目录
- 要点
- 背景：为何斑块测量至关重要
- 为何需要这项新技术
- 研究方法，第一部分：实验室（离体）验证
- 研究方法，第二部分：人体（体内）临床测试
- 主要发现：与金标准相比的实验室准确性
- 主要发现：患者的临床可行性与一致性
- 主要发现：速度与效率的提升
- 临床意义：这对患者意味着什么
- 研究局限性：本研究未能证明的内容
- 给患者的建议
- 常见问题解答
- 信息来源
要点
- 在20名患者中，新型3D超声探头测量的斑块体积与经过验证的旧探头几乎完全一致。
- 在猪动脉中，新型超声结果与显微镜分析高度吻合，能够检测到小至0.63微升的斑块。
- 新型分析软件将图像读取时间缩短了约46%，有望改善临床工作流程。
- 超声不使用电离辐射，因此适合对斑块进行长期的重复监测。
- 该研究样本量较小，使用了研究软件，且未能证明这些测量结果可以预测未来的心脏事件。
背景：为什么测量斑块很重要
动脉粥样硬化是一种疾病，脂肪沉积物、胆固醇和其他物质在动脉壁内积聚，形成医生所称的“斑块”。随着时间的推移，这些斑块会逐渐增大，使动脉变窄，并最终破裂——导致心脏病发作、中风或腿部血液循环不良。重要的是，斑块的形成是无声的，可能在症状出现前数年甚至数十年就开始形成。
传统上，医生使用血压、胆固醇水平和风险评分计算器等工具来评估心血管风险。但基于影像学的生物标志物——即疾病实际图像的呈现——与这些传统的临床风险量表相比，可以显著提高风险预测的准确性。最著名的影像学生物标志物是冠状动脉钙化积分（CACS），通过计算机断层扫描（CT）测量。然而，CT会使患者暴露于电离辐射之下，并且它只能检测到已经钙化（硬化）的斑块。
相比之下，超声完全不含辐射。它还可以检测非常早期的斑块，即在钙化发生之前。欧洲心脏病学会（ESC）指南现在建议对颈动脉和/或股动脉粥样硬化负荷进行超声评估，以评估心血管风险——这反映了称为三维血管超声（3DVUS）的技术预测心血管风险的能力。事实上，3DVUS已被证明在预后表现上几乎与冠状动脉钙化积分相当。
测量斑块体积（斑块的总量）而不仅仅是动脉壁的内中膜厚度，能更全面地反映一个人整体的疾病负担。这就是为什么准确的量化如此重要。
为什么需要这项新技术
目前存在几种三维超声方法，但每种都有其局限性。较旧的“机械扫描”探头（称为VL13-5）通过物理移动探头内的超声元件来扫过动脉，从而生成三维图像。它已被验证可以准确测量颈动脉和股动脉的斑块负荷。然而，这种方法存在功能上的缺点：探头的接触面积较大，这意味着很难将其放置在角度弯曲或曲面体表上，或在视野较小的区域使用。例如，检查具有紧密弯曲的动脉或在脖子短而粗的患者身上进行检查可能会很有挑战性。
一种较新的探头XL14-3使用“矩阵”技术并进行“电子扫描”。该探头从固定位置电子引导超声束，而不是物理移动部件。这提供了改进的图像质量和更小的接触面积，使其在检查过程中更容易操作。先前的报告证实了使用该新探头评估颈动脉粥样硬化具有出色的重复性（扫描间重现性）。然而，在本研究之前，3D矩阵探头实际量化斑块体积的准确性——特别是对于早期、小斑块（定义为小于69 µL）——尚未得到测试。这是一个关键的空白，因为检测小斑块是初级预防（预防第一次心脏病发作或中风）的基石，而较旧的3D方法由于技术限制往往低估了它们。
研究方法，第一部分：实验室（离体）验证
为了确定新XL14-3探头的准确性，研究人员首先使用动物组织进行了实验。他们使用了来自13头经过基因改造以过度表达人类突变基因（PCSK9D374Y）并喂食高胆固醇饮食的猪的颈动脉和股动脉标本。这种猪模型非常有价值，因为这些动物形成的动脉粥样硬化病变在大小和组成上都与人类斑块非常相似。
在提取过程中有三根动脉严重受损，留下了49个可用的动脉标本（23根颈动脉和26根股动脉）。这些标本被嵌入琼脂糖凝胶中以创建用于超声测试的真实“模型”（校准模型）。猪的颈动脉和股动脉与人类动脉大小相似，尽管在活体猪体内它们位置太深，难以轻松扫描——因此离体方法是实现精确验证的正确途径。
使用专业软件进行图像分析：研究人员使用了带有XL14-3换能器的飞利浦Epiq超声系统。对于每个模型，他们进行了25°的电子扫描——一个足以捕获标本中所有斑块的视野。然后使用修改版的先前验证过的软件程序Volume Plaque Quantification（VPQ）对获取的三维图像进行分析。该软件将三维体积显示为动脉连续的横截面“切片”。在每个切片上，阅读者描绘出动脉的外壁（红线）、内壁（黄线）以及斑块本身的边界（绿线）。然后软件计算外壁与斑块边界之间的三维空间作为斑块体积。
金标准比较：超声成像完成后，动脉标本在福尔马林中保存，切成薄横截面切片，并在显微镜下分析。研究人员使用名为QuPath的软件测量每张组织学切片上的斑块面积。斑块面积定义为内中膜边界与斑块边界之间的差异。然后通过将每个斑块面积乘以切片之间的距离来计算组织学的斑块体积——这是一种细致的“平面测量”技术。这些组织学测量结果作为真正的“金标准”，用于与三维超声体积进行比较。
研究方法，第二部分：人体（体内）临床测试
接下来，研究人员在真实患者中测试了新探头的可行性和准确性。他们包括了CNIC AtheroBrain: H2H（Head to Heart）研究中的20名参与者——这是一组无心血管疾病的人群，平均年龄为74.6 ± 4.45岁，其中40%为男性。为了避免选择偏倚，他们纳入了所有参加第二次研究访视的连续患者，直到达到计划的样本量20人。
每位参与者在颈动脉和股动脉区域均使用两种探头进行了扫描：
- 首先，新的XL14-3电子扫描3D矩阵探头：将探头顶端对齐在位于颈动脉球中心的颈动脉纵切面上，以及位于分叉处的股动脉纵切面上。每个区域的扫描体积长度为4厘米。
- 然后，已建立的VL13-5机械扫描探头：使用先前验证的方法论，将角度扫描调整为30°以创建金字塔形的三维体积。可用的纵向覆盖范围在3到5厘米之间，具体取决于动脉深度以及动脉的迂曲程度（弯曲程度）。
对新型XL14-3探头获取的图像进行了两种方式的分析：
- 方法1：使用已建立的VPQ软件（已修改以处理XL14-3数据）。
- 方法2：使用一款全新的、尚未发布的名为“Carotid Model CM2020”的研究软件（版本123，Philips Research），该软件采用完全三维方法进行斑块定量分析。
这些方法与方法3进行了比较：即先前经过验证的VL13-5探头与VPQ软件的组合。
斑块的定义依据国际公认的Mannheim标准，即向动脉管腔内突出的局灶性病变，其突出程度大于0.5 mm，超过周围内中膜厚度的50%，或内中膜厚度大于1.5 mm。斑块负荷通过测量每个区域所见所有斑块的总体积来量化。
可行性定义：研究人员将“困难血管”定义为具有可能限制斑块采集特征的血管——例如深部或迂曲（扭曲）的血管，导致无法将所有动脉节段纳入单个三维容积中。具有“困难解剖结构”的患者是指颈部或腹股沟区域短小、狭窄或成角，使得扫描操作更加困难的患者。还确定了三种可能限制分析的具体斑块特征：
- “低回声”斑块：在超声图像上外观与血液相似的斑块，使得边界更难辨认。
- “钙化”：坚硬且含钙的斑块，会阻挡超声波束并产生声影。
- “复杂形态”：表面高度不规则或可能存在表面缺陷（溃疡）的斑块。
对于CM2020软件分析，由一位专家级超声医师（心血管成像专家）执行所有读数。用于评估可重复性的重复分析间隔至少1个月。在20例随机选取的斑块研究中评估了观察者内和观察者间的一致性。
主要发现：与金标准的实验室准确性
对猪动脉标本进行的离体超声分析检测到了19个动脉粥样硬化斑块，且均经组织学确认。组织学测量的平均斑块体积为14.11 ± 16.23 µL（范围：0.76 µL至56.30 µL），而新型三维超声测量的平均体积为15.01 ± 17.98 µL（范围：0.63 µL至63.04 µL）。这些数值看起来非常接近——统计分析也证实了这一点。
组内相关系数 (ICC)为0.992（95% CI：0.978–0.997），一致性相关系数 (CCC)为0.991（95% CI：0.986–0.995），两者P < 0.001。用通俗的话来说，这些数值表明新型超声方法与金标准组织学测量之间具有极佳、近乎完美的一致性。
超声与组织学之间的中位数绝对差异仅为0.36 µL（四分位距：0.23 µL至1.09 µL），最大差异为6.74 µL。为了便于理解，1 µL大约是一粒微小沙子的体积——因此测量误差极小。
Passing-Bablok (PB)回归分析——一种用于比较两种测量技术的稳健统计方法——检测到了微小的系统性偏差，即三维超声与组织学相比略微高估了斑块体积。这种趋势在较大斑块中更为明显。回归方程的截距为-0.53（95% CI：-0.81至-0.19），斜率为1.08（95% CI：1.04至1.12），线性检验显示P = 0.66（意味着关系是线性的且一致的）。这种高估虽然存在，但幅度极小，并未对诊断准确性产生实质性影响。
主要发现：患者的临床可行性与一致性
在可行性方面，这项临床研究取得了巨大成功。20名患者的全部80个动脉区域（3DVUS采集的100%）均成功完成评估，绝大多数研究图像质量良好。重要的是，没有因技术原因导致图像质量不足而排除任何图像——这充分证明了新技术的稳健性。
两种探头（新型XL14-3和已建立的VL13-5）均在相同的64个探索区域（共80个，占80%）中检测到了动脉粥样硬化：36条颈动脉和28条股动脉。每个区域的斑块负荷范围为10 µL至859 µL，涵盖了从小到大的各种斑块。
两种探头之间的一致性：使用新型XL14-3矩阵探头测量的平均斑块体积为158.8 ± 176.9 µL（范围：10 µL至859 µL），而VL13-5机械探头测量的体积为160.8 ± 175.8 µL（范围：9 µL至839 µL）。两种探头之间的统计一致性非常出色：ICC为0.997（95% CI：0.995–0.998），绝对一致性和一致性数值相同。Passing-Bablok回归显示截距为-2.00（95% CI：-2.98至0.14），斜率为1.00（95% CI：0.98至1.02）—— essentially 完美的1:1关系。Bland-Altman分析证实了这一点，偏差无统计学意义（P = 0.522），意味着两种探头均未系统性地产生较高或较低的读数。
两种分析软件之间的一致性：相同的64个动脉粥样硬化区域也通过新型CM2020软件（方法2）被检测到。使用CM2020的平均斑块体积为158.7 ± 176.9 µL（范围：10.2 µL至861.5 µL）。VPQ软件与新型CM2020软件之间的一致性非凡：ICC为0.999（95% CI：0.998–0.999）。Passing-Bablok回归显示截距为0.37（95% CI：-1.99至2.20），斜率为1.00（95% CI：0.98至1.02），Bland-Altman偏差无统计学意义（P = 0.263）。简而言之，两种软件产生的结果 essentially 可以互换。
可重复性：通过对20例随机选取的斑块研究进行组内相关系数（ICC）分析，评估了CM2020软件的同读片者及异读片者可重复性（即同一位或不同位读片者分析相同图像时结果的一致性）。结果显示可重复性良好，支持该新软件在实际临床实践中的可靠性。
主要发现：速度与效率的提升
除了准确性，临床医生还关注效率。本研究测量了使用现有的VPQ软件和新的CM2020软件进行完整血管分析所需的时间。结果令人瞩目：
- 使用新的CM2020软件对每条血管进行分析的平均时间为394 ± 177毫秒。
- 使用现有的VPQ软件对每条血管进行分析的平均时间为735 ± 554毫秒。
- 这一差异具有统计学意义（P < 0.001）。
- 平均时间缩短了46 ± 21%——分析时间几乎减少了一半。
这一速度优势意味着在临床实践中，新软件可能使忙碌的超声医师或心脏病学家能够在更短的时间内评估更多患者，从而潜在地改善斑块定量检查的可及性。
临床意义：这对患者意味着什么
本研究的发现具有多项与患者相关的临床意义。
首先，新技术至少和旧技术一样好。对患者而言，最重要的信息是新的XL14-3探头和CM2020软件产生的测量结果与之前经过验证的旧技术基本相同。ICC值分别为0.997和0.999，代表近乎完美的一致性——远高于医学研究中通常认为“优秀”的阈值（通常为ICC > 0.90）。
其次，它能可靠地检测小斑块和大斑块。测量的斑块体积临床范围（10 µL至859 µL，实验室中低至0.63 µL）表明，新方法能够捕捉到旧方法容易遗漏的早期斑块。早期发现小斑块正是为了在首次心血管事件发生前识别高风险人群所必需的。
第三，检查更加实用。新探头更小的体积使其在日常临床情境中更容易使用——适用于动脉弯曲、颈部较短或体型特殊的患者。这可能会减少检查失败或不完整的情况。
第四，它可能改善工作流程。分析时间减少46%可能转化为更快的就诊速度，并可能促进将斑块负荷测量作为心血管风险评估常规部分的更广泛采用。
最后，它无辐射。与所有超声技术一样，该技术不涉及电离辐射，从而将其与基于CT的钙化积分区分开来。对于需要随时间进行重复监测的患者（以观察斑块是否因他汀类药物或生活方式改变而生长或消退），能够使用安全、可重复的检查是一项显著优势。
研究局限性：本研究未能证明的内容
与任何研究一样，也存在重要的局限性需要承认。
样本量较小：临床研究仅纳入20名患者。虽然统计结果非常强劲且一致，但仍需更大规模的研究来在更多样化的人群中确认这些发现——包括不同体型、年龄和种族背景的患者。
实验室条件与真实生活条件的差异：离体验证使用嵌入琼脂糖中的猪动脉，这提供了一个受控环境。在实际患者中，组织更为复杂，呼吸、心跳和患者移动等因素会影响图像质量。所有80个血管区域在人体中均成功扫描这一事实令人欣慰，但这是一项由专家超声医师执行的小规模、精心进行的研究。
大斑块略微高估：研究发现，与组织学相比，3D超声倾向于略微高估斑块体积，尤其是对于较大的斑块。偏差幅度较小（中位绝对差异为0.36 µL），但值得记住的是，测量并非完美——它非常准确，但不完全精确。
研究中使用的软件：用于离体部分的VPQ软件版本经过修改（非商业可用），CM2020为未发布的研发版本。商业可用产品可能与测试版本略有不同。此外，所有分析均由一位专家超声医师完成。虽然已对CM2020进行了观察者内和观察者间重复性测试，但其在经验较少读者中的更广泛适用性尚未确立。
未测量临床结局：这是一项验证研究——它证明了该技术可以准确测量斑块，但未对患者进行长期随访以观察这些测量结果是否能预测心脏病发作、中风或死亡。早期使用旧技术的研究已证明其预后价值，新方法需要类似的长期结局研究。
资金/作者关系：几位作者是飞利浦医疗公司的员工，该公司生产研究中评估的超声探头和软件。这代表了一种潜在的利益冲突，在解读结果时应予以注意。
给患者的建议
作为患者，您应从这项研究中获取什么？以下是一些实用要点：
- 了解您的指标。如果您有心血管疾病风险因素（高血压、高胆固醇、糖尿病、吸烟、肥胖或早发心脏病家族史），请与医生讨论测量颈动脉或股动脉斑块负荷是否有助于细化您的风险评估。
- 超声是一种安全、可重复的选择。与CT钙化积分不同，超声不会让您接受电离辐射暴露。这使得它成为需要随时间进行系列监测以追踪斑块是稳定、增大还是因治疗而缩小的患者的良好选择。
- 生活方式和药物仍然最重要。斑块测量是一种诊断工具，而非治疗方法。无论您的斑块体积显示如何，预防的基石保持不变：心脏健康饮食、规律身体活动、不吸烟、控制血压和胆固醇，并按医嘱服用处方药物（如他汀类药物）。
- 新技术前景广阔，但请咨询可用性。XL14-3探头和CM2020软件相对较新。如果附近的主要心血管中心提供此类测试，您可以确信其底层技术已通过金标准组织病理学进行了严格验证。
- 对不确定性保持审慎态度。没有哪种影像学检查是完美的。该方法测量的准确性极高（与金标准的一致性达99%以上），但它们只是用于辅助临床判断的工具——而非预言。请始终结合您的整体健康状况与医生讨论结果。
常见问题
新的3D超声与旧方法相比准确性如何？
在20名患者中，新探头的测量结果与已验证的旧探头几乎完全一致，相关系数为0.997。与猪动脉的显微镜分析相比，一致性也非常出色（0.992）。平均差异仅为0.36微升，约等于一粒微小沙粒的大小。
这种超声检查使用辐射吗？
不。与所有超声一样，该技术不使用电离辐射。这使得它成为监测斑块随时间增大或缩小的重复成像的安全选择，而CT钙化积分则使用辐射且仅检测钙化斑块。
谁可能从测量斑块体积中受益？
具有心血管疾病风险因素的人群——如高血压、高胆固醇、糖尿病、吸烟、肥胖或早发心脏病家族史——可能从中受益。您的医生可以帮助决定测量颈动脉或股动脉的斑块是否有助于细化您的风险评估。超声无辐射且可重复。
这项研究的局限性是什么？
仅有20名患者参与，因此结果可能不适用于所有人。实验室验证使用的是猪动脉，而非活体人体组织。软件为未发布的研发版本，主要研究人员包括超声公司的员工。此外，该研究未对患者进行随访以观察测量结果是否能预测未来的心脏病发作或中风。
如果我得到斑块测量结果，我该如何处理？
斑块测量是一种诊断工具，而非治疗方法。请结合您的整体健康状况与医生讨论结果。无论数值如何，预防的核心始终在于：保持心脏健康饮食、规律运动、戒烟、控制血压和胆固醇，并遵医嘱服用处方药物。
我是否应该就通过新型3D超声测量的颈动脉或股动脉斑块体积寻求第二诊疗意见？
如果您的医生建议通过3D超声测量您的颈动脉或股动脉斑块，或者您已经获得了斑块体积结果，寻求第二诊疗意见有助于确认影像学发现并确保您的风险评估准确。新型3D超声方法已显示出与显微镜分析及旧版经验证探头近乎一致的结果，因此不同阅片者之间的分歧不太可能出现，但仍有可能发生。如果您存在小斑块、解剖结构复杂，或推荐的治疗方案（如他汀类药物）高度依赖确切的斑块体积，则第二诊疗意见尤为宝贵。Diagnostic Detectives Network 提供独立的专家第二诊疗意见。
来源信息
Original article title: 3-Dimensional VolumetricUltrasound Method for AccurateQuantification of AtheroscleroticPlaque Volume
Authors: Beatriz López-Melgar, MD, PhD; Virginia Mass, BSc; Paula Nogales, MSc; Javier Sánchez-González, PhD; Robert Entrekin, MSc; Antoine Collet-Billon, MSc; Xavier Rossello, MD, PhD; Leticia Fernández-Friera, MD, PhD; Antonio Fernández-Ortiz, MD, PhD; Javier Sanz, MD; Jacob F. Bentzon, PhD; Héctor Bueno, MD, PhD; Borja Ibáñez, MD, PhD; Valentín Fuster, MD, PhD
Journal: JACC: Cardiovascular Imaging, Volume 15, No. 6, June 2022, pages 1124–1135
Publication details: DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcmg.2022.01.005. Published by Elsevier on behalf of the American College of Cardiology Foundation. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license.
这篇患者友好型文章基于上述同行评审研究撰写。它面向普通大众，不构成医疗建议；关于您的个人健康需求，请务必咨询医疗保健专业人员。
