速度向量成像技術(shù)在心臟和血管病變中的應(yīng)用進(jìn)展

史建偉，何文

(1.淮安市淮安醫(yī)院超聲科，江蘇 淮安 223200；2.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院超聲科，北京 100070)

0 引言

速度向量成像(velocity vector imaging，VVI)技術(shù)作為一種能夠定量評(píng)價(jià)心肌及血管生物力學(xué)功能的超聲成像方法，不受角度干擾，可以更全面、準(zhǔn)確、敏感地反映心肌和血管壁運(yùn)動(dòng)規(guī)律及內(nèi)在機(jī)械力學(xué)狀態(tài)，在評(píng)價(jià)心臟功能、心臟再同步化治療療效和血管壁功能方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)將其主要研究進(jìn)展綜述如下。

1 VVI 技術(shù)原理及特點(diǎn)

組織多普勒成像(tissue doppler imaging，TDI)及應(yīng)變率成像(strain rate imaging，SRI)技術(shù)的出現(xiàn)使得超聲對(duì)心肌功能的評(píng)價(jià)成為可能，從半定量到定量分析心肌的運(yùn)動(dòng)速度和局部心肌的應(yīng)變、應(yīng)變率[1]，但它們的影響因素多，不能觀測(cè)徑向運(yùn)動(dòng)和扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且有較大的角度依賴性，使得其結(jié)果的可靠性及重復(fù)性不佳。斑點(diǎn)追蹤技術(shù)克服了角度依賴性，可對(duì)心肌運(yùn)動(dòng)進(jìn)行多切面全方位評(píng)價(jià)，尤其是三維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)，結(jié)果更為可靠和準(zhǔn)確，然而其對(duì)圖像質(zhì)量要求很高，且相對(duì)費(fèi)時(shí)[2]。

VVI 技術(shù)是在斑點(diǎn)追蹤基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，通過斑點(diǎn)追蹤、邊界追蹤、像素空間相干等技術(shù)，以聲學(xué)采集方式自動(dòng)獲取、追蹤斑點(diǎn)，采用最佳模式匹配技術(shù)和運(yùn)用特殊的算法計(jì)算并以矢量方式顯示局部心肌運(yùn)動(dòng)的速度、位移、應(yīng)變、應(yīng)變率等，并綜合局部心肌的運(yùn)動(dòng)情況得到整體心肌的運(yùn)動(dòng)信息[3]，VVI 不僅能分析心肌的縱向運(yùn)動(dòng)，也可以得到徑向，圓周和扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的相關(guān)參數(shù)，全方位、定量分析心肌運(yùn)動(dòng)的力學(xué)特征[4]。VVI 技術(shù)還能描記、跟蹤血管內(nèi)膜，對(duì)血管壁運(yùn)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析。

VVI 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便、能得到大量詳盡的心肌運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，更真實(shí)、全面、準(zhǔn)確、靈敏地評(píng)價(jià)心肌生物學(xué)特性，重復(fù)性較好，可早期反映心肌功能情況，同樣VVI 還可以評(píng)價(jià)血管壁的力學(xué)狀態(tài)，對(duì)心腦血管病變的進(jìn)行早期診斷。

2 VVI 技術(shù)在心臟中的應(yīng)用

VVI 不僅能早期發(fā)現(xiàn)左心收縮和舒張功能改變，而且對(duì)右室功能、心房肌功能均可以進(jìn)行評(píng)價(jià)，在心臟同步化治療療效評(píng)估中亦有很好的應(yīng)用價(jià)值。

2.1 VVI 對(duì)左心功能的評(píng)價(jià)

張慷等[5]應(yīng)用VVI 技術(shù)分析冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病單支血管病變患者左室各節(jié)段收縮期縱向峰值速度的變化，結(jié)果顯示病變所在節(jié)段心肌的收縮期縱向峰值速度明顯降低，VVI 可以定量評(píng)價(jià)單支血管病變冠心病患者左室收縮功能。黃李燕等[6]測(cè)量冠心病患者的左室各節(jié)段的收縮期峰值速度(Vs)、舒張期峰值速度(Ve)、應(yīng)變(ε)和應(yīng)變率(εR)，結(jié)果亦顯示病變節(jié)段的心肌Ve、Vs 減小，ε 和εR 出現(xiàn)相應(yīng)變化,VVI 能敏感地診斷心肌缺血。王雅芬等[7]對(duì)尿毒癥患者血液透析前后左心室內(nèi)，中，外層和全心肌縱向峰值收縮分層應(yīng)變的結(jié)果進(jìn)行研究。結(jié)果表明，eSie VVI 技術(shù)可以準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)尿毒癥患者血液透析后左心室心肌收縮功能的變化。李華梅[8]用VVI 技術(shù)評(píng)價(jià)50 例射血分?jǐn)?shù)正常的類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者左心室心肌收縮功能，結(jié)果顯示病變組基底段、中間段和心尖段收縮期平均峰值速度顯著降低，縮期平均峰值應(yīng)變顯著增高，VVI 有助于識(shí)別類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者早期心功能損害。劉泳等[9]對(duì)55 例左心室射血分?jǐn)?shù)正常的主動(dòng)脈瓣狹窄患者(分為主動(dòng)脈瓣輕度狹窄組、中-重度狹窄組)及25 例健康對(duì)照組進(jìn)行VVI 研究。結(jié)果顯示主動(dòng)脈瓣輕度狹窄組左心室整體收縮期縱向峰值應(yīng)變(GLPSS)及其峰值應(yīng)變率(GLPSSr)減低，而左心室整體收縮期徑向峰值應(yīng)變(GRPSS)及其峰值應(yīng)變率(GRPSSr)無顯著改變；主動(dòng)脈中-重度狹窄組GLPSS、GLPSSr、GRPSS、GRPSSr 均明顯減低；此4 個(gè)指標(biāo)在中-重度狹窄組較輕度狹窄組均顯著減低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義?？梢奊LPSS、GLPSSr 能早期反映左心室功能損害，GRPSS、GRPSSr 能反映左室功能損害的加重和病情的進(jìn)展。

2.2 VVI 對(duì)右心功能的評(píng)價(jià)

右室功能是研究的熱點(diǎn)，傳統(tǒng)超聲心動(dòng)圖在右室功用評(píng)價(jià)上價(jià)值較小，而VVI 具有很大優(yōu)勢(shì)，高海葉等[10]對(duì)84 例肺動(dòng)脈高壓患者應(yīng)用VVI 技術(shù)獲得右心室整體應(yīng)變、應(yīng)變率、應(yīng)變達(dá)峰時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)分差、應(yīng)變率達(dá)峰時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果顯示右心室應(yīng)變達(dá)峰時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差與肺動(dòng)脈收縮壓呈正相關(guān)，與右心室整體應(yīng)變、右心室整體應(yīng)變率、右心室射血分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)。VVI 技術(shù)可實(shí)時(shí)、敏感地評(píng)估肺動(dòng)脈高壓患者的右心室收縮功能及同步性，與實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖有較好一致性。

李俊芳[11]應(yīng)用速度向量成像技術(shù)評(píng)估阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征(OSAS)患者的右心功能發(fā)現(xiàn)病程早期首先出現(xiàn)右室游離壁心尖段應(yīng)變(S-A)和應(yīng)變率(SR-A)的減低，并隨病情加重減低更為顯著，RV-SRe、RV-SRe/RV-SRa 亦呈同樣變化，右心室收縮期整體縱向峰值應(yīng)變(RV-GLSs)、應(yīng)變率(RVGLSRs) 和右室游離壁心尖段收縮期峰值應(yīng)變(S-A)、應(yīng)變率(SR-A)、右室舒張?jiān)缙诜逯祽?yīng)變率RV-SRe 與AHI 獨(dú)立相關(guān)，可作為檢測(cè) OSAS 患者右心功能受損及疾病嚴(yán)重程度的獨(dú)立指標(biāo)。白莫日根等[12]研究結(jié)果顯示肺動(dòng)脈高壓患者整體應(yīng)變、整體應(yīng)變率水平均顯著降低，應(yīng)變達(dá)峰時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差、應(yīng)變率達(dá)峰時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差均顯著延長；且GS、GSR 下降與病情嚴(yán)重程度相關(guān)。VVI 技術(shù)能更早的檢測(cè)出右心室功能的異常并判斷疾病的嚴(yán)重程度，為臨床的早期診治及療效評(píng)估提供依據(jù)。

2.3 VVI 還可以簡便、準(zhǔn)確、定量評(píng)估心房肌功能

王瓔瑛等[13]運(yùn)用VVI 技術(shù)定量分析86 例老年健康志愿者左、右心房肌運(yùn)動(dòng)。結(jié)果顯示左右心房肌的運(yùn)動(dòng)速度由房室環(huán)至心房頂部逐漸降低，右房游離壁應(yīng)變率高于房間隔應(yīng)變率，這與心房的實(shí)際運(yùn)動(dòng)相符。VVI 可以簡便、準(zhǔn)確、定量評(píng)估心房整體及局部功能，為臨床評(píng)價(jià)心房功能提供新方法。歐陽秋芳等[14]使用VVI 技術(shù)分析不同分期慢性腎臟疾病(CKD)患者左室結(jié)構(gòu)與功能、左房功能及同步性改變。結(jié)果顯示CKD 組較正常對(duì)照組左心房收縮期峰值應(yīng)變率(SR-s)和舒張?jiān)缙趹?yīng)變率(SR-e)顯著降低，左房肌6 節(jié)段縱向應(yīng)變率達(dá)峰時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差(Tsr-SD)和左房肌6 節(jié)段任意二個(gè)節(jié)段應(yīng)變率達(dá)峰時(shí)間最大差值(Tsr-Max)顯著升高，且變化與病情相關(guān)；表明VVI 可用于早期評(píng)估CKD 患者左房功能及同步性改變。

2.4 VVI 在評(píng)價(jià)胎兒心功能時(shí)同樣能提供客觀、準(zhǔn)確的信息

王連雙等[15]應(yīng)用VVI 技術(shù)分析妊娠期肝內(nèi)膽汁淤積癥(intrahepatic cholestasis，ICP)孕婦(依據(jù)母體血清總膽汁酸水平分為輕度組、重度組)胎兒的雙心室參數(shù)，并與健康對(duì)照組對(duì)比，結(jié)果顯示重度組胎兒右室各節(jié)段SRs、SRd、S 及Vd 較輕度組、對(duì)照組顯著減低，認(rèn)為上述指標(biāo)可以早期提示重度ICP 孕婦胎兒右心局部功能異常的指標(biāo)。

2.5 VVI 技術(shù)在評(píng)價(jià)心臟同步化治療(cardiac resynchronization therapy，CRT)療效中也顯示了很好的臨床價(jià)值[16]Helm 等[17]

研究發(fā)現(xiàn)心力衰竭和左束支傳導(dǎo)阻滯犬的左室長軸同步性指標(biāo)差異較大，其接受雙心室或左心室心臟起搏再同步化治療后左室短軸方向上不同步性明顯改善，且與心功能恢復(fù)的相關(guān)性較好；通過縱向運(yùn)動(dòng)評(píng)估不同步性較不敏感，且取決于起搏模式。國建萍等[18]應(yīng)用VVI 技術(shù)對(duì)17 例難治性心力衰竭的同步化治療進(jìn)行評(píng)估，左心室長軸12 節(jié)段速度達(dá)峰時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差有更好的預(yù)測(cè)價(jià)值，可用于評(píng)價(jià)心臟同步化狀態(tài)及CRT 療效。

呂文青等[19]應(yīng)用VVI 技術(shù)評(píng)價(jià)心臟再同步化治療(CRT)患者右室收縮功能以評(píng)估CRT 療效，發(fā)現(xiàn)右室收縮期長軸峰值應(yīng)變可作為最有效預(yù)測(cè)指標(biāo)，右室收縮功能可作為CRT 效果的預(yù)測(cè)因子。

2.6 VVI 技術(shù)可用于室性心律紊亂患者心肌異常興奮點(diǎn)起源部位的定位診斷以及評(píng)估局部心肌運(yùn)動(dòng)特征

方凌云等[20]對(duì)17 例室性心律失常患者行VVI 分析，結(jié)果顯示正常竇性心律時(shí)心肌組織速度向量協(xié)調(diào)一致，異位起搏時(shí)局部心肌組織速度向量明顯提前，且局部心肌運(yùn)動(dòng)速度(VE)顯著大于正常心肌運(yùn)動(dòng)速度(VN)，異位起搏時(shí)相應(yīng)心室最早和最遲心肌間的時(shí)間延遲(Tv-MXE)與正常竇性心律時(shí)的時(shí)間延遲(Tv-MXN)有顯著差異。VVI 技術(shù)可直觀反映室性心律失常時(shí)異常起搏點(diǎn)部位及其局部心肌運(yùn)動(dòng)特征，用于監(jiān)測(cè)室性心律失常療效和預(yù)后評(píng)價(jià)。王靜等[21]應(yīng)用VVI技術(shù)評(píng)價(jià)顯性預(yù)激綜合征患者的心室同步收縮特征，結(jié)果顯示正常心臟收縮同步協(xié)調(diào)，速度向量基本一致，乳頭肌水平各節(jié)段心肌收縮期徑向速度達(dá)峰時(shí)間(TRV)、環(huán)向應(yīng)變達(dá)峰時(shí)間(TCS)和收縮期縱向速度達(dá)峰時(shí)間(TLV)無顯著差異；顯性預(yù)激旁道患者的收縮早期心肌運(yùn)動(dòng)明顯不協(xié)調(diào)，VVI 顯示局部心肌出現(xiàn)提前收縮的軸向速度向量，而于收縮末期心室運(yùn)動(dòng)恢復(fù)協(xié)調(diào)，環(huán)向應(yīng)變達(dá)峰值一致。7 例患者行心內(nèi)電生理檢查證實(shí)了VVI 標(biāo)測(cè)結(jié)果。經(jīng)射頻消融治療后，局部心肌提前收縮的速度向量消失，心臟恢復(fù)同步協(xié)調(diào)收縮。VVI 能直觀地顯示心肌在縱向、徑向和環(huán)向上的運(yùn)動(dòng)特征，為臨床評(píng)價(jià)心肌機(jī)械運(yùn)動(dòng)同步性、協(xié)調(diào)性。

3 VVI 在血管病變中的應(yīng)用

3.1 正常頸動(dòng)脈及頸動(dòng)脈粥樣硬化

頸動(dòng)脈是全身動(dòng)脈的窗口，早期發(fā)現(xiàn)和診斷頸動(dòng)脈結(jié)構(gòu)和功能的改變對(duì)預(yù)防和治療心腦血管疾病有重要意義。VVI技術(shù)可對(duì)頸動(dòng)脈不同位點(diǎn)進(jìn)行定位，觀察頸動(dòng)脈管壁的形態(tài)及功能狀態(tài)，全面評(píng)估血管內(nèi)膜力學(xué)特點(diǎn)、管壁功能狀態(tài)等，具有很大的臨床價(jià)值，常用短軸四段法或六段法進(jìn)行研究。謝君等[22]應(yīng)用VVI 技術(shù)對(duì)20 例正常成人頸總動(dòng)脈短軸分為六個(gè)側(cè)壁進(jìn)行觀測(cè)，結(jié)果顯示運(yùn)動(dòng)速度、應(yīng)變及應(yīng)變率曲線分布呈規(guī)則一致性變化, 6 個(gè)側(cè)壁的Vmax、Smax 及SRmax 差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明VVI 技術(shù)能較好地反映正常成人頸總動(dòng)脈彈性功能，進(jìn)而反映心血管系統(tǒng)的功能狀態(tài)。歐陽秋芳等[23]運(yùn)用VVI 觀察中度慢性腎臟病合并高血壓患者(CKD組)、高血壓患者(EH 組)與健康成人對(duì)照組的頸總動(dòng)脈彈性和同步性，結(jié)果顯示頸動(dòng)脈的彈性指標(biāo)前兩組均較正常人出現(xiàn)顯著改變且管壁運(yùn)動(dòng)的同步性差。VVI 技術(shù)可用于早期評(píng)估CKD 患者及高血壓患者亞臨床血管病變。

3.2 頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的評(píng)估

頸動(dòng)脈彈性改變常早于內(nèi)-中膜增厚、斑塊形成等形態(tài)學(xué)改變，在冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病、缺血性腦梗死等心腦血管疾病中彈性改變與病情嚴(yán)重程度相關(guān)[24]。徐春霞等[25]使用VVI 技術(shù)研究冠心病患者頸動(dòng)脈，發(fā)現(xiàn)冠心病組的頸總動(dòng)脈收縮期短軸各位點(diǎn)Vmax、Smax 及SRmax 均小于正常組，頸動(dòng)脈內(nèi)中膜增厚的冠心病患者組各參數(shù)均小于頸動(dòng)脈內(nèi)中膜正常的冠心病患者組及正常對(duì)照組，說明VVI 技術(shù)可以用于評(píng)價(jià)頸動(dòng)脈粥樣硬化的嚴(yán)重程度并能為動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)疾病的早期診斷提供重要依據(jù)。徐鳳等[26]應(yīng)用VVI 技術(shù)對(duì)比分析急性腦卒中患者(急性卒中組)和健康對(duì)照組頸動(dòng)脈短軸平均收縮期徑向速度(RV)、圓周應(yīng)變(CS)、圓周應(yīng)變率(CSR)及收縮期徑向位移(RD)，并與血脂、空腹血糖水平進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示.實(shí)驗(yàn)急性卒中組雙側(cè)頸動(dòng)脈RV1，GS，GSR，RD 均低于正常對(duì)照組；急性卒中組頸動(dòng)脈短軸CS和RD 與甘油三酯、血糖、IMT 相關(guān)。說明腦卒中患者頸動(dòng)脈彈性明顯減低，這種改變與患者血脂、血糖偏高有關(guān)。王璐璐等[27]對(duì)50 例急性動(dòng)脈粥樣硬化性腦梗死(ACI 組)患者的56 個(gè)頸動(dòng)脈斑塊與40 例無腦血管病史對(duì)照組(NCD 組)的40 個(gè)斑塊，從不同位點(diǎn)進(jìn)行VVI 分析，結(jié)果顯示ACI 組斑塊近心端肩部Smax 和頂部Smax 小于NCD 組，說明VVI 可以定量檢測(cè)斑塊不同位點(diǎn)的應(yīng)變和同步性，在一定程度上反映斑塊易損性。多項(xiàng)研究證明了VVI 評(píng)價(jià)斑塊穩(wěn)定性的價(jià)值，動(dòng)脈粥樣硬化時(shí)斑塊段內(nèi)膜運(yùn)動(dòng)不同步，旋轉(zhuǎn)角度與斑塊的不穩(wěn)定性密切相關(guān)[28]。

3.3 其他部位血管

同樣VVI 技術(shù)可以反映升主動(dòng)脈及降主動(dòng)脈等大動(dòng)脈的彈性變化及力學(xué)改變。曹麗等[29]應(yīng)用VV1 技術(shù)評(píng)價(jià)2 型糖尿病大鼠腹主動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生、發(fā)展中血管壁彈牲功能的變化，結(jié)果顯示VVI 能夠較二維超聲更早的發(fā)現(xiàn)大鼠腹主動(dòng)脈管壁彈性的變化，有利于分析血管壁的運(yùn)動(dòng)功能。Kim 等[30]對(duì)14 只犬經(jīng)食管超聲心動(dòng)圖獲得降主動(dòng)脈短軸行VVI 分析，運(yùn)用六段法分析節(jié)段組織膠原蛋白和彈性蛋白含量與其彈性特性的相關(guān)性，結(jié)果顯示降主動(dòng)脈的徑向速度、位移和周向應(yīng)變、應(yīng)變率在年老犬組均顯著低于年輕犬組，組織學(xué)定量顯示，年老組的彈性蛋白水平與年輕組相比顯著降低，而膠原蛋白水平顯著升高；徑向速度、周向應(yīng)變與對(duì)應(yīng)的主動(dòng)脈壁膠原水平有顯著的相關(guān)性?？梢奦VI 是量化分析降主動(dòng)脈彈性的可行性方法，有顯著的組織學(xué)相關(guān)性。

4 VVI 技術(shù)的局限性

首先VVI 技術(shù)對(duì)圖像要求盡量清晰，尤其是心內(nèi)膜邊界的清晰勾畫，這將直接影響分析結(jié)果。其次，幀頻要求高，較低幀頻可導(dǎo)致跟蹤失相關(guān)及遺漏峰值觀察。眾所周知心臟的心肌力學(xué)功能表達(dá)是一個(gè)極其復(fù)雜的不斷動(dòng)態(tài)變化的生理現(xiàn)象，所以對(duì)心臟力學(xué)功能的評(píng)價(jià)就需要多個(gè)超聲影像學(xué)參數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，現(xiàn)有的研究多以心肌做功有效性來評(píng)價(jià)心臟功能不可避免的帶有片面性和較多的不可控制因素。而在心肌做功中同樣重要的時(shí)序性的問題，一直沒有得到很好的解決。心臟力學(xué)的時(shí)空關(guān)聯(lián)研究更是鮮有報(bào)道。

5 VVI 技術(shù)運(yùn)用的展望

5.1 心臟方面

早期評(píng)價(jià)心肌運(yùn)動(dòng)及功能，發(fā)現(xiàn)早期的心臟功能改變，為臨床診療提供指導(dǎo)，特別是對(duì)心臟同步化治療等的療效進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，指導(dǎo)術(shù)后治療。

5.2 血管方面

進(jìn)一步評(píng)估動(dòng)脈粥樣硬化程度、預(yù)防心血管疾病，尤其在進(jìn)行血管內(nèi)超聲等血管介入臨床治療中，可為斑塊識(shí)別、支架精確植入提供重要依據(jù)。

5.3 心臟-血管偶聯(lián)

心臟結(jié)構(gòu)與功能和其涉及到的大動(dòng)脈、肌性小動(dòng)脈、毛細(xì)血管(內(nèi)皮功能)結(jié)構(gòu)與功能及植物神經(jīng)和中樞神經(jīng)功能之間有著密切關(guān)系。如何評(píng)價(jià)心臟與血管之間的相互作用，即心臟-血管偶聯(lián)，是臨床有待解決的問題，而 VVI 技術(shù)能有效地評(píng)價(jià)兩者并有望成為評(píng)價(jià)心臟-血管偶聯(lián)有效的手段[31]。

6 總結(jié)與展望

VVI 技術(shù)無角度依賴、重復(fù)性較好，無分析切面的局限，能定量分析心血管系統(tǒng)力學(xué)功能，方便、快捷、清晰的了解局部和整體心肌和血管功能異常，為臨床全面深入地研究心血管解剖與力學(xué)功能間的相互關(guān)系提供了全新的視角，具有廣闊的應(yīng)用前景。