重狭窄的斑块引起的。第二诊疗意见可审查您的成像结果，评估炎症或微钙化等斑块特征，这可能会改变对推荐强化药物治疗还是介入治疗的建议。Diagnostic Detectives Network 提供独立的专家第二诊疗意见。

来源信息

这篇面向患者的文章基于同行评审的研究。

Original article title: Edinburgh Emerging techniques in atherosclerosis imaging

Authors: Maaz BJ Syed, Alexander J Fletcher, Rachael O Forsythe, Jakub Kaczynski, David E Newby, Marc R Dweck, and Edwin JR van Beek

Journal: British Journal of Radiology, 2019; Volume 92: 20180309

DOI: 10.1259/bjr.20180309

Publisher: British Institute of Radiology (© 2019 The Authors, under the Creative Commons Attribution 4.0 Unported License)

Author affiliations: British Heart Foundation Centre of Cardiovascular Science and Edinburgh Imaging Facility QMRI, University of Edinburgh