Comparative evaluation of quantitative contrast-enhanced ultrasound and pathomorphology in neoangiogenesis degree determining in the atherosclerotic plaques

A retrospective analysis of the results of the examination and surgical treatment of 50 patients (women - 17, men - 33) aged 53-69 with 60-99% stenosis of the internal carotid arteries was carried out. All patients underwent unilateral carotid endarterectomy followed by a histological evaluation of the removed atherosclerotic plaque. Duplex ultrasound of brachiocephalic arteries and contrastenhanced ultrasound (Acuson S2000, Siemens, Germany) with SonoVue as an ultrasound contrast agent were performed in all patients. The following parameters of time-intensity curve were evaluated: peak intensity (Peak), peak intensity averaged over the area of the plaque (Peak%), time to peak intensity (Tp or TTP), area under the curve (AUC), and mean transit time (MTT). Four degrees of neoangiogenesis (0-3) were assigned after histological examination. The strong correlation of neoangiogenesis was detected with Peak, a moderate correlation - with Peak% and AUC, and a weak correlation - with MTT (P < 0.05). There were no correlations of the atherosclerotic plaque size (area) with the contrast enhancement parameters and neoangiogenesis degree. Statistically significant differences of Peak%, Peak, AUC, and MTT were obtained between 1^st and 2^nd degrees of neoangiogenesis (P < 0.005) and between 1^st and 3^rd degrees of neoangiogenesis (P < 0.001). Significant differences between 2^nd and 3^rd degrees of neoangiogenesis occurred only for two parameters: Peak and AUC (P < 0.05). With the use of ROC-analysis the diagnostic signs for 2^nd and 3^rd degrees of neoangiogenesis differentiation were revealed. The sensitivity of Peak (cut-off value 11.6 IU) in determining of 2^nd degree of neoangiogenesis was 88.9%, specificity - 76.5%, and area under the curve - 0.907; AUC (cut-off value 59%s) - 88.9%, 82.4%, and 0.887, respectively. The sensitivity of Peak (cut-off value 23.5 IU) in determining of 3^rd degree of neoangiogenesis was 63.6%, specificity - 94.4%, and area under the curve - 0.826; AUC (cutoff value 95%s) - 72.7%, 77.8%, and 0.742, respectively. The use of ultrasound contrast agents augments the capabilities of ultrasound in the diagnosis of atherosclerotic plaques with a high risk of embolization due to the detection of neovascularization.

ультразвуковое исследование с контрастным усилением (КУУЗИ), количественный анализ КУУЗИ, Соновью, ишемический инсульт, атеросклероз сонных артерий, contrast-enhanced ultrasound (CEUS), quantitative CEUS, SonoVue, ischemic stroke, carotid atherosclerosis

1. Клинические рекомендации по ведению пациентов с сосудистой артериальной патологией (Российский согласительный документ). Часть 3. Экстракраниальные (брахиоцефальные) артерии. М.: НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН, 2012. 130 с.

2. Варакин Ю.Я., Суслина З.А. Эпидемиологические аспекты изучения инсульта. Время подводить итоги // Анналы клинической и экспери ментальной неврологии. 2007. № 2. С. 22-28.

3. Клиническая ангиология: Руководство. Т. 1 /Под ред. А.В. Покровского. М.: Медицина, 2004. 808 с.

4. Чечеткин А.О., Друина Л.Д. Возможности контрастного ультразвукового исследования в ангионеврологии // Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2015. Т. 9. № 2. С. 35-40.

5. Покровский А.В., Кияшко В.А. Ишемический инсульт можно предупредить // Русский медицинский журнал. 2003. № 12. С. 691-695.

6. Ануфриев П.Н., Гулевская Т.С., Евдокименко А.Н. “Нестабильная” структура атеросклеротических бляшек каротидного синуса и нарушения мозгового кровообращения // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 3. С. 1-8.

7. Rodgers A., Ezzati M., Vander Hoorn S., Lopez A.D., Lin R.B., Murray C.J.; Comparative Risk Assessment Collaborating Group. Distribution of major health risks: findings from the Global Burden of Disease Study // PLoS Med. 2004. V. 1. No. 1. P. e27. Doi: 10.1371/journal.pmed.0010027.

8. Dalager S., Paaske W.P., Kristensen I.B., Laurberg J.M., Falk E. Artery-related differences in atherosclerosis expression: implications for atherogenesis and dynamics in intima-media thickness // Stroke. 2007. V. 38. No. 10. P. 2698-2705.

9. Балахонова Т.В., Погорелова О.А., Трипотень М.И., Герасимова В.В., Сафиулина А.А., Рогоза А.Н. Контрастное усиление при ультразвуковом исследовании сосудов: атеросклероз, неспецифический аортоартериит // Ультразвуковая и функциональная диагностика. 2015. № 4. С. 33-45.

10. Тимина И.Е., Калинин Д.В., Чехоева О.А., Кармазановский Г.Г. Ультразвуковое исследование атеросклеротической бляшки в сонных артериях с использованием контрастного препарата (обзор литературы и первый опыт применения) // Медицинская визуализация. 2015. № 1. С. 126-132.

11. Лелюк В.Г., Лелюк С.Э. Ультразвуковая ангиология. Изд. 3-е. М.: Реальное время, 2007. 343 с.

12. Куликов В.П. Ультразвуковая диагностика сосудистых заболеваний: Руководство для врачей. М.: Стром, 2011. 118 с.

13. Новиков Н.Е. Контрастно-усиленные ультразвуковые исследования. История развития и современные возможности // Российский электронный журнал лучевой диагностики. 2012. № 2. С. 20-28.

14. Токлуева Л.Р., Балахонова Т.В., Шишкина В.С., Ваховская Т.В., Страздень Е.Ю., Шария М.А., Лукьянов М.М., Рудас М.С., Радюхина Н.В., Тарарак Э.М., Бойцов С.А. Сравнительная характеристика результатов инструментальных методов исследования и гистохимического анализа каротидной атеросклеротической бляшки у асимптомных больных с выраженным атеросклерозом // Ультразвуковая и функциональная диагностика. 2012. № 6. С. 70-76.

15. Tendera M., Aboyans V., Bartelink M., Baumgartner I., Clément D., Collet J., Cremonesi A., Carlo M., Ostergren J., Poldermans D., Riambau V., Roffi M., Rother J., Sievert H., van Sambeek M., Zeller T., Erbel R., Fowkes F., Heras M., Kownator S., Minar E. Рекомендации Европейского общества кардиологов по диагностике и лечению заболеваний периферических артерий // Рациональная фармакотерапия в кардиологии. 2012. Т. 8. № 4. Приложение. С. 4-73.

16. Чечеткин А.О., Друина Л.Д., Евдокименко А.Н., Гулевская Т.С., Скрылев С.И., Танашян М.М. Новые подходы к оценке признаков нестабильности атеросклеротической бляшки в сонных артериях // Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2017. Т. 11. № 1. С. 47-54.

17. Gorelich P.B. Burden of stroke and risk factors // Stroke. Practical Guide for Clinicians / Ed. by N.M. Bornstein. Basel: Karger, 2009. P. 9-23.

18. Shalhoub J., Owen D.R., Gauthier T., Monaco C., Leen E.L., Davies A.H. The use of contrast enhanced ultrasound in carotid arterial disease // Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg. 2010. V. 39. No. 4. P. 381-387. Doi: 10.1016/j.ejvs.2009.12.011.

19. Cheng C., Tempel D., van Haperen R., van der Baan A., Grosveld F., Daemen M.J., Krams R., de Crom R. Atherosclerotic lesion size and vulnerability are determined by patterns of fluid shear stress // Circulation. 2006. V. 113. No. 23. P. 2744-2753.

20. Naghavi M., Libby P., Falk E., Casscells S.W., Litovsky S., Rumberger J., Badimon J.J., Stefanadis C., Moreno P., Pasterkamp G., Fayad Z., Stone P.H., Waxman S., Raggi P., Madjid M., Zarrabi A., Burke A., Yuan C., Fitzgerald P.J., Siscovick D.S., de Korte C.L., Aikawa M., Juhani Airaksinen K.E., Assmann G., Becker C.R., Chesebro J.H., Farb A., Galis Z.S., Jackson C., Jang I.K., Koenig W., Lodder R.A., March K., Demirovic J., Navab M., Priori S.G., Rekhter M.D., Bahr R., Grundy S.M., Mehran R., Colombo A., Boerwinkle E., Ballantyne C., Insull W. Jr., Schwartz R.S., Vogel R., Serruys P.W., Hansson G.K., Faxon D.P., Kaul S., Drexler H., Greenland P., Muller J.E., Virmani R., Ridker P.M., Zipes D.P., Shah P.K., Willerson J.T. From vulnerable plaque to vulnerable patient: a call for new definitions and risk assessment strategies: Part I // Circulation. 2003. V. 108. No. 14. P. 1664-1672.

21. Varetto G., Gibello L., Castagno C., Quaglino S., Ripepi M., Benintende E., Gattuso A., Garneri P., Zan S., Capaldi G., Bertoldo U., Rispoli P. Use of contrast-enhanced ultrasound in carotid atherosclerotic disease: limits and perspectives // Biomed Res. Int. 2015. P. 293163. Doi: 10.1155/2015/293163.

22. Partovi S., Loebe M., Aschwwanden M., Baldi T., Jager K.A., Fenstein S.B., Staub D. Contrastenhanced ultrasound for assessing carotid atherosclerotic plaque lesions // AMJ. 2012. V. 198. No. 1. P. W13-W19. Doi: 10.2214/AJR.11.7312.

23. Weskott H.-P. Contrast Sonography. 2nd ed. Bremen: UNI-MED Science, 2013. 240 p.

24. Picano E., Paterni M. Ultrasound tissue charac terization of vulnerable atherosclerotic plaque // Int. J. Mol. Sci. 2015. V. 16. No. 5. P. 10121-10133. Doi: 10.3390/ijms160510121.

25. Claudon M., Dietrich C.F., Choi B.I., Cosgrove D.O., Kudo M., Nolsoe C.P., Piscaglia F., Wilson S.R., Barr R.G., Chammas M.C., Chaubal N.G., Chen M.H., Clevert D.A., Correas J.M., Ding H., Forsberg F., Fowlkes J.B., Gibson R.N., Goldberg B.B., Lassau N., Leen E.L., Mattrey R.F., Moriyasu F., Solbiati L., Weskott H.P., Xu H.X.; World Federation for Ultrasound in Medicine; European Federation of Societies for Ultrasound Guidelines and good clinical practice recommendations for Contrast Enhanced Ultrasound (CEUS) in the liver - update 2012: A WFUMB-EFSUMB initiative in cooperation with representatives of AFSUMB, AIUM, ASUM, FLAUS and ICUS // Ultrasound Med. Biol. 2013. V. 39. No. 2. P. 187-210. Doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2012.09.002.

26. Albrecht T., Blomley M., Bolondi L., Claudon M., Correas J.M., Cosgrove D., Greiner L., Jager K., Jong N.D., Leen E., Lencioni R., Lindsell D., Martegani A., Solbiati L., Thorelius L., Tranquart F., Weskott H.P., Whittingham T., EFSUMB Study Group. Guidelines for the use of contrast agents in ultrasound. January 2004 // Ultraschall Med. 2004. V. 25. No. 4. P. 249-256. Doi: 10.1055/s-2004-813245.

27. Grant E.G., Benson C.B., Moneta G.L., Alexandrov A.V., Baker J.D., Bluth E.I., Carroll B.A., Eliasziw M., Gocke J., Hertzberg B.S., Katarick S., Needleman L., Pellerito J., Polak J.F., Rholl K.S., Wooster D.L., Zierler E.; Society of Radiologists in Ultrasound. Carotid artery stenosis: grayscale and Doppler ultrasound diagnosis - Society of Radiologists in Ultrasound consensus conference // Ultrasound Q. 2003. V. 19. No. 4. P. 190-198.

28. Von Reutem G.M., Goertler M.W., Bornstein N.M., Del Sette M., Evans D.H., Hetzel A., Kaps M., Perren F., Razumovky A., von Reutern M., Shiogai T., Titianova E., Traubner P., Venketa subramanian N., Wong L.K., Yasaka M.; Neurosonology Research Group of the World Federation of Neurology. Grading carotid stenosis using ultrasonic methods // Stroke. 2012. V. 43. No. 3. P. 916-921. Doi: 10.1161/STROKEAHA.111.636084.

29. Piscaglia F., Nolsoe C., Dietrich C., Cosgrove D.O., Gilja O.H., Bachmann N.M., Albrecht T., Barozzi L., Bertolotto M., Catalano O., Claudon M., Clevert D.A., Correas J.M., D’Onofrio M., Drudi F.M., Eyding J., Giovannini M., Hocke M., Ignee A., Jung E.M., Klauser A.S., Lassau N., Leen E., Mathis G., Saftoiu A., Seidel G., Sidhu P.S., ter Haar G., Timmerman D., Weskott H.P. The EFSUMB Guidelines and Recommendations on the Clinical Practice of Contrast Enhanced Ultrasound (CEUS): update 2011 on non-hepatic applications // Ultraschall Med. 2011. V. 33. No. 1. P. 33-59. Doi: 10.1055/s-0031-1281676.

30. Сенча А.Н., Могутов М.С., Патрунов Ю.Н., Пеняева Э.И., Кашманова А.В., Сенча Е.А. Ультразвуковое исследование с использованием эхоконтрастных препаратов. М.: Видар, 2015. 144 с.

31. Staub D., Partovi S., Schinkel A.F., Coll B., Uthoff H., Aschwanden M., Jaeger K.A., Feinstein S.B. Correlation of carotid artery atherosclerotic lesion echogenicity and severity at standard US with intraplaque neovascularization detected at contrast-enhanced US // Radiology. 2011. V. 258. No. 2. P. 618-626. Doi: 10.1148/radiol.10101008.

32. Saito K., Nagatsuka K., Ishibashi-Ueda H., Watanabe A., Kannki H., Iihara K. Contrast-enhanced ultrasound for the evaluation of neovascularization in atherosclerotic carotid artery plaques // Stroke. 2014. V. 45. No. 10. P. 3073-3075. Doi: 10.1161/STROKEAHA.114.006483.

33. Rafailidis V., Pitoulias G., Kouskouras K., Rafailidis D. Contrast-enhanced ultrasonography of the carotids // Ultrasonography. 2015. V. 34. No. 4. P. 312-323. Doi: 10.14366/usg.15005.

34. Moreno P.R., Purushothaman K.R., Fuster V., Echeverri D., Truszczynska H., Sharma S.K., Badimon J.J., O’Connor W.N. Plaque neovascularization is increased in ruptured atherosclerotic lesions of human aorta: implications for plaque vulnerability // Circulation. 2004. V. 110. No. 14. P. 2032-2038.

35. Russell D. Can we identify the unstable carotid artery plaque? // Cerebrovasc. Dis. 2013. V. 35. Suppl. 2. P. 8-9.

36. Shah F., Balan P., Weinberg M., Reddy V., Neems R., Feinstein M., Dainauskas J., Meyer P., Goldin M., Feinstein S.B. Contrast-enhanced ultrasound imaging of atherosclerotic carotid plaque neovascularization: a new surrogate marker of atherosclerosis? // Vasc. Med. 2007. V. 12. No. 4. P. 291-297.

37. Huang P.T., Chen C.C., Aronow W.S., Wang X.T., Nair C.K., Xue N.Y., Shen X., Li S.Y., Huang F.G., Cosgrove D. Assessment of neovascularization within carotid plaques in patients with ischemic stroke // World J. Cardiol. 2010. V. 2. No. 4. P. 89-97. Doi: 10.4330/wjc.v2.i4.8938.

38. Hoogi A., Adam D., Hoffman A., Kerner H., Reisner S., Gaitini D. Carotid plaque vulnerability: quantification of neovascularization on contrastenhanced ultrasound with histopathologic correlation // AJR. 2011. V. 196. No. 2. P. 431-436. Doi: 10.2214/AJR.10.4522.

39. Shalhoub J., Monaco C., Owen D.R., Gauthier T., Thapar A., Leen E.L., Davies A.H. Late-phase contrast-enhanced ultrasound reflects biological features of instability in human carotid atherosclerosis // Stroke. 2011. V. 42. No. 12. P. 3634-3636. Doi: 10.1161/STROKEAHA.111.631200.