速度向量成像技术在心脏和血管病变中的应用进展

2021-01-06史建伟何文

世界最新医学信息文摘 2021年95期

史建伟，何文

(1.淮安市淮安医院超声科，江苏淮安 223200；2.首都医科大学附属北京天坛医院超声科，北京 100070)

0 引言

速度向量成像(velocity vector imaging，VVI)技术作为一种能够定量评价心肌及血管生物力学功能的超声成像方法，不受角度干扰，可以更全面、准确、敏感地反映心肌和血管壁运动规律及内在机械力学状态，在评价心脏功能、心脏再同步化治疗疗效和血管壁功能方面有独特的优势。现将其主要研究进展综述如下。

1 VVI 技术原理及特点

组织多普勒成像(tissue doppler imaging，TDI)及应变率成像(strain rate imaging，SRI)技术的出现使得超声对心肌功能的评价成为可能，从半定量到定量分析心肌的运动速度和局部心肌的应变、应变率[1]，但它们的影响因素多，不能观测径向运动和扭转运动，且有较大的角度依赖性，使得其结果的可靠性及重复性不佳。斑点追踪技术克服了角度依赖性，可对心肌运动进行多切面全方位评价，尤其是三维斑点追踪技术，结果更为可靠和准确，然而其对图像质量要求很高，且相对费时[2]。

VVI 技术是在斑点追踪基础上发展起来的一项新技术，通过斑点追踪、边界追踪、像素空间相干等技术，以声学采集方式自动获取、追踪斑点，采用最佳模式匹配技术和运用特殊的算法计算并以矢量方式显示局部心肌运动的速度、位移、应变、应变率等，并综合局部心肌的运动情况得到整体心肌的运动信息[3]，VVI 不仅能分析心肌的纵向运动，也可以得到径向，圆周和扭转运动的相关参数，全方位、定量分析心肌运动的力学特征[4]。VVI 技术还能描记、跟踪血管内膜，对血管壁运动力学进行分析。

VVI 技术的优点是操作简便、能得到大量详尽的心肌运动数据，更真实、全面、准确、灵敏地评价心肌生物学特性，重复性较好，可早期反映心肌功能情况，同样VVI 还可以评价血管壁的力学状态，对心脑血管病变的进行早期诊断。

2 VVI 技术在心脏中的应用

VVI 不仅能早期发现左心收缩和舒张功能改变，而且对右室功能、心房肌功能均可以进行评价，在心脏同步化治疗疗效评估中亦有很好的应用价值。

2.1 VVI 对左心功能的评价

张慷等[5]应用VVI 技术分析冠状动脉粥样硬化性心脏病单支血管病变患者左室各节段收缩期纵向峰值速度的变化，结果显示病变所在节段心肌的收缩期纵向峰值速度明显降低，VVI 可以定量评价单支血管病变冠心病患者左室收缩功能。黄李燕等[6]测量冠心病患者的左室各节段的收缩期峰值速度(Vs)、舒张期峰值速度(Ve)、应变(ε)和应变率(εR)，结果亦显示病变节段的心肌Ve、Vs 减小，ε 和εR 出现相应变化,VVI 能敏感地诊断心肌缺血。王雅芬等[7]对尿毒症患者血液透析前后左心室内，中，外层和全心肌纵向峰值收缩分层应变的结果进行研究。结果表明，eSie VVI 技术可以准确地评价尿毒症患者血液透析后左心室心肌收缩功能的变化。李华梅[8]用VVI 技术评价50 例射血分数正常的类风湿性关节炎患者左心室心肌收缩功能，结果显示病变组基底段、中间段和心尖段收缩期平均峰值速度显著降低，缩期平均峰值应变显著增高，VVI 有助于识别类风湿性关节炎患者早期心功能损害。刘泳等[9]对55 例左心室射血分数正常的主动脉瓣狭窄患者(分为主动脉瓣轻度狭窄组、中-重度狭窄组)及25 例健康对照组进行VVI 研究。结果显示主动脉瓣轻度狭窄组左心室整体收缩期纵向峰值应变(GLPSS)及其峰值应变率(GLPSSr)减低，而左心室整体收缩期径向峰值应变(GRPSS)及其峰值应变率(GRPSSr)无显著改变；主动脉中-重度狭窄组GLPSS、GLPSSr、GRPSS、GRPSSr 均明显减低；此4 个指标在中-重度狭窄组较轻度狭窄组均显著减低，差异有统计学意义。可见GLPSS、GLPSSr 能早期反映左心室功能损害，GRPSS、GRPSSr 能反映左室功能损害的加重和病情的进展。

2.2 VVI 对右心功能的评价

右室功能是研究的热点，传统超声心动图在右室功用评价上价值较小，而VVI 具有很大优势，高海叶等[10]对84 例肺动脉高压患者应用VVI 技术获得右心室整体应变、应变率、应变达峰时间标准分差、应变率达峰时间标准差，结果显示右心室应变达峰时间标准差与肺动脉收缩压呈正相关，与右心室整体应变、右心室整体应变率、右心室射血分数呈负相关。VVI 技术可实时、敏感地评估肺动脉高压患者的右心室收缩功能及同步性，与实时三维超声心动图有较好一致性。

李俊芳[11]应用速度向量成像技术评估阻塞性睡眠呼吸暂停综合征(OSAS)患者的右心功能发现病程早期首先出现右室游离壁心尖段应变(S-A)和应变率(SR-A)的减低，并随病情加重减低更为显著，RV-SRe、RV-SRe/RV-SRa 亦呈同样变化，右心室收缩期整体纵向峰值应变(RV-GLSs)、应变率(RVGLSRs) 和右室游离壁心尖段收缩期峰值应变(S-A)、应变率(SR-A)、右室舒张早期峰值应变率RV-SRe 与AHI 独立相关，可作为检测 OSAS 患者右心功能受损及疾病严重程度的独立指标。白莫日根等[12]研究结果显示肺动脉高压患者整体应变、整体应变率水平均显著降低，应变达峰时间标准差、应变率达峰时间标准差均显著延长；且GS、GSR 下降与病情严重程度相关。VVI 技术能更早的检测出右心室功能的异常并判断疾病的严重程度，为临床的早期诊治及疗效评估提供依据。

2.3 VVI 还可以简便、准确、定量评估心房肌功能

王璎瑛等[13]运用VVI 技术定量分析86 例老年健康志愿者左、右心房肌运动。结果显示左右心房肌的运动速度由房室环至心房顶部逐渐降低，右房游离壁应变率高于房间隔应变率，这与心房的实际运动相符。VVI 可以简便、准确、定量评估心房整体及局部功能，为临床评价心房功能提供新方法。欧阳秋芳等[14]使用VVI 技术分析不同分期慢性肾脏疾病(CKD)患者左室结构与功能、左房功能及同步性改变。结果显示CKD 组较正常对照组左心房收缩期峰值应变率(SR-s)和舒张早期应变率(SR-e)显著降低，左房肌6 节段纵向应变率达峰时间标准差(Tsr-SD)和左房肌6 节段任意二个节段应变率达峰时间最大差值(Tsr-Max)显著升高，且变化与病情相关；表明VVI 可用于早期评估CKD 患者左房功能及同步性改变。

2.4 VVI 在评价胎儿心功能时同样能提供客观、准确的信息

王连双等[15]应用VVI 技术分析妊娠期肝内胆汁淤积症(intrahepatic cholestasis，ICP)孕妇(依据母体血清总胆汁酸水平分为轻度组、重度组)胎儿的双心室参数，并与健康对照组对比，结果显示重度组胎儿右室各节段SRs、SRd、S 及Vd 较轻度组、对照组显著减低，认为上述指标可以早期提示重度ICP 孕妇胎儿右心局部功能异常的指标。

2.5 VVI 技术在评价心脏同步化治疗(cardiac resynchronization therapy，CRT)疗效中也显示了很好的临床价值[16]Helm 等[17]

研究发现心力衰竭和左束支传导阻滞犬的左室长轴同步性指标差异较大，其接受双心室或左心室心脏起搏再同步化治疗后左室短轴方向上不同步性明显改善，且与心功能恢复的相关性较好；通过纵向运动评估不同步性较不敏感，且取决于起搏模式。国建萍等[18]应用VVI 技术对17 例难治性心力衰竭的同步化治疗进行评估，左心室长轴12 节段速度达峰时间标准差有更好的预测价值，可用于评价心脏同步化状态及CRT 疗效。

吕文青等[19]应用VVI 技术评价心脏再同步化治疗(CRT)患者右室收缩功能以评估CRT 疗效，发现右室收缩期长轴峰值应变可作为最有效预测指标，右室收缩功能可作为CRT 效果的预测因子。

2.6 VVI 技术可用于室性心律紊乱患者心肌异常兴奋点起源部位的定位诊断以及评估局部心肌运动特征

方凌云等[20]对17 例室性心律失常患者行VVI 分析，结果显示正常窦性心律时心肌组织速度向量协调一致，异位起搏时局部心肌组织速度向量明显提前，且局部心肌运动速度(VE)显著大于正常心肌运动速度(VN)，异位起搏时相应心室最早和最迟心肌间的时间延迟(Tv-MXE)与正常窦性心律时的时间延迟(Tv-MXN)有显著差异。VVI 技术可直观反映室性心律失常时异常起搏点部位及其局部心肌运动特征，用于监测室性心律失常疗效和预后评价。王静等[21]应用VVI技术评价显性预激综合征患者的心室同步收缩特征，结果显示正常心脏收缩同步协调，速度向量基本一致，乳头肌水平各节段心肌收缩期径向速度达峰时间(TRV)、环向应变达峰时间(TCS)和收缩期纵向速度达峰时间(TLV)无显著差异；显性预激旁道患者的收缩早期心肌运动明显不协调，VVI 显示局部心肌出现提前收缩的轴向速度向量，而于收缩末期心室运动恢复协调，环向应变达峰值一致。7 例患者行心内电生理检查证实了VVI 标测结果。经射频消融治疗后，局部心肌提前收缩的速度向量消失，心脏恢复同步协调收缩。VVI 能直观地显示心肌在纵向、径向和环向上的运动特征，为临床评价心肌机械运动同步性、协调性。

3 VVI 在血管病变中的应用

3.1 正常颈动脉及颈动脉粥样硬化

颈动脉是全身动脉的窗口，早期发现和诊断颈动脉结构和功能的改变对预防和治疗心脑血管疾病有重要意义。VVI技术可对颈动脉不同位点进行定位，观察颈动脉管壁的形态及功能状态，全面评估血管内膜力学特点、管壁功能状态等，具有很大的临床价值，常用短轴四段法或六段法进行研究。谢君等[22]应用VVI 技术对20 例正常成人颈总动脉短轴分为六个侧壁进行观测，结果显示运动速度、应变及应变率曲线分布呈规则一致性变化, 6 个侧壁的Vmax、Smax 及SRmax 差异无统计学意义，说明VVI 技术能较好地反映正常成人颈总动脉弹性功能，进而反映心血管系统的功能状态。欧阳秋芳等[23]运用VVI 观察中度慢性肾脏病合并高血压患者(CKD组)、高血压患者(EH 组)与健康成人对照组的颈总动脉弹性和同步性，结果显示颈动脉的弹性指标前两组均较正常人出现显著改变且管壁运动的同步性差。VVI 技术可用于早期评估CKD 患者及高血压患者亚临床血管病变。

3.2 颈动脉粥样硬化斑块的评估

颈动脉弹性改变常早于内-中膜增厚、斑块形成等形态学改变，在冠状动脉粥样硬化性心脏病、缺血性脑梗死等心脑血管疾病中弹性改变与病情严重程度相关[24]。徐春霞等[25]使用VVI 技术研究冠心病患者颈动脉，发现冠心病组的颈总动脉收缩期短轴各位点Vmax、Smax 及SRmax 均小于正常组，颈动脉内中膜增厚的冠心病患者组各参数均小于颈动脉内中膜正常的冠心病患者组及正常对照组，说明VVI 技术可以用于评价颈动脉粥样硬化的严重程度并能为动脉粥样硬化相关疾病的早期诊断提供重要依据。徐凤等[26]应用VVI 技术对比分析急性脑卒中患者(急性卒中组)和健康对照组颈动脉短轴平均收缩期径向速度(RV)、圆周应变(CS)、圆周应变率(CSR)及收缩期径向位移(RD)，并与血脂、空腹血糖水平进行相关性分析，结果显示.实验急性卒中组双侧颈动脉RV1，GS，GSR，RD 均低于正常对照组；急性卒中组颈动脉短轴CS和RD 与甘油三酯、血糖、IMT 相关。说明脑卒中患者颈动脉弹性明显减低，这种改变与患者血脂、血糖偏高有关。王璐璐等[27]对50 例急性动脉粥样硬化性脑梗死(ACI 组)患者的56 个颈动脉斑块与40 例无脑血管病史对照组(NCD 组)的40 个斑块，从不同位点进行VVI 分析，结果显示ACI 组斑块近心端肩部Smax 和顶部Smax 小于NCD 组，说明VVI 可以定量检测斑块不同位点的应变和同步性，在一定程度上反映斑块易损性。多项研究证明了VVI 评价斑块稳定性的价值，动脉粥样硬化时斑块段内膜运动不同步，旋转角度与斑块的不稳定性密切相关[28]。

3.3 其他部位血管

同样VVI 技术可以反映升主动脉及降主动脉等大动脉的弹性变化及力学改变。曹丽等[29]应用VV1 技术评价2 型糖尿病大鼠腹主动脉粥样硬化发生、发展中血管壁弹牲功能的变化，结果显示VVI 能够较二维超声更早的发现大鼠腹主动脉管壁弹性的变化，有利于分析血管壁的运动功能。Kim 等[30]对14 只犬经食管超声心动图获得降主动脉短轴行VVI 分析，运用六段法分析节段组织胶原蛋白和弹性蛋白含量与其弹性特性的相关性，结果显示降主动脉的径向速度、位移和周向应变、应变率在年老犬组均显著低于年轻犬组，组织学定量显示，年老组的弹性蛋白水平与年轻组相比显著降低，而胶原蛋白水平显著升高；径向速度、周向应变与对应的主动脉壁胶原水平有显著的相关性。可见VVI 是量化分析降主动脉弹性的可行性方法，有显著的组织学相关性。

4 VVI 技术的局限性

首先VVI 技术对图像要求尽量清晰，尤其是心内膜边界的清晰勾画，这将直接影响分析结果。其次，帧频要求高，较低帧频可导致跟踪失相关及遗漏峰值观察。众所周知心脏的心肌力学功能表达是一个极其复杂的不断动态变化的生理现象，所以对心脏力学功能的评价就需要多个超声影像学参数进行综合评价，现有的研究多以心肌做功有效性来评价心脏功能不可避免的带有片面性和较多的不可控制因素。而在心肌做功中同样重要的时序性的问题，一直没有得到很好的解决。心脏力学的时空关联研究更是鲜有报道。