超声向量血流成像在评估糖尿病患者颈动脉粥样硬化中的应用

周易，王珊，尹立雪*，曹旭

1.四川省医学科学院·四川省人民医院（电子科技大学附属医院）心血管超声及心功能科，超声心脏电生理学与生物力学四川省重点实验室，四川省心血管病临床医学研究中心（国家心血管疾病临床医学研究中心四川分中心），四川 成都 610072；2.四川省医学科学院·四川省人民医院（电子科技大学附属医院）内分泌科；四川 成都 610072；

血管病变是糖尿病患者的常见并发症之一，也是影响糖尿病预后的重要因素之一，其共同结局主要为动脉粥样硬化导致靶器官缺血缺氧，导致急性心肌梗死、脑卒中等心脑血管危急事件的发生[1]。动脉粥样硬化的发展进程主要表现为显微镜下的内膜增厚期、脂肪条纹期、病理性内膜增厚期、纤维斑块期，斑块破裂及其前期病变（即易损斑块）[2]。在动脉粥样硬化病理生理过程中血流动力学因素具有重要作用，其中局部血流动力学因素壁剪切力（wall shear stress，WSS）是最主要的影响因素之一[3]。超声向量血流成像（vector flow imaging，V-Flow）技术是一种崭新的血流成像技术，能实时显示血流的方向、流速及流线的变化，无角度依赖性，并可以直接计算出感兴趣区WSS，较传统超声测量更准确，操作更方便。目前少有运用V-Flow技术研究糖尿病患者血管病变的报道，本研究拟通过应用该技术观察糖尿病患者颈动脉内血流动力学状态，定量分析管腔内WSS分布，对比观察颈动脉不同粥样硬化程度下WSS的变化情况，为预测急性心肌梗死、脑卒中等心脑血管危急事件和早期临床干预提供一定价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性选取2019年4—6月在四川省人民医院确诊的糖尿病患者44例（88支血管），男22例，女22例，年龄30～71岁，平均（48.75±14.08）岁。同时选择2019年1—6月在本院体检结果未见明显异常的健康者15例作为对照，男10例，女5例，年龄33～61岁，平均（45.46±12.43）岁。本研究经本院医学伦理委员会批准[TJ-IRB（20220512）]。

糖尿病组纳入标准：符合《中国2型糖尿病防治指南（2020年版）》中的诊断标准[1]。排除标准：①排除糖尿病合并高血压但血压控制不佳、急性心脑血管系统疾病、严重心律失常、肝肾器质性疾病、内分泌代谢疾病及其他系统性疾病；②颈总动脉粥样硬化斑块致管腔重度狭窄，狭窄度约70%～99%的糖尿病患者；③颈总动脉粥样硬化斑块严重钙化，二维图像及彩色多普勒血流成像显示不清。

正常对照组纳入标准：年龄和性别与研究组相匹配的健康体检成人。排除标准：高血压、严重心脑血管疾病、肝肾器质性疾病、内分泌代谢疾病及其他系统性疾病。

分组标准：正常人内-中膜厚度（intima-media thickness，IMT）＜1.0 mm，1.0 mm≤IMT＜1.5 mm定义为IMT增厚；IMT≥1.5 mm，凸出于血管腔内或局限性增厚，并高于周边IMT的50%，定义为动脉粥样硬化斑块形成[4]。

糖尿病患者88支血管中，37支（42%）血管未发现IMT增厚和动脉粥样硬化斑块，为IMT正常组；23支（26%）血管仅发现颈总动脉分叉处和（或）中段IMT增厚，为IMT增厚组；28支（32%）血管发现颈总动脉分叉处和（或）中段粥样硬化斑块，为斑块组，其中18支（64.3%）血管分叉处粥样硬化斑块，6支（21.4%）血管分叉处和中段均发现粥样硬化斑块，4支（14.3%）血管仅中段粥样硬化斑块。

15例健康者（30支血管）颈总动脉彩超检查IMT＜1.0 mm，均未见明显粥样硬化斑块征象，为正常对照组。

1.2 仪器与方法

1.2.1 常规超声检查 应用迈瑞Resona7型彩色多普勒超声诊断仪，L9-3U线阵探头，频率3.0～9.0 MHz，增益调节保证图像信号显示清晰，清晰显示颈动脉管壁、斑块和周围组织。患者取平卧位，充分暴露颈部，沿颈总动脉由下向上进行纵向和横向扫查，观察颈动脉管壁是否光滑、IMT、斑块位置、大小、形态及回声特征。

1.2.2 V-Flow 同步连接心电图，采用V-Flow观察，首先选择颈总动脉中段最大纵切面，管腔与取样框垂直，嘱患者保持体位不移动、勿吞咽，保持探头1.5 s不移动采集图像，并依次观察颈总动脉中段和分叉处最大纵切面。采集后存储分析，测量双侧颈总动脉中段、分叉处WSS，分别选择颈总动脉中段和分叉处前、后壁3个感兴趣区进行测量，取平均值（颈总动脉分叉处和中段形成粥样硬化斑块时，均选择斑块对应区域进行测量）。测量颈总动脉粥样硬化斑块处WSS时，感兴趣区选择斑块上游肩部、顶部和下游肩部。本研究中WSS的测量分别由2名有经验的超声医师采用双盲法独立完成，第一次测量全部完成后，随机选择20例，4周后再由其中1名观察者进行第2次测量，评价观察者内及观察者间测量的一致性。

1.3 统计学方法 采用SPSS 21.0软件，符合正态分布的计量资料以±s表示，两组比较采用t检验；多组比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD-t检验。计数资料以例数或百分比表示，两组比较采用χ2检验，采用组内相关系数（ICC）评价观察者间的一致性。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料 糖尿病组体重指数明显高于正常对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇和糖化血红蛋白均高于正常对照组（P＜0.05，表1）。

表1 糖尿病组患者与正常对照组一般资料比较

2.2 WSS测量的重复性 2名观察者间测量位点WSS有较好的一致性（ICC＞0.75，P＜0.05）。同一名观察者前后2次测量位点WSS也有较好的一致性（ICC＞0.75，P＜0.05）。

2.3 颈总动脉WSS的差异 糖尿病颈总动脉中段壁剪切力最大值（WSSmax）和分叉处WSSmax[（3.27±0.69）Pa和（2.33±0.65）Pa]均小于正常人颈总动脉对应部位WSSmax[（3.56±0.41）Pa和（2.64±0.73）Pa]，差异有统计学意义（P=0.001、0.003）；同时正常人和糖尿病颈总动脉分叉处WSS均明显小于颈总动脉中段WSS，差异有统计学意义（P=0.001）。

3组糖尿病患者颈总动脉分叉处WSSmax和壁剪切力平均值（WSSmean）差异有统计学意义，并随着动脉粥样硬化程度的增加而变化（P＜0.05，表2）。IMT正常组分叉处WSSmax和WSSmean最低，IMT增厚组次之，斑块组最高（图1）。各组颈总动脉中段WSS的大小在不同粥样硬化程度间差异无统计学意义（P=0.600、0.461，表2）。

图1 糖尿病患者颈总动脉分叉处WSS。女，49岁，糖尿病IMT正常，超声诊断为双侧颈总动脉未见明显异常，图示右侧颈总动脉分叉处平均WSS大小，包括WSSmax和WSSmean（A）；女，52岁，糖尿病IMT增厚，超声诊断为左侧颈总动脉分叉处后壁IMT局限性增厚，图示左侧颈总动脉分叉处平均WSS大小（B）；女，50岁，糖尿病斑块，超声诊断为右侧颈总动脉分叉处后壁不均匀回声粥样硬化斑块形成，图示右侧颈总动脉分叉处平均WSS大小（C）

表2 WSS在糖尿病患者颈总动脉不同粥样硬化程度中的比较（±s）

表2 WSS在糖尿病患者颈总动脉不同粥样硬化程度中的比较（±s）

注：WSSmax：壁剪切力最大值；WSSmean：壁剪切力平均值。颈总动脉分叉处WSSmax：斑块组和IMT正常组比较（P=0.005），斑块组与IMT增厚组比较（P=0.240）、IMT正常组与IMT增厚组比较（P=0.145）；颈总动脉分叉处WSSmean：斑块组与IMT正常组比较（P=0.012）；斑块组与IMT增厚组比较（P=0.217）；IMT正常组与IMT增厚组比较（P=0.277）

部位IMT正常组（n=37）IMT增厚组（n=23）斑块组（n=28）F值P值分叉处WSSmax 2.13±0.52 2.37±0.69 2.58±0.69 4.23 0.018分叉处WSSmean 0.69±0.20 0.77±0.35 0.86±0.25 3.27 0.043中段WSSmax 3.23±0.67 3.40±0.68 3.23±0.75 0.51 0.600中段WSSmean 1.24±0.39 1.23±0.42 1.14±0.27 0.78 0.461

3 讨论

3.1 糖尿病患者与正常人颈动脉WSS的差异 本研究中糖尿病组颈总动脉中段和分叉处的WSS均低于正常人相应部位，Winter等[5]参照WSS计算公式（4μVmax/D）得出，壁WSS的大小与血流黏滞系数（μ）、血管内径（D）、速度（V）相关，血流黏滞系数是一个常数（本研究中V-Flow技术计算WSS时μ=3.5），WSS与血管内径成反比。赵宇欣[6]对糖尿病患者下肢动脉病变早期诊断的研究发现，糖尿病腘动脉IMT正常组、IMT增厚组、斑块形成组的WSS均较正常对照组减低，与本研究结果一致。糖尿病患者血液内的高糖状态可造成血管内皮细胞损伤，内皮细胞释放自身活性物质，并诱发内皮细胞发生形变，发生血管重构[7]；同时WSS的改变也会使内皮细胞分泌多种生长因子和炎症因子，一氧化氮和前列腺素等是参与这一过程最重要的介质[8-9]，两者相互作用，但WSS和内皮功能间的影响并非简单的线性关系，其复杂的作用机制需要进一步探索。

3.2 糖尿病患者WSS的变化 本研究发现糖尿病组与正常对照组颈总动脉分叉处WSS均低于颈总动脉中段。有关血管几何形状对壁WSS分布影响的研究发现[10]，由于颈动脉分叉处特殊的几何形态，血流弯曲走行，容易形成湍流，同时向颈内动脉和颈外动脉的分流降低了分叉处的流量，WSS也相应地降低；颈动脉中段管腔走行平直，管腔内血流多为层流，形成的WSS方向多与血管壁平行，WSS大小较分叉处高，与本研究结果相符。关于弯曲和分叉血管中脂质浓度的分布规律研究发现，血管弯曲和分叉部位壁面附近易形成高浓度的环形区域，有利于脂质在壁面处的聚集，同时高浓度分布区具有低WSS[11]。

在运用V-Flow评估兔腹主动脉早期动脉粥样硬化的研究中，腹主动脉前、后壁WSS随着动脉粥样硬化病程的进展动态变化，与其他动脉粥样硬化超声指标相比，WSS变化更早、更敏感[12]。Strecker等[13]和Saito等[14]的研究通过对颈动脉管壁厚度变化随访也发现颈动脉分叉处大角度以及分叉处的低WSS是颈动脉粥样硬化进展的独立危险因素，WSS随IMT厚度增加而降低。但在对糖尿病患者下肢动脉病变早期诊断的研究中，糖尿病IMT增厚组同斑块形成组相比腘动脉WSS无明显差异[6]，与本研究结果一致。

本研究中WSS的主要差异是在糖尿病斑块组与IMT正常组间，而粥样硬化早期的IMT增厚组与斑块组、IMT正常组间无显著差异，可能是由于本研究样本量较小，粥样硬化斑块形成处WSS变化又更为显著，因此未能发现IMT增加而出现的WSS变化。

3.3 WSS对动脉粥样硬化进程的影响 WSS通过诱导内皮细胞机械传导和控制动脉粥样硬化涉及的管壁运输过程影响冠状动脉粥样硬化[15]。Xia等[16]和Canham等[17]的研究表明增高的WSS可通过降低黏附分子的表达抑制淋巴细胞对内皮细胞的黏附，有抗动脉粥样硬化的作用，低WSS可能有助于增加液体停留时间，并诱导内皮细胞炎症反应，进而导致血小板、巨噬细胞和其他动脉粥样硬化颗粒运输增加，促进动脉粥样硬化斑块形成。Sun等[18]研究也表明WSS的大小和持续时间会影响内皮细胞的形态和排列，暴露于高WSS下的人脐静脉内皮细胞呈有序细胞排列，而暴露于低WSS下的人脐静脉内皮细胞呈无序细胞排列。

相关研究发现在生理条件下，斑块周围等血流动力学指标的变化早于形态学的变化，WSS可能是加剧斑块内炎症反应，脂质核心的进展，甚至导致破裂的重要原因，与斑块的稳定性密切相关[19]。在基于时间飞跃法磁共振血管成像的计算流体动力学模型分析的55个动脉粥样硬化病变中，最大WSS最常见于病变的顶点和上游部分，是斑块最易损的部位，WSS在斑块上游明显高于下游，而斑块下游WSS降低并常出现涡旋和振荡WSS，更容易导致平滑肌细胞增生和血栓形成[20]。同时Chen等[21]的多中心研究表明局部低WSS是冠状动脉病变中未来主要不良心脏事件发生的独立预测因子，有助于改善冠状动脉病变患者的危险分层。

3.4 本研究的局限性 本研究样本量小，属于横断面研究，目前缺乏对斑块稳定性的评估以及不同狭窄程度管腔的斑块各部位WSS变化的观察，未来将扩大样本量并进行长期随访，运用V-Flow技术动态观察颈动脉管腔内及粥样硬化斑块周围WSS情况，进一步分析稳定斑块与不稳定斑块WSS的变化，对预测心脑血管急性事件及临床早期干预提供重要手段。

总之，糖尿病患者颈动脉WSS较正常人降低，并随动脉粥样硬化程度的增加而变化，因此运用V-Flow预测粥样硬化进程具有一定作用。