速度向量成像技術在心臟和血管病變中的應用進展

史建偉，何文

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

0 引言

速度向量成像(velocity vector imaging，VVI)技術作為一種能夠定量評價心肌及血管生物力學功能的超聲成像方法，不受角度干擾，可以更全面、準確、敏感地反映心肌和血管壁運動規律及內在機械力學狀態，在評價心臟功能、心臟再同步化治療療效和血管壁功能方面有獨特的優勢?，F將其主要研究進展綜述如下。

1 VVI 技術原理及特點

組織多普勒成像(tissue doppler imaging，TDI)及應變率成像(strain rate imaging，SRI)技術的出現使得超聲對心肌功能的評價成為可能，從半定量到定量分析心肌的運動速度和局部心肌的應變、應變率[1]，但它們的影響因素多，不能觀測徑向運動和扭轉運動，且有較大的角度依賴性，使得其結果的可靠性及重復性不佳。斑點追蹤技術克服了角度依賴性，可對心肌運動進行多切面全方位評價，尤其是三維斑點追蹤技術，結果更為可靠和準確，然而其對圖像質量要求很高，且相對費時[2]。

VVI 技術是在斑點追蹤基礎上發展起來的一項新技術，通過斑點追蹤、邊界追蹤、像素空間相干等技術，以聲學采集方式自動獲取、追蹤斑點，采用最佳模式匹配技術和運用特殊的算法計算并以矢量方式顯示局部心肌運動的速度、位移、應變、應變率等，并綜合局部心肌的運動情況得到整體心肌的運動信息[3]，VVI 不僅能分析心肌的縱向運動，也可以得到徑向，圓周和扭轉運動的相關參數，全方位、定量分析心肌運動的力學特征[4]。VVI 技術還能描記、跟蹤血管內膜，對血管壁運動力學進行分析。

VVI 技術的優點是操作簡便、能得到大量詳盡的心肌運動數據，更真實、全面、準確、靈敏地評價心肌生物學特性，重復性較好，可早期反映心肌功能情況，同樣VVI 還可以評價血管壁的力學狀態，對心腦血管病變的進行早期診斷。

2 VVI 技術在心臟中的應用

VVI 不僅能早期發現左心收縮和舒張功能改變，而且對右室功能、心房肌功能均可以進行評價，在心臟同步化治療療效評估中亦有很好的應用價值。

2.1 VVI 對左心功能的評價

張慷等[5]應用VVI 技術分析冠狀動脈粥樣硬化性心臟病單支血管病變患者左室各節段收縮期縱向峰值速度的變化，結果顯示病變所在節段心肌的收縮期縱向峰值速度明顯降低，VVI 可以定量評價單支血管病變冠心病患者左室收縮功能。黃李燕等[6]測量冠心病患者的左室各節段的收縮期峰值速度(Vs)、舒張期峰值速度(Ve)、應變(ε)和應變率(εR)，結果亦顯示病變節段的心肌Ve、Vs 減小，ε 和εR 出現相應變化,VVI 能敏感地診斷心肌缺血。王雅芬等[7]對尿毒癥患者血液透析前后左心室內，中，外層和全心肌縱向峰值收縮分層應變的結果進行研究。結果表明，eSie VVI 技術可以準確地評價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 技術評價50 例射血分數正常的類風濕性關節炎患者左心室心肌收縮功能，結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，縮期平均峰值應變顯著增高，VVI 有助于識別類風濕性關節炎患者早期心功能損害。劉泳等[9]對55 例左心室射血分數正常的主動脈瓣狹窄患者(分為主動脈瓣輕度狹窄組、中-重度狹窄組)及25 例健康對照組進行VVI 研究。結果顯示主動脈瓣輕度狹窄組左心室整體收縮期縱向峰值應變(GLPSS)及其峰值應變率(GLPSSr)減低，而左心室整體收縮期徑向峰值應變(GRPSS)及其峰值應變率(GRPSSr)無顯著改變；主動脈中-重度狹窄組GLPSS、GLPSSr、GRPSS、GRPSSr 均明顯減低；此4 個指標在中-重度狹窄組較輕度狹窄組均顯著減低，差異有統計學意義?？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展。

2.2 VVI 對右心功能的評價

右室功能是研究的熱點，傳統超聲心動圖在右室功用評價上價值較小，而VVI 具有很大優勢，高海葉等[10]對84 例肺動脈高壓患者應用VVI 技術獲得右心室整體應變、應變率、應變達峰時間標準分差、應變率達峰時間標準差，結果顯示右心室應變達峰時間標準差與肺動脈收縮壓呈正相關，與右心室整體應變、右心室整體應變率、右心室射血分數呈負相關。VVI 技術可實時、敏感地評估肺動脈高壓患者的右心室收縮功能及同步性，與實時三維超聲心動圖有較好一致性。

李俊芳[11]應用速度向量成像技術評估阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征(OSAS)患者的右心功能發現病程早期首先出現右室游離壁心尖段應變(S-A)和應變率(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變(RV-GLSs)、應變率(RVGLSRs) 和右室游離壁心尖段收縮期峰值應變(S-A)、應變率(SR-A)、右室舒張早期峰值應變率RV-SRe 與AHI 獨立相關，可作為檢測 OSAS 患者右心功能受損及疾病嚴重程度的獨立指標。白莫日根等[12]研究結果顯示肺動脈高壓患者整體應變、整體應變率水平均顯著降低，應變達峰時間標準差、應變率達峰時間標準差均顯著延長；且GS、GSR 下降與病情嚴重程度相關。VVI 技術能更早的檢測出右心室功能的異常并判斷疾病的嚴重程度，為臨床的早期診治及療效評估提供依據。

2.3 VVI 還可以簡便、準確、定量評估心房肌功能

王瓔瑛等[13]運用VVI 技術定量分析86 例老年健康志愿者左、右心房肌運動。結果顯示左右心房肌的運動速度由房室環至心房頂部逐漸降低，右房游離壁應變率高于房間隔應變率，這與心房的實際運動相符。VVI 可以簡便、準確、定量評估心房整體及局部功能，為臨床評價心房功能提供新方法。歐陽秋芳等[14]使用VVI 技術分析不同分期慢性腎臟疾病(CKD)患者左室結構與功能、左房功能及同步性改變。結果顯示CKD 組較正常對照組左心房收縮期峰值應變率(SR-s)和舒張早期應變率(SR-e)顯著降低，左房肌6 節段縱向應變率達峰時間標準差(Tsr-SD)和左房肌6 節段任意二個節段應變率達峰時間最大差值(Tsr-Max)顯著升高，且變化與病情相關；表明VVI 可用于早期評估CKD 患者左房功能及同步性改變。

2.4 VVI 在評價胎兒心功能時同樣能提供客觀、準確的信息

王連雙等[15]應用VVI 技術分析妊娠期肝內膽汁淤積癥(intrahepatic cholestasis，ICP)孕婦(依據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，并與健康對照組對比，結果顯示重度組胎兒右室各節段SRs、SRd、S 及Vd 較輕度組、對照組顯著減低，認為上述指標可以早期提示重度ICP 孕婦胎兒右心局部功能異常的指標。

2.5 VVI 技術在評價心臟同步化治療(cardiac resynchronization therapy，CRT)療效中也顯示了很好的臨床價值[16]Helm 等[17]

研究發現心力衰竭和左束支傳導阻滯犬的左室長軸同步性指標差異較大，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，且與心功能恢復的相關性較好；通過縱向運動評估不同步性較不敏感，且取決于起搏模式。國建萍等[18]應用VVI 技術對17 例難治性心力衰竭的同步化治療進行評估，左心室長軸12 節段速度達峰時間標準差有更好的預測價值，可用于評價心臟同步化狀態及CRT 療效。

呂文青等[19]應用VVI 技術評價心臟再同步化治療(CRT)患者右室收縮功能以評估CRT 療效，發現右室收縮期長軸峰值應變可作為最有效預測指標，右室收縮功能可作為CRT 效果的預測因子。

2.6 VVI 技術可用于室性心律紊亂患者心肌異常興奮點起源部位的定位診斷以及評估局部心肌運動特征

方凌云等[20]對17 例室性心律失?；颊咝蠽VI 分析，結果顯示正常竇性心律時心肌組織速度向量協調一致，異位起搏時局部心肌組織速度向量明顯提前，且局部心肌運動速度(VE)顯著大于正常心肌運動速度(VN)，異位起搏時相應心室最早和最遲心肌間的時間延遲(Tv-MXE)與正常竇性心律時的時間延遲(Tv-MXN)有顯著差異。VVI 技術可直觀反映室性心律失常時異常起搏點部位及其局部心肌運動特征，用于監測室性心律失常療效和預后評價。王靜等[21]應用VVI技術評價顯性預激綜合征患者的心室同步收縮特征，結果顯示正常心臟收縮同步協調，速度向量基本一致，乳頭肌水平各節段心肌收縮期徑向速度達峰時間(TRV)、環向應變達峰時間(TCS)和收縮期縱向速度達峰時間(TLV)無顯著差異；顯性預激旁道患者的收縮早期心肌運動明顯不協調，VVI 顯示局部心肌出現提前收縮的軸向速度向量，而于收縮末期心室運動恢復協調，環向應變達峰值一致。7 例患者行心內電生理檢查證實了VVI 標測結果。經射頻消融治療后，局部心肌提前收縮的速度向量消失，心臟恢復同步協調收縮。VVI 能直觀地顯示心肌在縱向、徑向和環向上的運動特征，為臨床評價心肌機械運動同步性、協調性。

3 VVI 在血管病變中的應用

3.1 正常頸動脈及頸動脈粥樣硬化

頸動脈是全身動脈的窗口，早期發現和診斷頸動脈結構和功能的改變對預防和治療心腦血管疾病有重要意義。VVI技術可對頸動脈不同位點進行定位，觀察頸動脈管壁的形態及功能狀態，全面評估血管內膜力學特點、管壁功能狀態等，具有很大的臨床價值，常用短軸四段法或六段法進行研究。謝君等[22]應用VVI 技術對20 例正常成人頸總動脈短軸分為六個側壁進行觀測，結果顯示運動速度、應變及應變率曲線分布呈規則一致性變化, 6 個側壁的Vmax、Smax 及SRmax 差異無統計學意義，說明VVI 技術能較好地反映正常成人頸總動脈彈性功能，進而反映心血管系統的功能狀態。歐陽秋芳等[23]運用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)與健康成人對照組的頸總動脈彈性和同步性，結果顯示頸動脈的彈性指標前兩組均較正常人出現顯著改變且管壁運動的同步性差。VVI 技術可用于早期評估CKD 患者及高血壓患者亞臨床血管病變。

3.2 頸動脈粥樣硬化斑塊的評估

頸動脈彈性改變常早于內-中膜增厚、斑塊形成等形態學改變，在冠狀動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重程度相關[24]。徐春霞等[25]使用VVI 技術研究冠心病患者頸動脈，發現冠心病組的頸總動脈收縮期短軸各位點Vmax、Smax 及SRmax 均小于正常組，頸動脈內中膜增厚的冠心病患者組各參數均小于頸動脈內中膜正常的冠心病患者組及正常對照組，說明VVI 技術可以用于評價頸動脈粥樣硬化的嚴重程度并能為動脈粥樣硬化相關疾病的早期診斷提供重要依據。徐鳳等[26]應用VVI 技術對比分析急性腦卒中患者(急性卒中組)和健康對照組頸動脈短軸平均收縮期徑向速度(RV)、圓周應變(CS)、圓周應變率(CSR)及收縮期徑向位移(RD)，并與血脂、空腹血糖水平進行相關性分析，結果顯示.實驗急性卒中組雙側頸動脈RV1，GS，GSR，RD 均低于正常對照組；急性卒中組頸動脈短軸CS和RD 與甘油三酯、血糖、IMT 相關。說明腦卒中患者頸動脈彈性明顯減低，這種改變與患者血脂、血糖偏高有關。王璐璐等[27]對50 例急性動脈粥樣硬化性腦梗死(ACI 組)患者的56 個頸動脈斑塊與40 例無腦血管病史對照組(NCD 組)的40 個斑塊，從不同位點進行VVI 分析，結果顯示ACI 組斑塊近心端肩部Smax 和頂部Smax 小于NCD 組，說明VVI 可以定量檢測斑塊不同位點的應變和同步性，在一定程度上反映斑塊易損性。多項研究證明了VVI 評價斑塊穩定性的價值，動脈粥樣硬化時斑塊段內膜運動不同步，旋轉角度與斑塊的不穩定性密切相關[28]。

3.3 其他部位血管

同樣VVI 技術可以反映升主動脈及降主動脈等大動脈的彈性變化及力學改變。曹麗等[29]應用VV1 技術評價2 型糖尿病大鼠腹主動脈粥樣硬化發生、發展中血管壁彈牲功能的變化，結果顯示VVI 能夠較二維超聲更早的發現大鼠腹主動脈管壁彈性的變化，有利于分析血管壁的運動功能。Kim 等[30]對14 只犬經食管超聲心動圖獲得降主動脈短軸行VVI 分析，運用六段法分析節段組織膠原蛋白和彈性蛋白含量與其彈性特性的相關性，結果顯示降主動脈的徑向速度、位移和周向應變、應變率在年老犬組均顯著低于年輕犬組，組織學定量顯示，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、周向應變與對應的主動脈壁膠原水平有顯著的相關性。可見VVI 是量化分析降主動脈彈性的可行性方法，有顯著的組織學相關性。

4 VVI 技術的局限性

首先VVI 技術對圖像要求盡量清晰，尤其是心內膜邊界的清晰勾畫，這將直接影響分析結果。其次，幀頻要求高，較低幀頻可導致跟蹤失相關及遺漏峰值觀察。眾所周知心臟的心肌力學功能表達是一個極其復雜的不斷動態變化的生理現象，所以對心臟力學功能的評價就需要多個超聲影像學參數進行綜合評價，現有的研究多以心肌做功有效性來評價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序性的問題，一直沒有得到很好的解決。心臟力學的時空關聯研究更是鮮有報道。

5 VVI 技術運用的展望

5.1 心臟方面

早期評價心肌運動及功能，發現早期的心臟功能改變，為臨床診療提供指導，特別是對心臟同步化治療等的療效進行有效評價，指導術后治療。

5.2 血管方面

進一步評估動脈粥樣硬化程度、預防心血管疾病，尤其在進行血管內超聲等血管介入臨床治療中，可為斑塊識別、支架精確植入提供重要依據。

5.3 心臟-血管偶聯

心臟結構與功能和其涉及到的大動脈、肌性小動脈、毛細血管(內皮功能)結構與功能及植物神經和中樞神經功能之間有著密切關系。如何評價心臟與血管之間的相互作用，即心臟-血管偶聯，是臨床有待解決的問題，而 VVI 技術能有效地評價兩者并有望成為評價心臟-血管偶聯有效的手段[31]。

6 總結與展望

VVI 技術無角度依賴、重復性較好，無分析切面的局限，能定量分析心血管系統力學功能，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功能間的相互關系提供了全新的視角，具有廣闊的應用前景。