蔡宇燕，魏 薪，張曉玲，劉古月，唐 紅(四川大學(xué)華西醫(yī)院心內(nèi)科，四川 成都 610041)

血流向量成像技術(shù)對正常成人降主動脈峽部逆流的增齡性改變的研究

蔡宇燕，魏 薪，張曉玲，劉古月，唐 紅
(四川大學(xué)華西醫(yī)院心內(nèi)科，四川 成都 610041)

目的 應(yīng)用血流向量成像技術(shù)(vector flow mapping，VFM)探討正常成人降主動脈峽部舒張期逆流速度和逆流分?jǐn)?shù)的增齡性改變特點。方法 選取健康志愿者94例，按年齡分為A組(18～39歲)30例、B組(40～59歲)35例和C組(≥60歲)29例。在VFM模式下采集胸骨上窩主動脈弓長軸切面彩色多普勒動態(tài)圖像，應(yīng)用DAS-RSI工作站脫機(jī)分析，測量降主動脈峽部舒張期逆流峰值速度(peak retrograde velocity，PRV)、收縮期正向流量(systolic forward flow，F(xiàn)s)和舒張期負(fù)向流量(diastolic reverse flow，-Fd)以及逆流分?jǐn)?shù)(retrograde fraction，RF)，分析其隨增齡的變化規(guī)律。結(jié)果 所有受檢者于舒張早期均觀察到降主動脈峽部的逆流。A組降主動脈峽部舒張期逆流PRV、FS及降主動脈舒張期Fs高于B組，B組高于C組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P< 0.05)。B組降主動脈峽部逆流分?jǐn)?shù)RF高于C組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P< 0.05)；各組間-Fd比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P> 0.05)。結(jié)論 年齡大于60歲的老年人其降主峽部逆流PRV和FR平均值較其他年齡組明顯降低，這些血流動力學(xué)指標(biāo)的改變可能為研究降主動脈相關(guān)疾病的發(fā)生提供理論基礎(chǔ)。

血流向量成像技術(shù)；超聲心動圖；降主動脈峽部；逆流；增齡性改變

隨著年齡增長，人體各臟器的生理功能出現(xiàn)一系列慢性、退行性變化導(dǎo)致機(jī)體適應(yīng)能力、儲備能力日趨下降，即衰老。主動脈弓作為主要的彎曲動脈，其結(jié)構(gòu)形態(tài)、生理特點如內(nèi)徑、僵硬度及順應(yīng)性等均隨年齡增加發(fā)生著一定的變化，尤其是降主動脈峽部，容易出現(xiàn)動脈粥樣硬化斑塊、B型夾層動脈瘤等病變[1]。峽部流場內(nèi)的層流、渦流、逆流等諸力在動脈壁自身的衰變過程中起著重要作用。因此，研究降主動脈峽部血流流動狀態(tài)以及相關(guān)參數(shù)隨增齡的變化規(guī)律對進(jìn)一步闡明血管疾病的發(fā)病機(jī)制有著重要意義。速度向量成像技術(shù)(vector flow mapping，VFM)基于彩色多普勒血流成像和二維斑點追蹤[2，3]，可實現(xiàn)對心腔和血管內(nèi)血流流場的可視化觀察及定量研究。本研究應(yīng)用VFM技術(shù)，分析正常成人降主動脈峽部舒張期的逆流相關(guān)參數(shù)以及其增齡性變化特點，為進(jìn)一步研究主動脈弓疾病提供理論基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2015年1～12月于四川大學(xué)華西醫(yī)院行超聲心動圖檢查的健康志愿者94例，其中男42例，女52例，年齡18～82歲[(41.3±13.6)歲]；體表面積1.30～2.21m2[(1.61±0.19)m2]；心率58～105 bpm [(76.3±12.8)bpm]。所有健康志愿者經(jīng)病史、體格檢查、心電圖、實驗室檢查及超聲心動圖檢查排除心臟疾病。均簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 超聲檢查方法 ①圖像采集使用HITACHI-ALOKA公司Prosound F75彩色多普勒超聲診斷儀(UST-52105相控陣探頭，頻率1.0～5.0 MHz)，配備DAS-RS1 超聲工作站(內(nèi)置版本5.0的VFM分析軟件)。囑受檢者平臥位，連接心電圖，由同一名超聲醫(yī)生操作，所有受檢者先行常規(guī)超聲心動圖檢查，然后在VFM模式下，于胸骨上窩主動脈弓長軸切面采集彩色多普勒動態(tài)圖像，幀頻30幀/秒以上，調(diào)節(jié)彩色多普勒脈沖重復(fù)頻率至分析區(qū)域剛好無混疊產(chǎn)生。圖像深度以滿意顯示降主動脈以及左鎖骨下開口為標(biāo)準(zhǔn)，儲存連續(xù)3個心動周期圖像。②常規(guī)超聲心動圖檢查及數(shù)據(jù)測量測量左心室舒張末期內(nèi)徑(left ventricular end-diastolic diameter，LVEDD)、左心室收縮末期內(nèi)徑(left ventricular end-systolic diameter，LVESD)，應(yīng)用Simpson雙平面法測量左心室舒張末期容積(left ventricular end-diastolic volume，LVEDV)、左心室收縮末期容積(left ventricular end-systolic volume，LVESV)以及左心室射血分?jǐn)?shù)(left ventricular ejection fraction，LVEF)。③圖像分析將采集的圖像導(dǎo)入離線工作站，進(jìn)入VFM分析模式。選取左鎖骨下動脈開口以遠(yuǎn)的降主動脈4～5cm，逐幀仔細(xì)勾畫降主動脈內(nèi)膜。將分析取樣線放置于動脈韌帶至左鎖骨下動脈起始處連線水平以遠(yuǎn)1～2cm處(該區(qū)域?qū)?yīng)降主動脈峽部范圍[1])，獲取降主動脈舒張期血流速度曲線(velocity profile)、時間流量曲線(time-flow curve)。記錄該部位舒張期逆流峰值速度(peak retrograde velocity，PRV)、收縮期正向流量(systolic forward flow，F(xiàn)s)和舒張期負(fù)向流量(diastolic reverse flow，-Fd)。根據(jù)公式RF=-Fd/FsX100%計算降主動脈逆流分?jǐn)?shù)(retrograde fraction，RF)。

1.2.2 重復(fù)性檢驗 從研究對象里隨機(jī)抽取30例VFM圖像，觀察者自身及觀察者間一致性檢驗分別由同一名超聲醫(yī)師在2周后對該30例圖像降主動脈峽部PRV、Fs、-Fd以及RF重復(fù)分析，并及計算和由另一名同資質(zhì)超聲醫(yī)師對相同30例圖像進(jìn)行相同的分析計算。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。正態(tài)檢驗采用shapiro-wilk檢驗，方差齊性檢驗采用Levene檢驗；組間差異性比較采用單因素方差分析。使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(interclass correlation coefficient，ICC)描述組內(nèi)和組間觀測值的變異性。P< 0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 三組基本資料比較 各組均在降主動脈峽部觀察到舒張早期不同程度的逆流。三組舒張早期逆流聲像圖，舒張期血流速度曲線及時間流量曲線見圖1～3。

各組間BSA、心率、血壓、LVEDD、LVESD、LVEDV、LVESV和LVEF比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義，見表1。

表1 各組一般資料的比較

圖1 三組降主動脈峽部舒張早期逆流聲像圖 a：A組；b：B組；c：C組

圖2 三組舒張期血流速度曲線a：A組；b：B組；c：C組

圖3 三組時間流量曲線圖a：A組；b：B組；c：C組

2.2 三組逆流參數(shù)的比較 A組降主動脈峽部舒張期逆流PRV和Fs高于B組，B組高于C組(P< 0.05)；各組間降主動脈峽部舒張期逆流-Fd差異無統(tǒng)計學(xué)意義；B組降主動脈峽部逆流分?jǐn)?shù)RF明顯高于C組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P< 0.05)。見表2。

表2 各組降主動脈峽部逆流參數(shù)的比較

與B組比較，*P<0.05；**P<0.01;與C組比較，#P<0.05,##P<0.01

2.3 重復(fù)性檢驗結(jié)果 重復(fù)測量PRV、Fs、-Fd以及計算RF，ICC值0.912～0.963，表明檢查者內(nèi)及檢查者間重復(fù)性好，見表3。

表3 降主動脈峽部逆流參數(shù)的重復(fù)性檢驗 (n=30)

3 討論

升主動脈-主動脈弓-降主動脈是一段彎曲、分支的血管，降主動脈峽部前有心包膜覆蓋，右有動脈導(dǎo)管退化形成的動脈韌帶牽拉，左及后有脊柱阻礙，因此其振幅幅度受限，而使得此處成為血流沖擊的著力點，血流在此改變方向，形成湍流，造成收縮期該區(qū)域血管壁受到較大應(yīng)力，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞極易受到疲勞損傷[4]。諸多研究表明，降主動脈流場內(nèi)收縮期和舒張期血流特征均與其解剖特點和病理生理有著密切關(guān)聯(lián)[5，6]。Hashimoto等[6]通過研究發(fā)現(xiàn)降主動脈舒張期逆流與主動脈的僵硬度密切相關(guān)，前者對于高血壓患者發(fā)生腦卒中的預(yù)測有著潛在意義。正常情況下，舒張期主動脈的逆流有利于冠狀動脈的供血[7]。隨著年齡的增加，主動脈壁彈力纖維逐漸變僵直、斷裂、動脈壁彈性減退，主動脈中層局限性膠原纖維增厚、鈣質(zhì)沉著，導(dǎo)致主動脈內(nèi)徑增寬、僵硬度增大而順應(yīng)性降低[8]。主動脈結(jié)構(gòu)的增齡性改變必然引起管壁內(nèi)血流動力學(xué)的變化，而后者的改變也相應(yīng)的影響主動脈的結(jié)構(gòu)功能甚至引起主動脈相關(guān)疾病的發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，60%～70%的Stanford B型夾層動脈瘤，主要發(fā)生在降主動脈峽部，即動脈韌帶(動脈導(dǎo)管退化形成)延長線附近[1，9]，同時，該區(qū)域也易形成動脈粥樣硬化斑塊[10]。因此，對降主動脈峽部血流動力學(xué)的增齡性改變的研究，有利于為進(jìn)一步探討相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制提供理論基礎(chǔ)。

本研究發(fā)現(xiàn)所有受檢者均可觀察到降主動脈峽部舒張早期的逆流。這與Svedlund等的研究結(jié)果一致[7]。舒張早期，由于室內(nèi)壓下降，主動脈與心室之間產(chǎn)生逆壓梯度，因此主動脈內(nèi)的血流向心室方向回流。降主動脈峽部的逆流集中在管壁小彎側(cè)，舒張期逆流的峰值流速PRV以及Fs平均值在三個年齡組呈遞減趨勢，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能主要在于流固耦合作用對血液流動具有較大影響。所謂流固耦合作用，是指血流-血管相互作用和生理脈動的作用?？紤]流固耦合作用時，血流流動動能和血管彈性變形能力之間發(fā)生了能量轉(zhuǎn)換，使得血液流動的速度減小。因此，該作用總體上降低了血液流動的速度[11]。主動脈管壁隨增齡僵硬度增加、順應(yīng)性明顯降低，因此年齡越大，主動脈的流固耦合作用對管腔內(nèi)流體速度削減更為明顯。降主動脈峽部逆流Fd-的變化在各組間均無統(tǒng)計學(xué)意義，而RF平均值在A組和B組之間(60歲以內(nèi)的人群)差異無統(tǒng)計學(xué)意義，而在C組即年齡在60歲及以上的人群中出現(xiàn)了顯著的降低。產(chǎn)生這一結(jié)果主要原因可能在于降主動脈峽部舒張期逆流的形成以及逆流量的改變不僅受主動脈管壁僵硬度、順應(yīng)性的影響，還與該處血管內(nèi)徑、受檢者血壓尤其是舒張壓等有著密切聯(lián)系。盡管隨年齡增加，主動脈的生理特性，如內(nèi)徑、搏動幅度以及順應(yīng)性等特征在發(fā)生著相應(yīng)的衰變，如主動脈內(nèi)徑增寬、搏動幅度和順應(yīng)性下降，但上述種種因素對降主動脈逆流的影響并非均增加或者降低逆流量，并且對其影響的程度也各不相同。因此，在諸多生理因素的影響下，降主動脈RF(60歲以下的人群)以及-Fd的變化規(guī)律并不顯著。然而對于年齡在60歲以上的人群，大部分受檢者主動脈搏動幅度、順應(yīng)性已有明顯的降低，其對降主動脈峽部逆流的削弱作用較年輕受檢者更為顯著，從而出現(xiàn)了C組人群RF的顯著降低。

根據(jù)上述降主動脈峽部血流動力學(xué)指標(biāo)隨年齡變化的特點，本研究推測降主動脈峽部PRV和RF在60歲及以上的人群中明顯降低可能與該處易發(fā)生動脈粥樣硬化、夾層動脈瘤等病變有一定的聯(lián)系。由于降主動脈峽部逆流PRV和-Fd(>60歲)明顯降低，而降低的流速和流量直接導(dǎo)致了主動脈管壁剪切力的降低。曾有多個研究表明，剪切力的減低使主動脈管壁易于形成動脈粥樣硬化斑塊，盡管機(jī)制尚未闡明，但一般認(rèn)為，管壁剪切率減低，血液成分沿管壁停留時間延長，增加脂蛋白等血液成分在血管壁的沉積，并降低脂蛋白的清除[12，13]。同時，降主動脈峽部逆流速度和逆流量的降低，也使得該區(qū)域內(nèi)皮細(xì)胞供氧不足而受到損傷[4]。內(nèi)皮細(xì)胞的受損與動脈血管內(nèi)的脂類沉積以及動脈粥樣硬化的形成和發(fā)展有著重大的關(guān)系[14]。另外，也有研究表明，由于組織胚胎學(xué)上的特殊性，正常的降主動脈弓段管壁板層在不斷變化的逆流速度和逆流量的脈沖循壞作用下，發(fā)生不穩(wěn)定波動，易出現(xiàn)某些管壁畸形或者脆弱部位的應(yīng)力集中，此集中應(yīng)力的反復(fù)作用，又造成連接彈力板層超微結(jié)構(gòu)的疲勞裂隙，使得主動脈管壁病變，抗侵蝕能力下降。而中膜彈力板層的分離，最終導(dǎo)致獨立板層區(qū)的形成，這種分離可能是該區(qū)域II型夾層動脈瘤發(fā)生、發(fā)展的基礎(chǔ)[4]。本研究所發(fā)現(xiàn)的降主動脈峽部PRV及RF在不同年齡階段發(fā)生改變的情況，也解釋了該區(qū)域血管壁受到的不斷變化的脈沖循壞作用，說明主動脈的衰變本身和其血流動力學(xué)改變對降主動脈峽部的病變有著重要的影響。

通過對不同年齡階段健康成人降主動脈峽部逆流特點的分析，本研究發(fā)現(xiàn)三組不同年齡組中，年齡較大者其降主動脈峽部PRV平均值較低，尤其對于60歲以上的老年人群其逆流FR也有著明顯的降低，這些血流動力學(xué)指標(biāo)的改變可能為研究降主動脈相關(guān)疾病的發(fā)生提供理論基礎(chǔ)。

[1] Dake MD，Miller DC，Semba CP，et al.Transluminal placement of endovascular stent-grafts for the treatment of descending thoracic aortic aneurysms[J].New England Journal of Medicine，1994，331(26): 1729-1734.

[2] Itatani K，Okada T，Uejima T，et al.Intraventricular flow velocity vector visualization based on the continuity equation and measurements of vorticity and wall shear stress[J].Jpn J App lPhys，2013，52(7):HF16.

[3] 馮玉紅.血流向量成像技術(shù)臨床研究進(jìn)展[J].中華超聲影像學(xué)雜志，2015，24(10): 916-919.

[4] 葉藝，趙寶珍，湯敬東.彩色多普勒超聲對胸降主動脈血流動力學(xué)的研究[J].中國臨床醫(yī)學(xué)影像雜志，2007，27(2):104-105.

[5] Wen CY，Yang AS，Tseng LY，et al.Investigation of pulsatile flow field in healthy thoracic aorta models[J].Annals of biomedical engineering，2010，38(2): 391-402.

[6] Hashimoto J，Ito S.Aortic stiffness determines diastolic blood flow reversal in the descending thoracic aorta: potential implication for retrograde embolic stroke in hypertension[J].Hypertension,2013,62(3):542-549.

[7] Svedlund S，Wetterholm R，Volkmann R，Caidahl K.Retrograde blood flow in the aortic arch determined by transesophageal Doppler ultrasound[J].Cerebrovasc Dis，2009，27(1): 22-28.

[8] 王佩顯，周文.心臟大血管的衰老及相關(guān)因素分析[J].醫(yī)學(xué)理論與實踐，1999，12(3):130-133.

[9] 趙珺，景在平，趙志青，等.胸主動脈夾層動脈瘤腔內(nèi)隔絕術(shù)前裂口的評估[J].解放軍醫(yī)學(xué)雜志，2001，13(9):634-637.

[10]Tenenbaum A，Motro M，Shapira I，et al.Retrograde embolism and atherosclerosis development in the human thoracic aorta: are the fluid dynamics explanations valid?[J].Medical hypotheses，2001，57(5): 642-647.

[11]宋江湖，陳國定，任延平.考慮流固耦合作用的主動脈弓血液流動分析[J].中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報，2008，27(3)：405-409.

[12]張薇，鐘明，張運，等.胸主動脈血流動力學(xué)改變與動脈粥樣硬化關(guān)系的超聲研究[J].中國超聲醫(yī)學(xué)雜志，1999，15(6):57-59.

[13]Sukernik MR，West OD，Chittivelu B，et al.Hemodynamic predictors of atherosclerosis in the thoracic aorta[J].Echocardiography，1998，15(2): 157-161.

[14]喬愛科，伍時桂.主動脈弓內(nèi)脈動流的有限元分析[J].生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志，2001，18(4):583-588.

Age-related changes of retrograde in descending aortic isthmus in normal adults detected by vector flow mapping

CAIYu-yan，WEIXin，ZHANGXiao-ling，LIUGu-yue,TANGHong△
(DepartmentofCardiology,WestChinaHospital,SichuanUniversity,Chengdu610041,China)

TANGHong

Objective To evaluate the changes of retrograde velocity and volume fraction with age in the descending thoracic aortic isthmus in normal adults by using vector flow mapping (VFM). Methods Ninety-four healthy subjects were divided into three groups according to age: 18～39 years (group A,n= 30), 40～59 years (group B,n= 35) and > 60 years (group C,n= 29). The echocardiography images acquiring were focused on the descending aorta by suprasternal view and VFM analysis were performed on the workstation to measure the peak retrograde velocity (PRV), systolic forward flow (Fs) and diastolic reverse flow (-Fd). The retrograde fraction (RF) was represented as ratio of -Fd to Fs. Results Retrograde in early diastole in descending aortic isthmus was observed in all subjects. The mean values of PRV and Fs in the group A were higher than that in the group B which were higher than that in the group C (P< 0.05). The -Fd showed a trend to decrease with age. However, it was not statistically significant. The difference in RF between the group B and the group C was statistically significant. Conclusion The PRV and RV of descending aortic isthmus in people older than 60 years are significantly decreased. Those age-related changes of hemodynamics in descending aortic isthmus may provide a theory basis for associated aortic diseases.

Vector flow mapping； Echocardiography； The descending aortic isthmus； Retrograde； Aging

R540.45

A

1672-6170(2016)05-0010-05

唐 紅,女，碩士，主任醫(yī)師，教授，碩士生導(dǎo)師。四川省學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人。中國超聲醫(yī)學(xué)工程學(xué)會常務(wù)理事、超聲心動圖專業(yè)委員會副主任委員，中華醫(yī)學(xué)會超聲分會委員，中國醫(yī)師協(xié)會心血管內(nèi)科醫(yī)師分會超聲心動圖委員會常委，中國醫(yī)師協(xié)會超聲醫(yī)師分會委員、超聲心動圖委員會常委，四川醫(yī)學(xué)會超聲專業(yè)委員會主任委員，四川省醫(yī)師協(xié)會超聲醫(yī)師分會會長，四川省超聲醫(yī)學(xué)工程學(xué)會副會長。研究方向：心血管超聲。

2016-07-06)