应用速度向量成像技术评价糖尿病患者颈总动脉斑块处管壁弹性改变的研究

牛慧敏，薛红元，刘欣，于明月，孙丽

论著·临床

应用速度向量成像技术评价糖尿病患者颈总动脉斑块处管壁弹性改变的研究

牛慧敏，薛红元，刘欣，于明月，孙丽

目的应用速度向量成像(VVI)技术评价糖尿病患者颈动脉斑块形成后血管管壁运动力学的改变。方法应用速度向量成像技术对糖尿病颈总动脉有斑块者(糖尿病组，30例)及健康查体者(健康对照组，30例)进行分析，比较2组长轴切面管壁的运动矢量图、重建三维参数图，计算其最大切向运动速度(Vs)、最大切向应变(Smax)及最大切向应变率(SRmax)。结果健康对照组长轴切向速度、应变、应变率曲线形态分别趋于一致；糖尿病组颈总动脉斑块处管壁切向速度、应变、应变率时间曲线变化大，峰值不定，变化无规律，部分斑块处管壁各位点达峰时间不同步。糖尿病组颈动脉Vs、Smax、SRmax[(15.22±11.50)×10-2cm/s、(2.66±1.01)%、(0.25±0.24)/s]，明显低于健康对照组[(30.32±10.24)×10-2cm/s、(4.49±1.34)%、(0.62±0.34)/s](P<0.05)。斑块肩部运动速度最大，纤维帽下方管壁运动速度最小，且上下游肩部管壁的应变、变变率高于纤维帽下方处管壁(P<0.05)。结论糖尿病患者颈动脉粥样硬化斑块部位管壁运动的不同步性，表明VVI可以量化评价已发生血管重构的颈动脉管壁运动及其斑块稳定性。

速度向量；糖尿病；颈动脉；粥样硬化斑块

动脉粥样硬化是糖尿病常见的并发症之一，流行病学调查及临床研究显示：大血管的动脉粥样硬化是2型糖尿病的主要死因[1]。当动脉粥样硬化斑块形成后，血管可发生管壁重构，血流动力学发生改变。本研究旨在探讨速度向量成像(VVI)技术对已发生血管重构的动脉管壁及斑块的稳定性进行力学评价。

1 资料与方法

1.1 研究对象 2012年3月—2013年1月河北省人民医院住院糖尿病患者30例为糖尿病组，均符合1999年WHO制订的糖尿病诊断标准，经颈动脉超声常规检查，左侧颈动脉后壁均有斑块形成。经病史、实验室检查及辅助检查排除合并高血压、肾脏疾病，甲状腺疾病。糖尿病组男21例，女9例；年龄38～75(56.6±11.2)岁，空腹血糖8.3～17.2(13.8±2.0)mmol/L。随机选取同期来我院检查的30例健康体检者为健康对照组，经病史、体检、心电图、X线摄胸片、实验室检查及超声心动图检查排除糖尿病、冠心病、高血压、高血脂、甲状腺疾病等，空腹血糖、餐后2小时血糖测值均在正常范围。其中，男20例，女10例；年龄30～65(48.2±18.1)岁。2组性别、年龄比较差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。

1.2 观测方法 患者仰卧位，暴露颈部，连接心电图，以二维灰阶超声( 西门子公司的Sequoia512超声诊断仪, 探头频率为8.0～12.0MHz，其配备有VVI成像技术及脱机分析软件)显示左侧颈动脉。横切显示颈总动脉全程，然后纵向扫查，依次检查颈总动脉、颈总动脉分叉处直至颈内动脉和颈外动脉，观察血管内膜中层，并测量其厚度，采集图像。启动VVI模式后，以3beat状态，于左侧颈动脉距分叉2.0 cm处，选取长轴切面的图像，清晰显示内膜中层，采集连续二维动态图像，并储存图像。将图像导入二维速度向量成像工作站，观察所选部位血管运动；清晰显示内膜中层；沿血管后壁内膜中层勾画血管内膜面，血管有斑块者描记于斑块下方血管中膜处，参照物置于同侧动脉管壁。运行计算程序，动态显示颈动脉粥样硬化斑块部位及健康对照组参考段血管切面血管管壁二维运动速度大小和方向变化可视化图形。

1.3 观测项目 (1)定性观察：在速度向量模式下，观察2组所选血管运动速度大小及方向变化；在应变、应变率成像模式下，对比2组参考段血管速度、应变、应变率成像，重建三维参数显示图，分析血管壁运动状态。(2)定量分析：在应变、应变率模式下，分析2组血管壁各位点的速度、应变、应变率，测量各位点的收缩期及舒张期最大切向运动速度(Vs)、最大切向应变(Smax)及最大切向应变率(SRmax)。另取斑块上、下游肩部与纤维帽下方管壁测量，分析比较各点速度、应变、应变率，并获取其最大值。

2 结 果

2.1 健康对照组指标变化

2.1.1 定性分析： 健康对照组颈总动脉长轴切面管壁运动矢量图显示，颈动脉管壁运动在每个心动周期中呈规律的变化，各位点速度向量的方向、大小趋于一致。收缩期时，颈总动脉管壁的速度曲线呈高耸的正向及负向速度峰值(Vs)；舒张期由于动脉的弹性回缩，可见较小的正向或负向峰值。应变曲线显示，收缩期呈现正向应变峰值(Smax)，舒张期呈现负向曲线。长轴应变率曲线收缩期呈高耸的正向应变率波峰(SRmax)舒张期则可见多个锯齿状负向波(图1A，见封3)。重建三维参数图像呈规律的波峰、波谷交替出现，且其峰值基本一致(图1B，见封3)。

2.1.2 定量分析： 健康对照组颈动脉长轴参考段切面的Vs值为 (30.32±10.24)×10-2cm/s，Smax值为 (4.49±1.34)%，SRmax值为(0.62±0.34)s-1。

2.2 糖尿病组指标变化

2.2.1 定性分析： 斑块下方血管壁二维动态运动图示，斑块处管壁运动明显不同步，方向不一致，速度大小差异大。其中斑块肩部管壁运动速度最大，纤维帽下方管壁运动速度最小(图2)。斑块肩部处管壁切向速度、应变、应变率曲线变化多样化，峰值不定，呈正向或反向改变，斑块处管壁各位点达峰时间不同步，部分管壁存在延迟现象(图3A，见封3)。重建三维速度、应变、应变率参数图显示：斑块处血管壁波峰、波谷的幅度大小不一，局部出现舒张期运动速度降低和反向运动(图3B，见封3)。

图2 颈动脉斑块处管壁速度向量图

2.2.2 定量分析： 糖尿病组参考段各点切向速度、应变、应变率峰值大小不一，Vs值为(15.22±11.50)×10-2cm/s，Smax值为(2.66±1.01)%，SRmax值为(0.25±0.24)s-1。斑块上、下游肩部及纤维帽下方管壁各位点最大切向速度、最大切向应变、最大切向应变率如表1。

表1 糖尿病组斑块上、下游肩部及纤维帽下方各项参数比较

注：与纤维帽下方比较，aP<0.05

2.3 组间指标比较

2.3.1 定性分析： 健康对照组所研究的长轴切向速度、应变、应变率曲线形态分别趋于一致；而糖尿病组的长轴切向速度、应变、应变率曲线形态无规律，各位点运动同步性差，舒张期、收缩期曲线变化无规律。

2.3.2 定量分析： 健康对照组Vs、Smax及SRmax均大于糖尿病组(P<0.05)。见表2。

表2 2组颈动脉长轴后壁各项参数比较

注：与健康对照组比较，aP<0.05

3 讨 论

糖尿病可以引起脂类代谢异常导致高脂血症，进而发展成为动脉粥样硬化，动脉粥样硬化是一种全身性疾病，而颈动脉粥样硬化程度不仅是反映全身血管动脉硬化的 “窗口”[2]，更为重要的是颈动脉斑块表面的破裂、出血或形成的血栓与同侧缺血性脑病的发生密切相关。VVI 技术就是通过对血管壁结构力学进行分析, 直接显示管壁各点在不同时间上的速度向量，检测管壁的应变及应变率，来反映血管壁的运动状态和斑块的稳定性[3，4]。

本研究中，与健康对照组比较，糖尿病组斑块处颈动脉管壁的轴切向速度、应变、应变率曲线形态无规律，各点曲线舒张期、收缩期变化杂乱，不同步。这是由于正常血管维持着运动方向与速度的同步性，以保证正常的收缩与血流的传导。当颈动脉形成粥样硬化斑块后，血管发生重构，管壁所受外力发生改变，从而导致管壁运动方向与速度的同步性受到破坏。这种同步性的破坏是血管壁因动脉硬化发生重构后最具破坏力的力学因子，它使完整的生物力学泵功能发生紊乱，在其近心端会造成压力负荷等增加，在其远心端则造成弹性腔与脉动流的内环境发生变化[5]。

血流对斑块各处作用力不同使得斑块处血管壁各位点受力不同。斑块上游区域为血流流速较快区域，上游管壁位点作用力处在正应力和切应力的复杂应力状态，斑块中游为管腔最为偏心狭窄部位，最大流体流速出现于此处，管壁内膜面附近流体速度梯度增大，切变率增大，此处剪切应力最大。下游血流流经斑块顶部后是血流再循环区域，其附近血流形成湍流，形成流动分离流场，产生逆向压力梯度[6]。糖尿病所引发的高血压、高血脂、胰岛素抵抗和高尿酸血症等多种物质代谢异常导致血液黏度改变，加之血液中脂质沉积、血小板的沉积及附着，使得血液流经血管时对管壁的压力发生改变。施加于斑块的作用力包括血压产生的压力和血流流动产生的切应力、正应力。较高的血压使斑块所处的血管发生痉挛或扩张，较高的脉压可使管壁产生较大幅度的位移。另外血管管壁因受力产生形变，其各点处产生形变程度不同，可使斑块受到扭转或挤压力增大，斑块肩顶部受力面不平衡，产生扭矩[7]。而斑块破裂经证实是在内在属性及外力的共同作用下，纤维帽发生参数共振剧烈弯曲变形所致[8]。

本研究显示，糖尿病组的斑块处管壁的各位点运动也不尽相同：斑块纤维帽下方管壁运动速度最小，肩部管壁运动速度最大，运动方向也明显不同步。斑块肩部处管壁的切向速度、应变、应变率曲线变化多样，其峰值大小不同或方向相反，部分管壁位点的达峰时间不同，存在延迟现象。斑块处管壁运动发生改变的原因除了上述血流对斑块处管壁作用力不同外，还可能与斑块形态不规则、其内部组成成分有差异有关[9]。

斑块形态的不规则、各处薄厚程度的不同使管壁受到作用力大小、方向均发生变化。如此，斑块同一层面处管壁各处位点的刚性不同，其运动合力中心偏移，使得上下游两肩部力矩不对称，两处应力出现差异。斑块肩部所处部位管壁的应变及应变率均大于斑块顶部所处管壁，说明斑块肩部变形更为明显，更易破溃。斑块顶部下方管壁的应变及应变力最小，说明其受力最小，力学状态最为稳定，与王宇等[10]的研究结果一致。根据斑块的组成成分不同，可分为软斑块和硬斑块。硬斑块纤维和钙质成分多，脂质成分含量少，稳定性好，对外力抵抗作用强；而软斑块脂质成分含量高，脂质具有可流动性，受外力作用时斑块易压缩、扭曲、变形，这使得血管壁的弹性和舒缩协调性较硬斑块更为不同。由于软斑块变形能力高于硬斑块，也是其容易破裂原因之一，所以从生物力学的角度上，软斑块更为不稳定。 综上所述，糖尿病有斑块血管与正常血管管壁所受的应力、应变力不同，反映出血管弹性有明显差异，而动脉硬化斑块肩部与纤维帽下方处管壁的应变、应变力的不同容易导致斑块的破裂、脱落。

VVI技术能对血管壁进行直观的、量化的力学分析；对血流动力与粥样硬化斑块受力之间的关系进行探讨，成为对血管壁的弹性状态及斑块稳定性进行判定的有力方法。

1 胡月平.2型糖尿病性脑梗死患者颈动脉粥样硬化的临床观察[J].中国实用神经疾病杂志,2006,9(1):86-87.

2 程珍珍,王建华,丁桂春.2 型糖尿病患者颈动脉粥样硬化的超声评估和临床相关危险因素分析[J].中华医学超声杂志,2013，10 (6)： 465-469.

3 李杰，肖静.颈动脉的超声诊断现状及进展[J/CD].中华医学超声杂志：电子版,2010，7(5):742-746.

4 薛红元，孙丽，叶玉泉，等.速度向量成像技术评价冠心病心肌缺血患者节段心肌收缩功能的初步研究[J].疑难病杂志，2013，12(11)：825-827.

5 王志蕴.速度向量成像技术评价冠心病患者颈动脉粥样斑块力学特性的临床研究[D].济南：山东医科大学,2007.

6 岳文胜.颈动脉粥样硬化斑块上中下游短轴切面内膜位点的超声径向力学研究[J].中国医学影像技术，2008，24(9): 1389-1393.

7 Haga M, Chen A, Gortler D, et al.Shear stress and cyclic strain may suppress apoptosis in endothelial cells by different pathways[J].Endothelium, 2003,10(3):149-157.

8 马琳，苑丽, 阚艳敏，等.速度向量成像技术在评价脑梗死患者颈动脉斑块生物力学特性的初步研究[J].中国动脉硬化杂志，2013，21(8):751-754.

9 Hyun S, Kleinstreuer C, Archie JP Jr.Hemodynamics analyses of arterial expansions with implications to thrombosis and restenosis[J].Med Eng Phys, 2000, 22(1):13-27.

10 王宇，段云友，刘禧，等．速度向量成像技术评价颈总动脉粥样硬化斑块力学状态的研究[J]．中国超声医学杂志，2010，26(2)：145-147．

Applicationofvelocityvectorimagingtoevaluatechangesofwallelasticityofdiabeticpatientswithcarotidarteryplaque

NIUHuimin,XUEHongyuan,LIUXin,YUMingyue,SUNLi.

DepartmentofFunction,HebeiGeneralHospital,Shijiazhuang050031,China

XUEHongyuan,E-mail:hbghgongnengke@126.com

ObjectiveTo evaluate changes of vascular wall motion mechanics of diabetic patients with carotid plaques applying the velocity vector imaging (VVI).MethodsThe research applied VVI in diabetes group (patients with carotid artery plaque, 30 cases) and normal control group (30 cases) to make retrospective analysis, which analyzed the long axis plane wall motion vector graph, reconstructed the parameters of the ion of 3D graph, and computed its maximum tangential velocity (Vs), maximum tangential strain (Smax) and maximum tangential strain rate (SRmax).Vascular walls in upstream and downstream shoulders of the carotid artery plaque and beneath the fibrous cap were taken to measure the maximum tangential velocity (Vs), maximum tangential strain (Smax) and maximum tangential strain rate (SRmax).ResultsIn the diabetes group, the curve of tangential velocity, strain, and strain rate time of wall in carotid artery plaque changed significantly, while the peak changed irregularly, and the Smaxof wall sites were not synchronized; the Vs[(15.22±11.50)×102cm/s], Smax[(12.66±1.01)%] and SRmax[(0.25±0.24)/s] of carotid artery were significantly lower than the normal control group [(30.32±10.24)×10-2cm/s], Smax[(4.49±1.34)%] and SRmax[(0.62±0.34)/s](P<0.05). The velocity of walls in shoulder was the maximum, while the velocity of walls beneath the fibrous cap was the minimum, the strain and strain rate of wall in upstream and downstream shoulders of the carotid artery plaque was significantly higher than the ones beneath fibrous cap (P<0.05).ConclusionThe wall motion in carotid atherosclerotic plaques is asynchronous, VVI can be applied to evaluate the wall motion of carotid artery of diabetic patients with vascular remodeling and the stability of the plaques.

Velocity vector; Diabetes mellitus; Common carotid artery；Atherosclerotic plaque

河北省医学科学研究重点课题计划(No.20120205)

050031 石家庄，河北省人民医院功能科

薛红元，E-mail:hbghgongnengke@126.com

10.3969 / j.issn.1671-6450.2014.09.013

2014-01-14)