血流向量成像技術(shù)在心臟瓣膜病中的應(yīng)用進(jìn)展

孟令華 王 偉 王岳恒

心臟瓣膜病是指心臟一個或多個瓣膜因風(fēng)濕熱、黏液性變、退行性變、感染或創(chuàng)傷等導(dǎo)致的心臟疾病，其中風(fēng)濕熱是發(fā)展中國家瓣膜病的主要病因，退行性改變是發(fā)達(dá)國家瓣膜病的主要病因。該病進(jìn)展至末期可發(fā)展為心力衰竭。有學(xué)者［1］認(rèn)為心臟的解剖結(jié)構(gòu)、心肌運(yùn)動及心功能的改變與心腔內(nèi)渦流形態(tài)、位置等相關(guān)。因此，探究心腔內(nèi)血流動力學(xué)的早期改變對心臟疾病的診斷及療效預(yù)測至關(guān)重要［2］。血流向量成像（VFM）技術(shù)既可觀察心血管內(nèi)血流動力學(xué)的改變，又可評價心臟局部和整體的功能，本文就VFM在心臟瓣膜病中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。

一、心血管流體力學(xué)檢測方法

目前對于心血管血流動力學(xué)的研究方法主要有：超聲粒子圖像測速（PIV）、心臟磁共振（CMR）、計算機(jī)模擬（CFD）及VFM。PIV、CMR、CFD均有其不足之處：①PIV需對患者注射造影劑和跟蹤顆粒，屬有創(chuàng)操作，且不能準(zhǔn)確測量>60 cm/s的流速場［3］；②CMR不能提供足夠的空間和時間分辨率、掃描時間長，加之心血管內(nèi)與心血管外結(jié)構(gòu)之間并無充分的對比度，使評估室壁附近的血流變化存在困難；③CFD雖可提供足夠的時間和空間分辨率，但其可視化血流量通過公式計算獲得，對于疾病狀態(tài)下的渦流改變尚無研究。VFM既可以獲取與聲束平行方向上的血流流速，又可通過連續(xù)方程計算得出與聲束垂直方向上的血流速度，還具有安全、無創(chuàng)、便捷等優(yōu)點(diǎn)。VFM可以顯示出渦流的形成、分布、衍變，并衍生出量化指標(biāo)以反映心腔內(nèi)的流場信息（如渦流面積、循環(huán)、能量損耗、室壁剪切力等）。Uejima等［4］通過三維數(shù)字血流模擬技術(shù)首次證實了VFM技術(shù)的準(zhǔn)確性。Asami等［5］比較了立體粒子圖像測速儀獲取單個心動周期內(nèi)左室模型的三維速度圖與VFM測量數(shù)據(jù)，證實了VFM技術(shù)在三維左室血流流場中的診斷準(zhǔn)確性，為VFM技術(shù)診斷和預(yù)測疾病提供了理論依據(jù)。

二、心臟瓣膜病患者心腔內(nèi)流體力學(xué)改變

1.二尖瓣病變

心腔內(nèi)正常的流體力學(xué)改變受心臟結(jié)構(gòu)和功能的影響。正常人舒張早期和晚期在靠近二尖瓣環(huán)處形成兩個小漩渦，其中靠近前葉處渦流方向為逆時針，出現(xiàn)頻率高，較穩(wěn)定；后葉處渦流方向為順時針，偶爾出現(xiàn)，欠穩(wěn)定，此渦流有助于二尖瓣的關(guān)閉。當(dāng)風(fēng)濕性心臟病患者發(fā)生二尖瓣狹窄時，二尖瓣下流場均勻性變差［6］，且狹窄程度越重漩渦則越大越扁，其位置距二尖瓣環(huán)處越遠(yuǎn)，距左室中部越近［7］。有關(guān)二尖瓣關(guān)閉不全的實驗研究［8］發(fā)現(xiàn)，動物實驗犬不同程度二尖瓣反流時，二尖瓣前、后葉均可探及逆時針渦流，后葉渦流占據(jù)左室更大的空間，且隨著反流程度的加重，其能量損耗增加并降低了血流傳遞效率，進(jìn)而加重心力衰竭。當(dāng)臨床患者心力衰竭伴有不同程度功能性二尖瓣反流時，反流程度越重，則能量損耗越大。因此，VFM技術(shù)為功能性二尖瓣反流程度的評估提供了新指標(biāo)，并有望應(yīng)用于臨床［9］。

除正常瓣膜結(jié)構(gòu)改變可使心腔內(nèi)血流流場發(fā)生變化外，人工瓣膜的植入及瓣膜成形術(shù)也可使心腔內(nèi)正常渦流形態(tài)發(fā)生改變。當(dāng)射血分?jǐn)?shù)保留的患者進(jìn)行二尖瓣置換術(shù)后，無論是機(jī)械瓣還是生物瓣，其左室腔內(nèi)均產(chǎn)生逆時針方向運(yùn)動的渦流，與術(shù)前相比能量損耗均增大［10-11］。研究［13-14］發(fā)現(xiàn)雖然術(shù)后渦流大小、最大向量速度得到明顯改善，但人工機(jī)械瓣組的渦流大小及最大向量速度仍高于正常對照組，而人工生物瓣組則與正常對照組相似，進(jìn)一步說明人工生物瓣更接近正常瓣膜解剖功能。此外，二尖瓣人工機(jī)械瓣由于放置位置不同，也可產(chǎn)生形態(tài)不同的渦流，放置于解剖位置的瓣膜可產(chǎn)生順時針渦流，而放置于非解剖位置的瓣膜則產(chǎn)生逆時針渦流，并增加了心臟負(fù)擔(dān)［15］。與術(shù)前相比，射血分?jǐn)?shù)保留的患者二尖瓣成形術(shù)后其渦流方向未發(fā)生變化，仍為順時針方向［10］，能量損耗不變［10］或增加［11，16］。在射血分?jǐn)?shù)減少的患者中，由于射血分?jǐn)?shù)降低使左室的形態(tài)更接近球形，經(jīng)二尖瓣進(jìn)入左室的血流未與室間隔相撞，進(jìn)而形成接近正常方向的漩渦，故人工瓣膜置換組與瓣膜成形術(shù)組在血流模式上比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義［11］。因此，在人工瓣膜植入或瓣膜成形術(shù)患者中，由于手術(shù)方式、植入瓣膜的種類、位置、左室的功能狀態(tài)和心腔幾何形狀的不同，均可發(fā)生渦流形態(tài)的改變。由此可見，VFM技術(shù)既可評估瓣膜狹窄程度又可評估術(shù)后療效。

2.主動脈瓣病變

能量損耗的變化可反映心臟功能的改變［17］。對于射血分?jǐn)?shù)保留的主動脈瓣狹窄患者，能量損耗的改變早于射血分?jǐn)?shù)。研究［18］發(fā)現(xiàn)即使對照組與病例組射血分?jǐn)?shù)無明顯差異，病例組左室能量損耗隨狹窄程度的加重均不同程度增加，為更早發(fā)現(xiàn)左室收縮功能的改變提供新的角度［18］。另一方面，瓣膜狹窄程度越重，左室舒張功能受損也隨之加重，繼而導(dǎo)致舒張期左室能量損耗增加，研究［19］發(fā)現(xiàn)能量損耗在評價左室舒張功能方面較單獨(dú)測量的左室舒張早期最大血流速度更具優(yōu)勢。由此可見，能量損耗對于發(fā)現(xiàn)射血分?jǐn)?shù)保留的主動脈瓣狹窄患者心臟功能的早期變化具有重要的臨床指導(dǎo)價值。同時，能量損耗也可作為評估左室容量性負(fù)荷的指標(biāo)。研究［20］發(fā)現(xiàn)，無論是通過人工干預(yù)實驗?zāi)Ｐ腿鸬募毙灾鲃用}瓣關(guān)閉不全，還是臨床慢性主動脈瓣關(guān)閉不全的患者，其舒張期能量損耗的增加與主動脈瓣反流嚴(yán)重程度均呈正相關(guān)（均P<0.05）。另外，VFM技術(shù)還可作為評估主動脈瓣關(guān)閉不全嚴(yán)重程度新的量化方法，伴隨反流程度的加重，升主動脈逆流率與降主動脈逆流率均不斷增大，且升主動脈逆流率與反流束寬度、反流分?jǐn)?shù)及反流瓣口面積均有良好的相關(guān)性（r=0.932、0.929、0.891，均P<0.05）［21-22］，進(jìn)一步證實降主動脈逆流率對于評估主動脈瓣反流程度具有較高的敏感性和特異性［22］?？傊?，應(yīng)用VFM技術(shù)評估主動脈瓣病變程度具有較好的臨床應(yīng)用價值。

3.肺動脈瓣病變

Honda等［23］應(yīng)用VFM技術(shù)測量右室雙出口修復(fù)術(shù)后經(jīng)斷層掃描提示肺動脈瓣狹窄窄后擴(kuò)張的主肺動脈內(nèi)的渦流形態(tài)及能量損耗變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)肺動脈瓣狹窄窄后擴(kuò)張部分可見一較大渦流形成，且該處能量損耗增加；當(dāng)進(jìn)行肺動脈瓣成形聯(lián)合切開術(shù)后，主肺動脈內(nèi)徑變小，原有的渦流消失，能量損耗于收縮期顯著減小。由此認(rèn)為可將能量損耗應(yīng)用于評估肺動脈瓣狹窄后負(fù)荷的變化。同時，研究［24］發(fā)現(xiàn)法洛四聯(lián)癥患者進(jìn)行修補(bǔ)術(shù)后可引起不同程度的肺動脈瓣反流，其VFM定量參數(shù)肺動脈瓣反流率與CMR定量參數(shù)肺動脈瓣反流分?jǐn)?shù)具有強(qiáng)相關(guān)性（r=0.95，P<0.001），即肺動脈瓣反流程度越重，肺動脈瓣反流率則越大，并進(jìn)一步觀察到室間隔完整型肺動脈瓣閉鎖患者術(shù)后所引起的肺動脈瓣反流率同樣與肺動脈瓣反流分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)。由此可見，VFM技術(shù)可準(zhǔn)確定量分析先天性心臟病患者右室流出道梗阻修復(fù)術(shù)后引起的肺動脈瓣反流。Shibata等［25］首次將能量損耗作為法洛四聯(lián)癥修補(bǔ)術(shù)后肺動脈瓣反流或肺動脈瓣狹窄所致右室惡化的一個新的預(yù)測指標(biāo)，結(jié)果表明術(shù)后引起的肺動脈瓣狹窄或反流均可導(dǎo)致收縮期能量損耗的增加。

三、VFM技術(shù)的局限性和展望

盡管目前VFM技術(shù)應(yīng)用于不同疾病并取得了較好發(fā)展，但由于其圖像分析基于二維平面圖像，而心腔內(nèi)血流變化為三維流場狀態(tài)，因此該技術(shù)仍具有一定的局限性。綜上所述，VFM技術(shù)不但可以通過定性參數(shù)來發(fā)現(xiàn)病理狀態(tài)下心腔內(nèi)血流動力學(xué)的改變，還可通過定量參數(shù)進(jìn)行疾病的早期診斷和術(shù)后療效預(yù)測，相信未來該技術(shù)能夠更好地服務(wù)于臨床。