速度向量成像技术在心血管疾病的应用

刘瑞瑛++陈冬冬++李虹++李自成

摘 要：超声像素的空间相干、边界追踪及斑点追踪等技术与速度向量成像技术相结合，可以准确的追踪心肌运动。对心肌组织在多个平面运动的结构力学进行定量分析，也能对身体各大动脉的血管内膜力学特点、管壁功能状态及粥样硬化斑块稳定性进行检测，在临床心血管检查中扮演着越来越重要的角色。在临床上主要用于冠心病、心力衰竭、高血压、心肌病、心律失常、糖尿病心肌病和药物性心肌损伤等心血管疾病的检查。本文将对速度向量成像技术在临床心血管疾病检查中的应用作一简单综述。

关键词：速度向量成像 心血管 临床检查

中图分类号：R445 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（a）-0059-03

速度向量成像技术（Velocity Vector Imaging，VVI）是近期出现的分析局部心肌功能、研究心肌力学的新技术。它可以通过超声像素的空间相干、斑点追踪及边界追踪等技术，准确追踪心肌运动，对心肌组织在多个平面运动的结构力学进行定量分析。通过采集原始二维图像获得空间相位信息，通过连续自动方式追踪相邻两帧图像的位置变化情况，避免多普勒的角度依赖性，从而检测心肌多个方向的运动。VVI因同时具有不受超声帧频、信号噪声、呼吸、心脏及血管搏动等因素影响的优势，能更准确地反映心肌的运动特征[1]。

1 VVI在评估血管方面的应用

血管病变不仅可以改变血流动力学及血管壁形态，也会改变血管壁的机械特性。近年来的血管病研究热点之一，就是通过评价机械特性反映血管病变。正常人血管的力学性质主要由胶原纤维、弹性纤维和平滑肌纤维的性质、含量及空间构型决定。VVI由于其具有全方位地研究组织各个方向的运动及形变情况，并能根据描记点跟踪血管内膜，自动确定向心运动的中心，提高检测可重复性，为全面评估血管粥样硬化斑块稳定性、管壁功能状态及内膜力学特点等提供科学有效的方法。

1.1 在颈动脉中的应用

1.1.1 正常人颈动脉的力学特点的研究

王宇等[2]应用VVI对正常人颈总动脉管壁长轴进行测量，结果显示正常人颈总动脉管壁长轴在应变、应变率及方向运动速度的特点，发现正常人颈总动脉前壁与后壁长轴应变、应变率、方向运动速度比较无明显差异。白冰等[3] 应用VVI对正常人颈总动脉短轴方向管壁运动和弹性参数特点及其与影响因素间的关系进行分析，发现各侧壁的弹性相关参数差异无统计学意义；运动相关参数外侧壁和前壁明显高于后壁和内侧壁。年龄及内-中膜厚度与部分弹性参数及部分运动参数呈负相关。两项研究为进一步研究颈总动脉病变提供了科学的对比依据。

1.1.2 研究动脉粥样硬化及评估动脉粥样硬化斑块

许多研究结果表明动脉粥样硬化（AS）是一种全身性疾病，它脑血管病、冠心病的发生存在着密切关系。心脑血管危险事件可通过早期检测颈动脉的结构及功能预见。VVI可以通过检测动脉壁的应变、速度及应变率来反应血管壁的机械力学特性，即心脏泵血后动脉壁的形变能力，早期评价全身血管脉粥样硬化程度及血管功能变化。孙晖等[4]研究发现冠状动脉粥样硬化性心脏病组患者颈总动脉管壁周向收缩期峰值和纵向收缩期峰值的应变率均较低于对照组受检者，即颈总动脉管壁形变能力减弱，弹性降低。王志蕴等[5]发现冠心病组颈动脉内中膜厚度（IMT）高于正常组，而冠心病无斑块部位收缩期径向最大运动速度则低于正常对照组，表明VVI技术可用于早期检测颈动脉粥样硬化。

1.2 在其他部位血管的应用

1.2.1 升主动脉

王蕾等[6]用VVI技术评估原发性高血压患者的升主动脉壁运动特性发现原发性高血压患者舒张期E波速度、收缩期S波、应变、应变率都小于正常组，并且与正常组相比升主动脉长轴前壁各点收缩期S波达峰时间提前，这表明VVI技术能够准确、直观地显示升主动脉管壁的运动协调特性，可以为临床了解高血压患者的大动脉弹性异常提供具体依据。

1.2.2 足背动脉

陈明等[7]应用VVI研究2型糖尿病患者足背动脉的管壁长轴方向应变、运动速度及应变率，发现与正常人相比糖尿病足背动脉无形态改变组患者足背动脉常规超声检测指标（收缩期内径和收缩末期峰值流速、IMT）无显著性差异，但与正常人相比VVI检测指标（应变、应变率、最大速度）显著减低，说明VVI技术可在动脉早期未发生形态学改变时提示血管功能病变。

1.2.3 股动脉

罗玉群等[8]利用VVI技术评价兔挫伤股动脉管壁短轴方向应变、应变率，发现与对照组相比动脉挫伤组损伤段股浅动脉各时间点最大切向应变均低于对照组，且最大切向应变随着时间延长产生递增趋势，这说明挫伤血管运动形变能力降低，并且随时间延长而改变。VVI技术可准确反映血管壁运动能力的异常改变，反映动脉损伤。

2 VVI在心脏疾病中的应用

2.1 在冠状动脉粥样硬化性心脏病的应用

2.1.1 评价心肌局部运动功能

冠心病患者供血冠状动脉狭窄的节段由于产生不同程度的心肌缺血情况，从而引发节段性室壁运动异常。通常通过二维灰阶显像进行肉眼观察和评价研究心肌局部室壁运动异常，受观察者容易受熟练程度及经验水平等因素的影响。李赵欢等[9]利用速度向量成像技术对梗死心肌和缺血心肌长轴运动发现正常心肌前壁和前间隔的纵向收缩期峰值速度和峰值位移从基底段向心尖段递减，梗死心肌各个节段的各项指标较正常心肌和缺血心肌减低，应变和应变率减低更明显，缺血心肌仅前壁基底段和中间段的应变显著低于正常心肌，提示应用VVI技术不仅可以作为一种无创、客观评价局部心肌功能的新方法用于冠心病的早期诊断，还能区分冠心病患者梗死节段的局部心肌收缩功能异常。

2.1.2 评价心肌整体运动功能

1957年Torrent-Guasp提出一新的心脏解剖概念—心肌带，提出整个心脏的心肌纤维被延展、分离后出现一条起点为肺动脉根部，终点为主动脉根部的带状形态，从空间上看，通过缠绕形成心底环和心尖环。心尖环的心肌纤维呈现斜向走行，心底环的心肌纤维呈现横向走行，由心底向心尖的走行称为降段，由心尖向心底的走行称为升段，降段与升段的肌纤维斜向方向相反，宏观上形成螺旋状的心脏解剖结构。从微观上看，心内膜下心肌纤维呈现右手螺旋状走行，心外膜下心肌纤维呈现左手螺旋状走行，这二者几乎垂直。因此在心动周期中，随着心底环和心尖环的松弛、收缩，左室产生解旋转、扭转运动。这表明心脏不但具有径向、圆周方向及纵向运动，同时还具有心脏的扭转运动。心脏的扭转运动形式与心功能有着密切关系，由于不受性别、心脏前后负荷及年龄别的影响，可以作为评定心功能的独立指标。VVI克服了传统多普勒存在的角度依赖性和帧频依赖性，可量化心肌旋转角度并显示心肌旋转速度。KnudtSon ML[10]利用VVI技术定量分析20例冠状动脉前降支急性缺血患者的左室扭转运动，研究发现心肌缺血早期舒张期的解旋和收缩期的扭转都下降，在重度缺血时，会出现消失以及等容舒张期反向解旋或射血期的扭转受限的下降。利用VVI技术对心肌扭转功能的评价可以为临床提供一种全新的诊断方法。endprint

2.2 在高血压病的应用

高血压是最常见的心血管疾病，早期整体心功能未发生明显变化时，由于局部心肌舒缩功能已发生异常，常发生血压升高会引起左心室重构现象。因此，预防和逆转心脏重构、降低高血压心脏危害及防止严重并发症重要的方式，就是早期无创检测高血压患者局部心功能。刘海涛等[11]对原发性高血压患者左心室舒缩功能早期变化进行测量发现向心性重构高血压患者组局部心肌收缩期峰值应变、应变率及舒张早期局部心肌应变率均低于正常组和正常构型高血压患者组，向心性重构高血压患者组舒张早期局部心肌应变率低于正常构型高血压患者组，表明VVI技术可以定量评价左心室的局部功能，发现早期高血压患者局部心肌的舒张及收缩功能障碍，高血压患者心功能的较早期改变可能石油舒张早期局部心肌应变率减低引起的。杨丽玲等[12]通过研究发现高血压病组左室解旋速度峰值增大，解旋速度达峰时间延迟，等容舒张期解旋百分比下降，提示VVI技术可以对高血压病患者的心功能变化进行早期敏感评估。研究结果显示，高血压患者不仅有左心室功能改变，早期也可出现左心房功能及构型变化，VVI技术通过直观准确评价左心房运动特性，可以为临床探讨高血压患者左心房舒张运动异常提供全新科学有效的方法[13]。

2.3 在慢性心力衰竭中的应用

慢性心力衰竭患者会出现心肌收缩功能明显降低情况，主要表现在短轴和长轴方向都下降，同时心肌旋转运动也出现异常，导致心排出量降低。VVI技术能够同时显示局部和整体心肌运动力学改变，可从径向、环向和纵向上定量分析局部心肌运动随时间变化的力学改变，已达到评价心脏的收缩功能及同步性的目标。再同步化治疗（CRT）是目前治疗心力衰竭的有效方法，但疗效不佳的患者约有30%[14]，与同步化治疗只改善左室心肌纵向运动，而环向和径向运动没有得到改善有关，由于TDI具有角度依赖性，因此无法客观评价这一信息。Maxime Cannesson等[15]通过对接受同步化治疗的23例心衰患者和11例正常对照组进行研究，证实VVI量化研究心室不同步性可预测心脏再同步化治疗疗效，心肌不同步运动≥75ms其敏感度为85%，特异度为80%。因此，VVI可作为未来替代TDI作为评价CRT治疗疗效的新方法。

2.4 在心肌病的应用

心肌病是一类病因不明，具有心肌功能障碍的心肌疾病。扩张型心肌病的主要病理改变是变性及不同程度纤维化、非特异性心肌细胞肥大，出现心腔明显扩大、室壁变薄、心肌收缩力降低等现象。张晓娟等[16]应用VVI技术对15例扩张型心肌病患者及15例正常对照组左心室收缩功能研究，证实扩张型心肌病患者左室各节段应变及应变率明显低于正常组。肥厚型心肌病的特征主要是心室腔缩小，心肌纤维排列不对称性肥大紊乱，左室心肌不对称性肥厚。江鸿等[17]采用VVI技术对20例肥厚型心肌病患者左室心肌收缩期应变率的研究显示：与正常组对比，肥厚型心肌病组左室肥厚部位、非肥厚部位心肌各节段收缩期应变率均减低了。应用VVI技术，刘晓伟[18]对肥厚型心肌病患者心脏扭转运动进行初步分析，发现与正常人相比，肥厚型心肌病患者心脏整体扭转角度和速度要高，局部心肌圆周方向形变能力降低，下降明显的是心外膜下的心肌。由此说明VVI技术能准确、无创、客观地定量评价心肌病患者左室壁各节段收缩、扭转功能。

2.5 在心律失常的应用

方凌云等[19]应用VVI技术评价室性心律失常异位起搏点及其局部心肌运动协调性的研究发现，正常窦性心律时患者有协调的心肌组织速度向量运动，长度差不多，局部心肌组织速度向量异位起搏时收缩提前，比其他室壁明显要早，有不协调的局部心肌运动。VVI技术能对室性心律失常时异常起搏点部位和其局部心肌运动特征有直观反映，提供新的方法进行临床无创诊断室性心律失常、监测治疗和评价预后。多项研究亦证实VVI能够形象、直观并准确标测显性预激综合征患者旁道位置。王鸿等[20]通过VVI技术在胎儿心律失常诊断及治疗研究发现室上性心动过速发作时VVI速度向量示心肌运动向量幅度减低，发作持续48h的胎儿心肌运动向量幅度、应变及应变率与正常对照组对比均降低，提示VVI技术可实时动态分析胎儿心动过速时的快速心率，通过检测心律失常时胎儿心肌运动向量及应变与应变率改变解析胎儿心律失常。

2.6 在其他心脏疾病的应用

2.6.1 用于评价糖尿病心肌病

糖尿病以血糖升高为特点，并使心脏和全身血管受牵连，容易并发心血管疾病。自Rubler[21]首次提出糖尿病心肌病（DCM）概念，随不断研究的深入，当前认为糖尿病心肌病与冠状动脉粥样硬化、高血压等没关系，是独立病变，心脏舒张功能不全和心肌顺应性降低为DCM早期表现，之后有收缩功能障碍，充血性心力衰竭则是晚期表现。因此早期发现糖尿病性心肌病左室舒张及收缩功能不全具有重要意义。Zhangrui Wei[22]应用VVI结合负荷超声对糖尿病大鼠的左室室壁运动进行研究，发现糖尿病组舒张期环向应变率和收缩期低于正常组。潘生丁负荷试验后糖尿病组所有VVI监测指标（收缩期和舒张期峰值速度、径向及圆周向应变、应变率）均明显下降，表明VVI可以检测出糖尿病早期潜在的局部心肌损害。秦静[23]对21例2型糖尿病患者及22例正常人的左室心肌运动改变，发现糖尿病组心肌各节段最大切向应变、应变率较对照组明显减低，表明VVI技术对2型糖尿病患者心肌运动功能进行评价。谢峰等[24]观察60名单纯成人隐匿性自身糖尿病（LADA）患者，发现与对照组比较，LADA组舒张期心肌速度和收缩期、舒张早期心肌应变、应变率及收缩期明显要低。VVI技术可对糖尿病者心肌舒张、收缩功能进行无创性定量分析，为糖尿病患者心肌运动功能异常早期评价提供了一种新的可靠的工具。

2.6.2 用于评价药物性心肌损伤

运用VVI评价阿霉素对兔早期心肌损害的研究表明阿霉素致兔早期心脏损害可导致左心室收缩不同步，纵向心肌运动速度、应变率均较正常组下降[25]。蒋映丰[26]研究表明VVI技术可评价蒽环类药物早期导致的心肌损害，比常规超声心电图更加敏感。因此，VVI可无创、有效地评价药物致早期左心室运动功能的变化。endprint

3 结语

VVI作为一种临床评价心脏、血管功能的新手段，具有无创、无角度依赖、可重复性好等特点，从径向、纵向、环向全面、准确、定量评价心肌和血管力学、结构改变，并能够在结构出现改变前早期发现血管、心肌功能变化。所以，VVI可作为临床早期诊断及治疗预后疗效的有效手段，在未来具有广阔应用前景。

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