應(yīng)用速度向量成像技術(shù)評價(jià)糖尿病患者頸總動(dòng)脈斑塊處管壁彈性改變的研究

牛慧敏，薛紅元，劉欣，于明月，孫麗

論著·臨床

應(yīng)用速度向量成像技術(shù)評價(jià)糖尿病患者頸總動(dòng)脈斑塊處管壁彈性改變的研究

?；勖簦t元，劉欣，于明月，孫麗

目的應(yīng)用速度向量成像(VVI)技術(shù)評價(jià)糖尿病患者頸動(dòng)脈斑塊形成后血管管壁運(yùn)動(dòng)力學(xué)的改變。方法應(yīng)用速度向量成像技術(shù)對糖尿病頸總動(dòng)脈有斑塊者(糖尿病組，30例)及健康查體者(健康對照組，30例)進(jìn)行分析，比較2組長軸切面管壁的運(yùn)動(dòng)矢量圖、重建三維參數(shù)圖，計(jì)算其最大切向運(yùn)動(dòng)速度(Vs)、最大切向應(yīng)變(Smax)及最大切向應(yīng)變率(SRmax)。結(jié)果健康對照組長軸切向速度、應(yīng)變、應(yīng)變率曲線形態(tài)分別趨于一致；糖尿病組頸總動(dòng)脈斑塊處管壁切向速度、應(yīng)變、應(yīng)變率時(shí)間曲線變化大，峰值不定，變化無規(guī)律，部分斑塊處管壁各位點(diǎn)達(dá)峰時(shí)間不同步。糖尿病組頸動(dòng)脈Vs、Smax、SRmax[(15.22±11.50)×10-2cm/s、(2.66±1.01)%、(0.25±0.24)/s]，明顯低于健康對照組[(30.32±10.24)×10-2cm/s、(4.49±1.34)%、(0.62±0.34)/s](P<0.05)。斑塊肩部運(yùn)動(dòng)速度最大，纖維帽下方管壁運(yùn)動(dòng)速度最小，且上下游肩部管壁的應(yīng)變、變變率高于纖維帽下方處管壁(P<0.05)。結(jié)論糖尿病患者頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊部位管壁運(yùn)動(dòng)的不同步性，表明VVI可以量化評價(jià)已發(fā)生血管重構(gòu)的頸動(dòng)脈管壁運(yùn)動(dòng)及其斑塊穩(wěn)定性。

速度向量；糖尿?。活i動(dòng)脈；粥樣硬化斑塊

動(dòng)脈粥樣硬化是糖尿病常見的并發(fā)癥之一，流行病學(xué)調(diào)查及臨床研究顯示：大血管的動(dòng)脈粥樣硬化是2型糖尿病的主要死因[1]。當(dāng)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成后，血管可發(fā)生管壁重構(gòu)，血流動(dòng)力學(xué)發(fā)生改變。本研究旨在探討速度向量成像(VVI)技術(shù)對已發(fā)生血管重構(gòu)的動(dòng)脈管壁及斑塊的穩(wěn)定性進(jìn)行力學(xué)評價(jià)。

1 資料與方法

1.1 研究對象 2012年3月—2013年1月河北省人民醫(yī)院住院糖尿病患者30例為糖尿病組，均符合1999年WHO制訂的糖尿病診斷標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)頸動(dòng)脈超聲常規(guī)檢查，左側(cè)頸動(dòng)脈后壁均有斑塊形成。經(jīng)病史、實(shí)驗(yàn)室檢查及輔助檢查排除合并高血壓、腎臟疾病，甲狀腺疾病。糖尿病組男21例，女9例；年齡38～75(56.6±11.2)歲，空腹血糖8.3～17.2(13.8±2.0)mmol/L。隨機(jī)選取同期來我院檢查的30例健康體檢者為健康對照組，經(jīng)病史、體檢、心電圖、X線攝胸片、實(shí)驗(yàn)室檢查及超聲心動(dòng)圖檢查排除糖尿病、冠心病、高血壓、高血脂、甲狀腺疾病等，空腹血糖、餐后2小時(shí)血糖測值均在正常范圍。其中，男20例，女10例；年齡30～65(48.2±18.1)歲。2組性別、年齡比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性。

1.2 觀測方法 患者仰臥位，暴露頸部，連接心電圖，以二維灰階超聲( 西門子公司的Sequoia512超聲診斷儀, 探頭頻率為8.0～12.0MHz，其配備有VVI成像技術(shù)及脫機(jī)分析軟件)顯示左側(cè)頸動(dòng)脈。橫切顯示頸總動(dòng)脈全程，然后縱向掃查，依次檢查頸總動(dòng)脈、頸總動(dòng)脈分叉處直至頸內(nèi)動(dòng)脈和頸外動(dòng)脈，觀察血管內(nèi)膜中層，并測量其厚度，采集圖像。啟動(dòng)VVI模式后，以3beat狀態(tài)，于左側(cè)頸動(dòng)脈距分叉2.0 cm處，選取長軸切面的圖像，清晰顯示內(nèi)膜中層，采集連續(xù)二維動(dòng)態(tài)圖像，并儲存圖像。將圖像導(dǎo)入二維速度向量成像工作站，觀察所選部位血管運(yùn)動(dòng)；清晰顯示內(nèi)膜中層；沿血管后壁內(nèi)膜中層勾畫血管內(nèi)膜面，血管有斑塊者描記于斑塊下方血管中膜處，參照物置于同側(cè)動(dòng)脈管壁。運(yùn)行計(jì)算程序，動(dòng)態(tài)顯示頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊部位及健康對照組參考段血管切面血管管壁二維運(yùn)動(dòng)速度大小和方向變化可視化圖形。

1.3 觀測項(xiàng)目 (1)定性觀察：在速度向量模式下，觀察2組所選血管運(yùn)動(dòng)速度大小及方向變化；在應(yīng)變、應(yīng)變率成像模式下，對比2組參考段血管速度、應(yīng)變、應(yīng)變率成像，重建三維參數(shù)顯示圖，分析血管壁運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(2)定量分析：在應(yīng)變、應(yīng)變率模式下，分析2組血管壁各位點(diǎn)的速度、應(yīng)變、應(yīng)變率，測量各位點(diǎn)的收縮期及舒張期最大切向運(yùn)動(dòng)速度(Vs)、最大切向應(yīng)變(Smax)及最大切向應(yīng)變率(SRmax)。另取斑塊上、下游肩部與纖維帽下方管壁測量，分析比較各點(diǎn)速度、應(yīng)變、應(yīng)變率，并獲取其最大值。

2 結(jié) 果

2.1 健康對照組指標(biāo)變化

2.1.1 定性分析： 健康對照組頸總動(dòng)脈長軸切面管壁運(yùn)動(dòng)矢量圖顯示，頸動(dòng)脈管壁運(yùn)動(dòng)在每個(gè)心動(dòng)周期中呈規(guī)律的變化，各位點(diǎn)速度向量的方向、大小趨于一致。收縮期時(shí)，頸總動(dòng)脈管壁的速度曲線呈高聳的正向及負(fù)向速度峰值(Vs)；舒張期由于動(dòng)脈的彈性回縮，可見較小的正向或負(fù)向峰值。應(yīng)變曲線顯示，收縮期呈現(xiàn)正向應(yīng)變峰值(Smax)，舒張期呈現(xiàn)負(fù)向曲線。長軸應(yīng)變率曲線收縮期呈高聳的正向應(yīng)變率波峰(SRmax)舒張期則可見多個(gè)鋸齒狀負(fù)向波(圖1A，見封3)。重建三維參數(shù)圖像呈規(guī)律的波峰、波谷交替出現(xiàn)，且其峰值基本一致(圖1B，見封3)。

2.1.2 定量分析： 健康對照組頸動(dòng)脈長軸參考段切面的Vs值為 (30.32±10.24)×10-2cm/s，Smax值為 (4.49±1.34)%，SRmax值為(0.62±0.34)s-1。

2.2 糖尿病組指標(biāo)變化

2.2.1 定性分析： 斑塊下方血管壁二維動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)圖示，斑塊處管壁運(yùn)動(dòng)明顯不同步，方向不一致，速度大小差異大。其中斑塊肩部管壁運(yùn)動(dòng)速度最大，纖維帽下方管壁運(yùn)動(dòng)速度最小(圖2)。斑塊肩部處管壁切向速度、應(yīng)變、應(yīng)變率曲線變化多樣化，峰值不定，呈正向或反向改變，斑塊處管壁各位點(diǎn)達(dá)峰時(shí)間不同步，部分管壁存在延遲現(xiàn)象(圖3A，見封3)。重建三維速度、應(yīng)變、應(yīng)變率參數(shù)圖顯示：斑塊處血管壁波峰、波谷的幅度大小不一，局部出現(xiàn)舒張期運(yùn)動(dòng)速度降低和反向運(yùn)動(dòng)(圖3B，見封3)。

圖2 頸動(dòng)脈斑塊處管壁速度向量圖

2.2.2 定量分析： 糖尿病組參考段各點(diǎn)切向速度、應(yīng)變、應(yīng)變率峰值大小不一，Vs值為(15.22±11.50)×10-2cm/s，Smax值為(2.66±1.01)%，SRmax值為(0.25±0.24)s-1。斑塊上、下游肩部及纖維帽下方管壁各位點(diǎn)最大切向速度、最大切向應(yīng)變、最大切向應(yīng)變率如表1。

表1 糖尿病組斑塊上、下游肩部及纖維帽下方各項(xiàng)參數(shù)比較

注：與纖維帽下方比較，aP<0.05

2.3 組間指標(biāo)比較

2.3.1 定性分析： 健康對照組所研究的長軸切向速度、應(yīng)變、應(yīng)變率曲線形態(tài)分別趨于一致；而糖尿病組的長軸切向速度、應(yīng)變、應(yīng)變率曲線形態(tài)無規(guī)律，各位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)同步性差，舒張期、收縮期曲線變化無規(guī)律。

2.3.2 定量分析： 健康對照組Vs、Smax及SRmax均大于糖尿病組(P<0.05)。見表2。

表2 2組頸動(dòng)脈長軸后壁各項(xiàng)參數(shù)比較

注：與健康對照組比較，aP<0.05

3 討 論

糖尿病可以引起脂類代謝異常導(dǎo)致高脂血癥，進(jìn)而發(fā)展成為動(dòng)脈粥樣硬化，動(dòng)脈粥樣硬化是一種全身性疾病，而頸動(dòng)脈粥樣硬化程度不僅是反映全身血管動(dòng)脈硬化的 “窗口”[2]，更為重要的是頸動(dòng)脈斑塊表面的破裂、出血或形成的血栓與同側(cè)缺血性腦病的發(fā)生密切相關(guān)。VVI 技術(shù)就是通過對血管壁結(jié)構(gòu)力學(xué)進(jìn)行分析, 直接顯示管壁各點(diǎn)在不同時(shí)間上的速度向量，檢測管壁的應(yīng)變及應(yīng)變率，來反映血管壁的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和斑塊的穩(wěn)定性[3，4]。

本研究中，與健康對照組比較，糖尿病組斑塊處頸動(dòng)脈管壁的軸切向速度、應(yīng)變、應(yīng)變率曲線形態(tài)無規(guī)律，各點(diǎn)曲線舒張期、收縮期變化雜亂，不同步。這是由于正常血管維持著運(yùn)動(dòng)方向與速度的同步性，以保證正常的收縮與血流的傳導(dǎo)。當(dāng)頸動(dòng)脈形成粥樣硬化斑塊后，血管發(fā)生重構(gòu)，管壁所受外力發(fā)生改變，從而導(dǎo)致管壁運(yùn)動(dòng)方向與速度的同步性受到破壞。這種同步性的破壞是血管壁因動(dòng)脈硬化發(fā)生重構(gòu)后最具破壞力的力學(xué)因子，它使完整的生物力學(xué)泵功能發(fā)生紊亂，在其近心端會(huì)造成壓力負(fù)荷等增加，在其遠(yuǎn)心端則造成彈性腔與脈動(dòng)流的內(nèi)環(huán)境發(fā)生變化[5]。

血流對斑塊各處作用力不同使得斑塊處血管壁各位點(diǎn)受力不同。斑塊上游區(qū)域?yàn)檠髁魉佥^快區(qū)域，上游管壁位點(diǎn)作用力處在正應(yīng)力和切應(yīng)力的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，斑塊中游為管腔最為偏心狹窄部位，最大流體流速出現(xiàn)于此處，管壁內(nèi)膜面附近流體速度梯度增大，切變率增大，此處剪切應(yīng)力最大。下游血流流經(jīng)斑塊頂部后是血流再循環(huán)區(qū)域，其附近血流形成湍流，形成流動(dòng)分離流場，產(chǎn)生逆向壓力梯度[6]。糖尿病所引發(fā)的高血壓、高血脂、胰島素抵抗和高尿酸血癥等多種物質(zhì)代謝異常導(dǎo)致血液黏度改變，加之血液中脂質(zhì)沉積、血小板的沉積及附著，使得血液流經(jīng)血管時(shí)對管壁的壓力發(fā)生改變。施加于斑塊的作用力包括血壓產(chǎn)生的壓力和血流流動(dòng)產(chǎn)生的切應(yīng)力、正應(yīng)力。較高的血壓使斑塊所處的血管發(fā)生痙攣或擴(kuò)張，較高的脈壓可使管壁產(chǎn)生較大幅度的位移。另外血管管壁因受力產(chǎn)生形變，其各點(diǎn)處產(chǎn)生形變程度不同，可使斑塊受到扭轉(zhuǎn)或擠壓力增大，斑塊肩頂部受力面不平衡，產(chǎn)生扭矩[7]。而斑塊破裂經(jīng)證實(shí)是在內(nèi)在屬性及外力的共同作用下，纖維帽發(fā)生參數(shù)共振劇烈彎曲變形所致[8]。

本研究顯示，糖尿病組的斑塊處管壁的各位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)也不盡相同：斑塊纖維帽下方管壁運(yùn)動(dòng)速度最小，肩部管壁運(yùn)動(dòng)速度最大，運(yùn)動(dòng)方向也明顯不同步。斑塊肩部處管壁的切向速度、應(yīng)變、應(yīng)變率曲線變化多樣，其峰值大小不同或方向相反，部分管壁位點(diǎn)的達(dá)峰時(shí)間不同，存在延遲現(xiàn)象。斑塊處管壁運(yùn)動(dòng)發(fā)生改變的原因除了上述血流對斑塊處管壁作用力不同外，還可能與斑塊形態(tài)不規(guī)則、其內(nèi)部組成成分有差異有關(guān)[9]。

斑塊形態(tài)的不規(guī)則、各處薄厚程度的不同使管壁受到作用力大小、方向均發(fā)生變化。如此，斑塊同一層面處管壁各處位點(diǎn)的剛性不同，其運(yùn)動(dòng)合力中心偏移，使得上下游兩肩部力矩不對稱，兩處應(yīng)力出現(xiàn)差異。斑塊肩部所處部位管壁的應(yīng)變及應(yīng)變率均大于斑塊頂部所處管壁，說明斑塊肩部變形更為明顯，更易破潰。斑塊頂部下方管壁的應(yīng)變及應(yīng)變力最小，說明其受力最小，力學(xué)狀態(tài)最為穩(wěn)定，與王宇等[10]的研究結(jié)果一致。根據(jù)斑塊的組成成分不同，可分為軟斑塊和硬斑塊。硬斑塊纖維和鈣質(zhì)成分多，脂質(zhì)成分含量少，穩(wěn)定性好，對外力抵抗作用強(qiáng)；而軟斑塊脂質(zhì)成分含量高，脂質(zhì)具有可流動(dòng)性，受外力作用時(shí)斑塊易壓縮、扭曲、變形，這使得血管壁的彈性和舒縮協(xié)調(diào)性較硬斑塊更為不同。由于軟斑塊變形能力高于硬斑塊，也是其容易破裂原因之一，所以從生物力學(xué)的角度上，軟斑塊更為不穩(wěn)定。 綜上所述，糖尿病有斑塊血管與正常血管管壁所受的應(yīng)力、應(yīng)變力不同，反映出血管彈性有明顯差異，而動(dòng)脈硬化斑塊肩部與纖維帽下方處管壁的應(yīng)變、應(yīng)變力的不同容易導(dǎo)致斑塊的破裂、脫落。

VVI技術(shù)能對血管壁進(jìn)行直觀的、量化的力學(xué)分析；對血流動(dòng)力與粥樣硬化斑塊受力之間的關(guān)系進(jìn)行探討，成為對血管壁的彈性狀態(tài)及斑塊穩(wěn)定性進(jìn)行判定的有力方法。

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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

河北省醫(yī)學(xué)科學(xué)研究重點(diǎn)課題計(jì)劃(No.20120205)

050031 石家莊，河北省人民醫(yī)院功能科

薛紅元，E-mail:hbghgongnengke@126.com

10.3969 / j.issn.1671-6450.2014.09.013

2014-01-14)