速度向量成像技术在动脉重构检测中的初步应用

发布时间：2020-04-14 04:45

【摘要】：背景与目的：动脉是由心室发出的血管,管壁较厚,弹性纤维较多,有较大的弹性,其内膜由内皮、内皮下层和内弹性膜组成。大动脉包括主动脉、无名动脉、颈总动脉、锁骨下动脉等,其管壁有多层弹性膜和大量弹性纤维,平滑肌较少,所以被称为弹性动脉。除大动脉外,其余凡在解剖学上有名称的动脉大多属中动脉。中动脉管壁的平滑肌相当丰富,又名肌性动脉。动脉重构是在基因调控下,动脉管壁分子、细胞和间质变化的过程,在临床上表现为动脉形态和功能改变。血流动力学负荷、神经内分泌激活和其它多种因素都能影响这一过程。脂质、血管平滑肌细胞、胶原等都参与这一过程,但主要参与者还是血管壁的各种细胞。动脉重构包括动脉扩张(正性重构)和动脉缩窄(负性重构)。随着我国生活水平的提高,人民群众寿命的延长,以及饮食生活习惯的改变,动脉粥样硬化发生的机率越来越高。而动脉粥样硬化是影响动脉传输功能的最重要疾病之一,动脉管腔的狭窄或痉挛可以引起远端组织和器官的缺血或梗死。动脉粥样硬化斑块是血管病变的信号,它对动脉壁和管腔机械特性的影响及功能改变尤其值得我们去探讨。由此可见,掌握动脉重构的发生规律对于预防、及时干预和治疗动脉粥样硬化及其产生的多种并发疾病具有重要的意义。长期以来,对于动脉重构,特别是动脉粥样硬化,国内外许多学者运用多种方法进行了大量的研究。目前,除了反映血管内皮功能的生化指标如：血管性血友病因子(vWF)、内皮素(ET)、C反应蛋白(CRP)、可溶性细胞间粘附分子(Sicam-1)和E选择素(E-selectin)等外,应用于临床的动脉功能检测方法还包括有创性的动脉造影术、血管内超声和无创性的血管外超声、脉冲波传导速度(pulse wave velocity, PWV)、压力反射波的收缩期增强指数(augmentation index, AI)、脉冲波舒张期分析和血压测量时的袖带内压力震荡波分析等。但是,这些方法都存在一定的局限性,影响生化指标的因素太多,限制了其在血管重构方面的应用；有创性的检测方法具有一定的风险性,且价格高昂；先前的无创性检测方法已不能满足临床医生对动脉疾病早期诊断、早期干预的需求,更不能对血管重构过程进行精确的检测,这在一定程度上限制了对血管重构过程研究的进展。而速度向量成像技术为这一检测提供了方便,弥补了其他检测方法的不足。速度向量成像技术(Velocity Vector Imaging，VVI)是由西门子公司研发的定量分析心肌运动的功能软件,它最初的功能是评价心脏的机械活动及运动动力学的二维分析手段,其原理是应用斑点追踪技术(speckle tracking)、空间相干技术及追踪技术(pixel tracking),通过一种实时心肌运动跟踪运算法,跟踪每帧图像上的像素点,能在二维的高帧频灰阶图像上得到其运动速度和方向的变化曲线。研究对象的运动用带箭头的直线来表示,直线的长度代表运动速度的大小,箭头的指向代表速度的方向。 VVI可对心脏各个节段、各个方向上的、以及整个心动周期中任意时刻的心肌运动进行定量分析；可提供有关心肌运动的方向、速度、位移、应变及应变率、加速度、加速时间、达峰时间、心肌旋转与解旋的速度、心脏扭转等信息,以及心肌运动的三维表达、整体及局部的容积及射血分数(EF),并可用于同步化分析,因此可以全面评价心脏局部及整体的收缩及舒张功能。随着VVI技术的进步,它在临床实践中的应用范围越来越广,目前可适用于所有临床应用项目,包括成人、儿童、胎儿及实验动物的心脏和血管研究；适用于所有成像途径,经胸、经食道及导管超声获取的图像中均可应用；对于心脏功能的评价适用于心脏任意腔室,任意M型取样和任意的二维切面。 VVI技术较传统超声技术和多普勒技术更具优越性： 1.不受角度影响。由于VVI技术利用追踪技术研究图像连续2帧间位置的变化,而不是建立在多普勒效应的基础上,故不受角度影响；而短轴切面多普勒组织成像和M-型超声,只能检测动脉前后壁的运动,而对动脉侧壁的运动则无法检测； 2.可以获得室壁任意方向的运动信息,不受成像切面限制； 3.可同时评价心内膜和心外膜的运动； 4.VVI根据描记点跟踪颈总动脉内膜,自动确定向心运动的中心,不受动脉搏动引发的摆动影响,提高了检测的可重复性。本研究运用速度向量成像技术对不同性别受检者颈总动脉、胭动脉、肱动脉随着年龄变化而发生的动脉重构进行检测,对比研究青年人和老年人动脉宏观及微观生物结构力学的改变,评估其血管弹性的变化；初步研究应用速度向量成像技术评价颈总动脉粥样硬化斑块结构力学的变化。第一部分应用速度向量成像技术检测人体颈总动脉、胭动脉、肱动脉随年龄增长发生的动脉重构及弹性变化目的：运用VVI分析人体颈总动脉、胭动脉、肱动脉随年龄增长发生的动脉重构及弹性变化。方法：选择2007年6月至2010年6月在我院健康体检中心查体的人群156例,分为健康青年人组76例(25.1±2.7岁,36男性40女性),健康老年人组80例(65.8±3.9岁,40男性40女性)。均无高胆固醇血症、高血压、胰岛素抵抗或糖尿病病史,老年人组中女性均为绝经后妇女(未进行激素替代疗法)。所有的研究对象被要求禁食8小时、不接触咖啡因和酒精8小时。应用速度向量成像技术对人体右侧颈总动脉、胭动脉、肱动脉进行检测,获取各动脉的应变、应变率等参数,同时分析各动脉内中膜厚度、内径、内中膜厚度／内径比值,剖析健康人年龄及性别因素引起的动脉重构特点。结果：无论是颈总动脉、胭动脉还是肱动脉,随着年龄的增长,动脉内径增宽、内中膜厚度增加；男性比女性动脉内中膜厚度要大,男性动脉内径比女性动脉内径大；在动脉收缩期长轴方向管壁峰值运动速度、最大应变和应变率代表的动脉弹性方面,男性均比女性低；各动脉收缩期长轴方向管壁速度前壁比后壁高,应变前壁比后壁低,应变率前壁平均值略低于后壁,但是无统计学差异；颈总动脉的内径明显大于胭动脉和肱动脉,动脉收缩期长轴方向管壁峰值速度、最大应变与应变率均高于后两者；老年组颈总动脉、胭动脉、肱动脉的收缩期长轴方向管壁运动速度、应变和应变率均低于青年组。结论：随着年龄增长,各动脉管壁均发生明显的重构,并伴有弹性的降低。速度向量成像技术能够评价健康人不同性别、不同年龄的不同动脉以及同一动脉前后壁的微观结构力学特性,证实了动脉粥样硬化是弥漫性的、可以发生在多种不同动脉基础上的病理性变化。为进一步研究正常动脉的生理性和病理性重构提供了一个崭新的方法,可能成为探索动脉粥样硬化发生机制的新手段,可能成为有关动脉粥样硬化预防、治疗、新药评估的有效参考指标。第二部分应用速度向量成像技术评价颈总动脉粥样硬化斑块结构力学的变化目的：应用速度向量成像技术,初步探讨颈总动脉粥样硬化斑块结构力学的变化。方法：选择2007年6月至2010年6月在我院住院患者50例,其中脑梗死患者29例,高血压患者11例,糖尿病患者10例,平均年龄62.9±5.7岁,男性35例,女性15例。共检出左、右侧颈总动脉孤立性粥样硬化斑块67个。所有患者均为窦性心律,受检前均进行超声心动图检查以排除心脏结构异常造成的影响。所有的研究对象被要求禁食8小时、不接触咖啡因和酒精8小时。应用WI技术对颈总动脉粥样硬化斑块和无斑块处的运动特点进行观察,选择收缩期最大峰值进行分析,比较速度、应变、应变率等参数。结果：斑块处内中膜厚度明显高于无斑块处,随着收缩期血压升高,血流经过,斑块处周向和轴向应变为正,而径向应变为负,轴向和周向峰值速度、应变、应变率数值均明显低于无斑块处,无斑块处径向应变因管壁太薄无法测量。轴向应变沿着斑块纤维帽变化极大,斑块肩部应变最大。无斑块处速度向量显示一致,同步性较好,斑块处速度向量显示紊乱,同步性较差。结论：WI技术是评价颈总动脉粥样硬化斑块结构力学变化的有效手段。总结 1.随着年龄增长,各动脉管壁均发生明显的重构,并伴有弹性的降低。速度向量成像技术能够评价健康人不同性别、不同年龄的不同动脉以及同一动脉前后壁的微观结构力学特性,证实了动脉粥样硬化是弥漫性的、可以发生在多种不同动脉基础上的病理性变化。为进一步研究正常动脉的生理性和病理性重构提供了一个崭新的方法,可能成为探索动脉粥样硬化发生机制的新手段,可能成为有关动脉粥样硬化预防、治疗、新药评估的有效参考指标。 2.颈总动脉斑块处内中膜厚度明显高于无斑块处,随着收缩期血压升高,血流经过,斑块处周向和轴向应变为正,而径向应变为负,轴向和周向峰值速度、应变、应变率数值均明显低于无斑块处,无斑块处径向应变因管壁太薄无法测量。轴向应变沿着斑块纤维帽变化极大,斑块肩部应变最大。无斑块处速度向量显示一致,同步性较好,斑块处速度向量显示紊乱,同步性较差。W工技术是评价动脉粥样硬化斑块结构力学的有效手段。创新点 1.本研究对不同年龄组的不同性别的健康人,首次将颈总动脉、胭动脉、肱动脉这三种不同位置的动脉同时进行研究,证实了动脉粥样硬化是弥漫性的、可以发生在多种不同动脉基础上的病理性变化。 2.本研究首次利用速度向量成像技术评价正常人不同性别、不同年龄的不同位置动脉的微观结构力学特性。 3.本研究首次利用速度向量成像技术在周向、轴向、径向三个方向对动脉粥样硬化斑块的力学特性进行了探讨,并与无斑块处动脉进行了对比分析。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：R445.1

【参考文献】