血流向量成像技术对正常成人降主动脉峡部逆流的增龄性改变的研究

蔡宇燕，魏 薪，张晓玲，刘古月，唐 红(四川大学华西医院心内科，四川 成都 610041)

血流向量成像技术对正常成人降主动脉峡部逆流的增龄性改变的研究

蔡宇燕，魏 薪，张晓玲，刘古月，唐 红
(四川大学华西医院心内科，四川 成都 610041)

目的 应用血流向量成像技术(vector flow mapping，VFM)探讨正常成人降主动脉峡部舒张期逆流速度和逆流分数的增龄性改变特点。方法 选取健康志愿者94例，按年龄分为A组(18～39岁)30例、B组(40～59岁)35例和C组(≥60岁)29例。在VFM模式下采集胸骨上窝主动脉弓长轴切面彩色多普勒动态图像，应用DAS-RSI工作站脱机分析，测量降主动脉峡部舒张期逆流峰值速度(peak retrograde velocity，PRV)、收缩期正向流量(systolic forward flow，Fs)和舒张期负向流量(diastolic reverse flow，-Fd)以及逆流分数(retrograde fraction，RF)，分析其随增龄的变化规律。结果 所有受检者于舒张早期均观察到降主动脉峡部的逆流。A组降主动脉峡部舒张期逆流PRV、FS及降主动脉舒张期Fs高于B组，B组高于C组，差异均有统计学意义(P< 0.05)。B组降主动脉峡部逆流分数RF高于C组，差异有统计学意义(P< 0.05)；各组间-Fd比较，差异均无统计学意义(P> 0.05)。结论 年龄大于60岁的老年人其降主峡部逆流PRV和FR平均值较其他年龄组明显降低，这些血流动力学指标的改变可能为研究降主动脉相关疾病的发生提供理论基础。

血流向量成像技术；超声心动图；降主动脉峡部；逆流；增龄性改变

随着年龄增长，人体各脏器的生理功能出现一系列慢性、退行性变化导致机体适应能力、储备能力日趋下降，即衰老。主动脉弓作为主要的弯曲动脉，其结构形态、生理特点如内径、僵硬度及顺应性等均随年龄增加发生着一定的变化，尤其是降主动脉峡部，容易出现动脉粥样硬化斑块、B型夹层动脉瘤等病变[1]。峡部流场内的层流、涡流、逆流等诸力在动脉壁自身的衰变过程中起着重要作用。因此，研究降主动脉峡部血流流动状态以及相关参数随增龄的变化规律对进一步阐明血管疾病的发病机制有着重要意义。速度向量成像技术(vector flow mapping，VFM)基于彩色多普勒血流成像和二维斑点追踪[2，3]，可实现对心腔和血管内血流流场的可视化观察及定量研究。本研究应用VFM技术，分析正常成人降主动脉峡部舒张期的逆流相关参数以及其增龄性变化特点，为进一步研究主动脉弓疾病提供理论基础。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2015年1～12月于四川大学华西医院行超声心动图检查的健康志愿者94例，其中男42例，女52例，年龄18～82岁[(41.3±13.6)岁]；体表面积1.30～2.21m2[(1.61±0.19)m2]；心率58～105 bpm [(76.3±12.8)bpm]。所有健康志愿者经病史、体格检查、心电图、实验室检查及超声心动图检查排除心脏疾病。均签署知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 超声检查方法 ①图像采集使用HITACHI-ALOKA公司Prosound F75彩色多普勒超声诊断仪(UST-52105相控阵探头，频率1.0～5.0 MHz)，配备DAS-RS1 超声工作站(内置版本5.0的VFM分析软件)。嘱受检者平卧位，连接心电图，由同一名超声医生操作，所有受检者先行常规超声心动图检查，然后在VFM模式下，于胸骨上窝主动脉弓长轴切面采集彩色多普勒动态图像，帧频30帧/秒以上，调节彩色多普勒脉冲重复频率至分析区域刚好无混叠产生。图像深度以满意显示降主动脉以及左锁骨下开口为标准，储存连续3个心动周期图像。②常规超声心动图检查及数据测量测量左心室舒张末期内径(left ventricular end-diastolic diameter，LVEDD)、左心室收缩末期内径(left ventricular end-systolic diameter，LVESD)，应用Simpson双平面法测量左心室舒张末期容积(left ventricular end-diastolic volume，LVEDV)、左心室收缩末期容积(left ventricular end-systolic volume，LVESV)以及左心室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)。③图像分析将采集的图像导入离线工作站，进入VFM分析模式。选取左锁骨下动脉开口以远的降主动脉4～5cm，逐帧仔细勾画降主动脉内膜。将分析取样线放置于动脉韧带至左锁骨下动脉起始处连线水平以远1～2cm处(该区域对应降主动脉峡部范围[1])，获取降主动脉舒张期血流速度曲线(velocity profile)、时间流量曲线(time-flow curve)。记录该部位舒张期逆流峰值速度(peak retrograde velocity，PRV)、收缩期正向流量(systolic forward flow，Fs)和舒张期负向流量(diastolic reverse flow，-Fd)。根据公式RF=-Fd/FsX100%计算降主动脉逆流分数(retrograde fraction，RF)。

1.2.2 重复性检验 从研究对象里随机抽取30例VFM图像，观察者自身及观察者间一致性检验分别由同一名超声医师在2周后对该30例图像降主动脉峡部PRV、Fs、-Fd以及RF重复分析，并及计算和由另一名同资质超声医师对相同30例图像进行相同的分析计算。

1.3 统计学方法 采用SPSS 19.0软件进行统计学分析。计量资料以均数±标准差表示。正态检验采用shapiro-wilk检验，方差齐性检验采用Levene检验；组间差异性比较采用单因素方差分析。使用组内相关系数(interclass correlation coefficient，ICC)描述组内和组间观测值的变异性。P< 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 三组基本资料比较 各组均在降主动脉峡部观察到舒张早期不同程度的逆流。三组舒张早期逆流声像图，舒张期血流速度曲线及时间流量曲线见图1～3。

各组间BSA、心率、血压、LVEDD、LVESD、LVEDV、LVESV和LVEF比较，差异无统计学意义，见表1。

表1 各组一般资料的比较

图1 三组降主动脉峡部舒张早期逆流声像图 a：A组；b：B组；c：C组

图2 三组舒张期血流速度曲线a：A组；b：B组；c：C组

图3 三组时间流量曲线图a：A组；b：B组；c：C组

2.2 三组逆流参数的比较 A组降主动脉峡部舒张期逆流PRV和Fs高于B组，B组高于C组(P< 0.05)；各组间降主动脉峡部舒张期逆流-Fd差异无统计学意义；B组降主动脉峡部逆流分数RF明显高于C组，差异有统计学意义(P< 0.05)。见表2。

表2 各组降主动脉峡部逆流参数的比较

与B组比较，*P<0.05；**P<0.01;与C组比较，#P<0.05,##P<0.01

2.3 重复性检验结果 重复测量PRV、Fs、-Fd以及计算RF，ICC值0.912～0.963，表明检查者内及检查者间重复性好，见表3。

表3 降主动脉峡部逆流参数的重复性检验 (n=30)

3 讨论

升主动脉-主动脉弓-降主动脉是一段弯曲、分支的血管，降主动脉峡部前有心包膜覆盖，右有动脉导管退化形成的动脉韧带牵拉，左及后有脊柱阻碍，因此其振幅幅度受限，而使得此处成为血流冲击的着力点，血流在此改变方向，形成湍流，造成收缩期该区域血管壁受到较大应力，导致内皮细胞极易受到疲劳损伤[4]。诸多研究表明，降主动脉流场内收缩期和舒张期血流特征均与其解剖特点和病理生理有着密切关联[5，6]。Hashimoto等[6]通过研究发现降主动脉舒张期逆流与主动脉的僵硬度密切相关，前者对于高血压患者发生脑卒中的预测有着潜在意义。正常情况下，舒张期主动脉的逆流有利于冠状动脉的供血[7]。随着年龄的增加，主动脉壁弹力纤维逐渐变僵直、断裂、动脉壁弹性减退，主动脉中层局限性胶原纤维增厚、钙质沉着，导致主动脉内径增宽、僵硬度增大而顺应性降低[8]。主动脉结构的增龄性改变必然引起管壁内血流动力学的变化，而后者的改变也相应的影响主动脉的结构功能甚至引起主动脉相关疾病的发生。据统计，60%～70%的Stanford B型夹层动脉瘤，主要发生在降主动脉峡部，即动脉韧带(动脉导管退化形成)延长线附近[1，9]，同时，该区域也易形成动脉粥样硬化斑块[10]。因此，对降主动脉峡部血流动力学的增龄性改变的研究，有利于为进一步探讨相关疾病的发病机制提供理论基础。

本研究发现所有受检者均可观察到降主动脉峡部舒张早期的逆流。这与Svedlund等的研究结果一致[7]。舒张早期，由于室内压下降，主动脉与心室之间产生逆压梯度，因此主动脉内的血流向心室方向回流。降主动脉峡部的逆流集中在管壁小弯侧，舒张期逆流的峰值流速PRV以及Fs平均值在三个年龄组呈递减趋势，出现这种现象的原因可能主要在于流固耦合作用对血液流动具有较大影响。所谓流固耦合作用，是指血流-血管相互作用和生理脉动的作用。考虑流固耦合作用时，血流流动动能和血管弹性变形能力之间发生了能量转换，使得血液流动的速度减小。因此，该作用总体上降低了血液流动的速度[11]。主动脉管壁随增龄僵硬度增加、顺应性明显降低，因此年龄越大，主动脉的流固耦合作用对管腔内流体速度削减更为明显。降主动脉峡部逆流Fd-的变化在各组间均无统计学意义，而RF平均值在A组和B组之间(60岁以内的人群)差异无统计学意义，而在C组即年龄在60岁及以上的人群中出现了显著的降低。产生这一结果主要原因可能在于降主动脉峡部舒张期逆流的形成以及逆流量的改变不仅受主动脉管壁僵硬度、顺应性的影响，还与该处血管内径、受检者血压尤其是舒张压等有着密切联系。尽管随年龄增加，主动脉的生理特性，如内径、搏动幅度以及顺应性等特征在发生着相应的衰变，如主动脉内径增宽、搏动幅度和顺应性下降，但上述种种因素对降主动脉逆流的影响并非均增加或者降低逆流量，并且对其影响的程度也各不相同。因此，在诸多生理因素的影响下，降主动脉RF(60岁以下的人群)以及-Fd的变化规律并不显著。然而对于年龄在60岁以上的人群，大部分受检者主动脉搏动幅度、顺应性已有明显的降低，其对降主动脉峡部逆流的削弱作用较年轻受检者更为显著，从而出现了C组人群RF的显著降低。

根据上述降主动脉峡部血流动力学指标随年龄变化的特点，本研究推测降主动脉峡部PRV和RF在60岁及以上的人群中明显降低可能与该处易发生动脉粥样硬化、夹层动脉瘤等病变有一定的联系。由于降主动脉峡部逆流PRV和-Fd(>60岁)明显降低，而降低的流速和流量直接导致了主动脉管壁剪切力的降低。曾有多个研究表明，剪切力的减低使主动脉管壁易于形成动脉粥样硬化斑块，尽管机制尚未阐明，但一般认为，管壁剪切率减低，血液成分沿管壁停留时间延长，增加脂蛋白等血液成分在血管壁的沉积，并降低脂蛋白的清除[12，13]。同时，降主动脉峡部逆流速度和逆流量的降低，也使得该区域内皮细胞供氧不足而受到损伤[4]。内皮细胞的受损与动脉血管内的脂类沉积以及动脉粥样硬化的形成和发展有着重大的关系[14]。另外，也有研究表明，由于组织胚胎学上的特殊性，正常的降主动脉弓段管壁板层在不断变化的逆流速度和逆流量的脉冲循坏作用下，发生不稳定波动，易出现某些管壁畸形或者脆弱部位的应力集中，此集中应力的反复作用，又造成连接弹力板层超微结构的疲劳裂隙，使得主动脉管壁病变，抗侵蚀能力下降。而中膜弹力板层的分离，最终导致独立板层区的形成，这种分离可能是该区域II型夹层动脉瘤发生、发展的基础[4]。本研究所发现的降主动脉峡部PRV及RF在不同年龄阶段发生改变的情况，也解释了该区域血管壁受到的不断变化的脉冲循坏作用，说明主动脉的衰变本身和其血流动力学改变对降主动脉峡部的病变有着重要的影响。

通过对不同年龄阶段健康成人降主动脉峡部逆流特点的分析，本研究发现三组不同年龄组中，年龄较大者其降主动脉峡部PRV平均值较低，尤其对于60岁以上的老年人群其逆流FR也有着明显的降低，这些血流动力学指标的改变可能为研究降主动脉相关疾病的发生提供理论基础。

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Age-related changes of retrograde in descending aortic isthmus in normal adults detected by vector flow mapping

CAIYu-yan，WEIXin，ZHANGXiao-ling，LIUGu-yue,TANGHong△
(DepartmentofCardiology,WestChinaHospital,SichuanUniversity,Chengdu610041,China)

TANGHong

Objective To evaluate the changes of retrograde velocity and volume fraction with age in the descending thoracic aortic isthmus in normal adults by using vector flow mapping (VFM). Methods Ninety-four healthy subjects were divided into three groups according to age: 18～39 years (group A,n= 30), 40～59 years (group B,n= 35) and > 60 years (group C,n= 29). The echocardiography images acquiring were focused on the descending aorta by suprasternal view and VFM analysis were performed on the workstation to measure the peak retrograde velocity (PRV), systolic forward flow (Fs) and diastolic reverse flow (-Fd). The retrograde fraction (RF) was represented as ratio of -Fd to Fs. Results Retrograde in early diastole in descending aortic isthmus was observed in all subjects. The mean values of PRV and Fs in the group A were higher than that in the group B which were higher than that in the group C (P< 0.05). The -Fd showed a trend to decrease with age. However, it was not statistically significant. The difference in RF between the group B and the group C was statistically significant. Conclusion The PRV and RV of descending aortic isthmus in people older than 60 years are significantly decreased. Those age-related changes of hemodynamics in descending aortic isthmus may provide a theory basis for associated aortic diseases.

Vector flow mapping； Echocardiography； The descending aortic isthmus； Retrograde； Aging

R540.45

A

1672-6170(2016)05-0010-05

唐 红,女，硕士，主任医师，教授，硕士生导师。四川省学术和技术带头人。中国超声医学工程学会常务理事、超声心动图专业委员会副主任委员，中华医学会超声分会委员，中国医师协会心血管内科医师分会超声心动图委员会常委，中国医师协会超声医师分会委员、超声心动图委员会常委，四川医学会超声专业委员会主任委员，四川省医师协会超声医师分会会长，四川省超声医学工程学会副会长。研究方向：心血管超声。

2016-07-06)