超聲速度向量成像技術(shù)的應用及展望
目前，全世界每年約有兩千萬次的心血管影像檢查采用X射線心血管造影,、超聲心動圖或核醫(yī)學技術(shù)。超聲心動圖以其無創(chuàng),、便捷,、可重復操作等優(yōu)點成為心血管影像檢查的首選方法。隨著超聲相關(guān)技術(shù)和計算機后處理能力的提高,，發(fā)展起來一種新的技術(shù)—速度向量成像技術(shù)(Velocity Vector Imaging,，VVI)。該技術(shù)是新近推出的研究心肌結(jié)構(gòu)力學,、分析局部心功能的新技術(shù),，為測量心臟扭轉(zhuǎn)運動、應變及應變率,、心臟再同步化的評價提供了新的方法,，使人們從一個新的視野重新認識心臟運動。
一 原理
VVI技術(shù)利用超聲象素的空間相干,、斑點追蹤及邊界追蹤(包括二尖瓣環(huán),、組織/心腔邊界的運動、組織鄰近邊界的運動及R-R間期顯示的心臟循環(huán)運動)等技術(shù),，采集原始的二維象素的振幅及相位信息,，運用一種實時心肌運動跟蹤運算法，計算并以矢量方式顯示二維超聲心動圖上組織結(jié)構(gòu)的活動方向,、速度,、距離、時相等,，對心肌組織在多個平面運動的結(jié)構(gòu)力學進行量化分析,，避免了多普勒的角度依賴性，實現(xiàn)二維,、三維的參數(shù)成像(圖1),，能更準確地對心肌運動進行自動追蹤，通過對向量大小及方向的分析得到大量反映心肌生物學特征的數(shù)據(jù),。
其技術(shù)優(yōu)勢在于：
(1)采用聲學采集,，與傳統(tǒng)組織多普勒技術(shù)比較，無角度和幀頻的依賴,，并且噪音顯著減少,；
(2)無分析切面的局限，能定量心肌在長軸,、短軸和圓周方向的速度,、位移,、應變和應變率；
(3)無需事先標定瓣膜開放和關(guān)閉時間,；
(4)重復性較組織多普勒成像有所提高,。
二 應用范圍及相關(guān)研究
1. 應用
a. 揭開心肌運動奧秘
探索心肌原動力，真實再現(xiàn)心臟室壁的收縮和舒張運動,。
b. 研究心臟扭轉(zhuǎn)運動
分析心尖部運動向量,，量化心肌扭轉(zhuǎn)角度，顯示心肌扭轉(zhuǎn)速度,。
c. 捕捉動態(tài)向量
實時追蹤心肌運動,，任意選擇取樣部位，無多普勒角度依賴,。
d. 整體及節(jié)段性運動評估
任意切面M型取樣,，任何二維切面取樣，心臟容積計算,，應變,、應變率分析，局部與總體射血功能,，心肌運動三維定量,，心臟同步化研究。
e. 血管壁的運動
2. 相關(guān)研究
a. 心臟扭轉(zhuǎn)運動的研究
心臟的運動較復雜,，除沿心臟長軸和短軸運動外,，還伴隨扭轉(zhuǎn)運動。心動周期中心臟的扭轉(zhuǎn)對正常心功能很重要,，可能還促進舒張早期心室充盈,。因此對扭轉(zhuǎn)角度的測量能為臨床提供一個非常有價值的診斷方法。我們應用Sequoia 512超聲診斷儀,，以VVI技術(shù)觀察了32名健康志愿者的左室扭轉(zhuǎn)運動,。結(jié)果發(fā)現(xiàn)32名健康志愿者左室扭轉(zhuǎn)角度為(6.10±2.93)度，男性左室扭轉(zhuǎn)角度為(5.45±2.46)度,，女性左室扭轉(zhuǎn)角度為（7.04±3.31)度,，男女之間差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05)。左室扭轉(zhuǎn)方向規(guī)定從心尖向心底部觀察逆時針旋轉(zhuǎn)為正方向,，反之為負,。我們的結(jié)果顯示心底與心尖均為正占34%，均為負占13%,，心底正心尖負占25%,，心底負心尖正占28%，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),。早在1628年Harvey W就發(fā)現(xiàn)了在心臟收縮與舒張過程中的心室扭轉(zhuǎn),，之后許多學者也發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象,，但由于當時技術(shù)的限制，左室扭轉(zhuǎn)程度很難測量,。最早人們以X射線電影成像技術(shù)檢測心室扭轉(zhuǎn)運動,。隨著超聲心動圖技術(shù)的發(fā)展，為檢測心臟扭轉(zhuǎn)運動提供了一種無創(chuàng)方法,。MRI也可用來測量心室扭轉(zhuǎn),，但目前尚沒有評價左室扭轉(zhuǎn)的金標準。VVI技術(shù)應用象素的空間相干及追蹤技術(shù)(Pixel Tracking),，通過一種實時心肌運動跟蹤運算法，跟蹤每幀圖像上的象素點,，能在二維的高幀頻灰階圖像上得到其運動速度和方向的變化曲線,，且該技術(shù)與以往多普勒組織成像技術(shù)比較克服了角度依賴性，故可用來研究心臟的扭轉(zhuǎn)運動,。
目前,，有關(guān)心臟扭轉(zhuǎn)的研究所得出的扭轉(zhuǎn)角度和方向尚不完全一致。本研究中左室扭轉(zhuǎn)角度與應用超聲技術(shù)的研究結(jié)果相似,，且男女之間差異無顯著性,，但與其它技術(shù)如MRI測量的正常人左室扭轉(zhuǎn)角度相比偏小，這可能與采用的方法不同有關(guān),。由于樣本量小,，尚未發(fā)現(xiàn)明顯的心臟扭轉(zhuǎn)規(guī)律，還需要更大樣本量進一步研究,?？傊琕VI技術(shù)是一種方便,、無創(chuàng)的測量心臟扭轉(zhuǎn)的方法,，這一技術(shù)還可進行各種心臟病扭轉(zhuǎn)方面的研究。
b. 心臟整體與節(jié)段性功能評估
左室整體功能是各節(jié)段局部功能的總和,，任何一部分局部功能降低均會影響左室的整體功能,。室壁節(jié)段性運動異常是心肌缺血最早的特征性表現(xiàn)之一，也是超聲心動圖診斷冠心病的主要依據(jù),，正確地評定心臟功能對臨床醫(yī)生很重要,。
目前，評價心臟功能的方法,，如心搏量,、射血分數(shù)(EF)等都是估測心室的整體功能。觀察室壁的節(jié)段性運動雖然可以了解心臟的局部功能,，但為半定量性,，而且要有一定的經(jīng)驗,。 同位素左室造影雖然可以評價局部心功能，得到節(jié)段的EF值,，但因其有創(chuàng)傷,、價格相對昂貴、患者無法接受等原因無法廣泛應用于臨床,。而VVI技術(shù)能夠準確計算心室各節(jié)段的收縮及舒張末期容積,，進而得到節(jié)段EF值，可定量評價心臟節(jié)段功能,。這是對以往超聲技術(shù)只能研究整體EF值新的突破,，且方法簡便可行(圖2)。曹鐵生等應用VVI技術(shù)研究了高血壓患者的心臟功能,，發(fā)現(xiàn)四腔切面的高血壓病組除室間隔基底段外余各節(jié)段EF值均小于對照組相應節(jié)段,，且有統(tǒng)計學意義。
c. 應變,、應變率分析
應變及應變率反映的是局部心肌發(fā)生的形變及速率,，不受周圍心肌牽拉的影響，因此在超聲診斷研究中備受關(guān)注,。以往對應變及應變率的研究是基于多普勒組織成像,，受到角度限制，對與聲束夾角大于20度的心肌組織及短軸方向上心肌的形變難以進行準確評估,。操鐵生等利用VI技術(shù)對高血壓病患者及正常對照組不僅進行了長軸方向上的應變率分析,，而且還做了短軸方向上的應變率分析，發(fā)現(xiàn)高血壓病組的應變率無論在長軸方向還是短軸方向均小于對照組,。我們的研究還發(fā)現(xiàn)肥厚型心肌病與缺血性心肌病患者的應變及應變率均小于正常人,。以VVI技術(shù)測量應變及應變率不受角度限制，且重復性較好,。
d. 心肌運動三維定量
VVI技術(shù)不但在二維圖像上采集數(shù)據(jù),，使數(shù)據(jù)形象化，觀察更準確,，還可形成速度,、應變及應變率的三維圖，直觀顯示心肌立體活動狀態(tài)(圖3~5),。
e. 心臟同步化研究
隨著對終末期充血性心力衰竭患者進行心臟再同步化治療的開展,，如何判斷心室內(nèi)心肌運動的不同步已成為國內(nèi)外研究的熱點。且終末期充血性心力衰竭,，并左末支傳導阻滯的患者,，左室各節(jié)段可出現(xiàn)不同程度的收縮延遲。目前，對用哪種方法,、采用哪些參數(shù)作為判斷心室內(nèi)不同步的標準尚無定論,。VVI技術(shù)為直觀、客觀地反映左室失同步現(xiàn)象提供了新的方法,。該技術(shù)能定量觀察,，結(jié)合左室功能的測定，可以綜合評價左心室內(nèi)收縮的失同步,。
舒先紅等利用VVI技術(shù)對正常人和心力衰竭患者的同步性進行了研究,。正常人不論在長軸還是短軸，同一切面上各室壁節(jié)段的速度向量大小相近,，方向同步,。心力衰竭患者，在CRT治療(Cardiac Resynchronization Therapy,，CRT)前,，病變心肌的速度向量明顯減低，方向不同步,。經(jīng)CRT治療后，長軸,、短軸和圓周方向的同步性得到改善,，達峰時間顯著縮短。
謝明星等應用VVI技術(shù)探察束支傳導阻滯,、室性早搏和顯性預激引起的室間和室內(nèi)心肌運動延遲和不協(xié)調(diào),。結(jié)果顯示8例完全性左束支傳導阻滯患者左室心肌出現(xiàn)顯著收縮延遲與不同步，側(cè)壁收縮尤其顯著,。室早患者在早搏周期內(nèi),，異位起搏點處心肌收縮明顯早于其余室壁,，心室收縮不協(xié)調(diào)。預激患者則出現(xiàn)特征性局部心肌收縮早期提前收縮，收縮中,、晚期收縮同步性并無明顯影響，徑向收縮峰值應變達峰時間基本一致,。
總之,，VVI技術(shù)克服了組織多普勒(Tissue Doppler Imaging，TDI)的不足,，對定量判斷心臟收縮和舒張同步性,、異位起搏點的標測、預測和隨訪CRT療效具有重要的臨床價值,。
f. 其它
VVI技術(shù)還在外周大動脈及胎兒心臟等方面顯示了其優(yōu)越性,。有研究顯示正常人外周大動脈壁VVI特點為：動脈壁運動協(xié)調(diào)，符合彈性腔理論,；動脈前壁應變及應變率比后壁稍大,；主干應變及應變率比分叉處大,。動脈粥樣硬化斑塊血管VVI特點：粥樣斑塊處運動速度、應變及應變率比無斑塊處低,；斑塊基底部應變率比斑塊表面低,；動脈粥樣硬化血管各壁存在運動不協(xié)調(diào)，斑塊處達峰時間提前,。該技術(shù)還使胎兒心律失常的評價變得容易,，其解剖M型可解決進行胎兒應變率成像時無法獲取胎兒心電信號問題。對心律失常時心肌結(jié)構(gòu)力學的變化,、心功能等提供精確指標,。
三 存在的問題
VVI技術(shù)問世不久，即取得了一系列的成就,，但在臨床實踐中發(fā)現(xiàn)仍存在一些問題：
1. VVI技術(shù)雖能在2~4 cm范圍內(nèi)進行邊界跟蹤,，并通過對二尖瓣環(huán)運動的跟蹤對心內(nèi)膜邊界進行自動識別辨認，但心內(nèi)膜的清晰勾畫將直接影響分析結(jié)果,，因此選擇的基礎(chǔ)圖像應盡量清晰,，必要時在留取二維圖像時應囑患者屏氣以保證圖像的穩(wěn)定性。
2. 心內(nèi)膜的應變率較心肌層和心外膜偏大,，因此為保證分析結(jié)果的準確性,、可比性，應盡量對每一患者及每一次勾畫均在心內(nèi)膜或同一心肌層,。
3. 探頭作為參照物,，放置位置不同將會影響分析結(jié)果，在長軸方向軟件自動默認的位置在心尖部,，如無特殊要求應將探頭放置在四腔心切面及二腔心切面的心尖部,。
四 前景展望
雖然VVI軟件仍在繼續(xù)研發(fā)階段，還有不完善的地方,，但其重復性好,，無多普勒角度依賴的優(yōu)點將為超聲評價心臟運動及功能提供新方法。
該技術(shù)特有的二維超聲切面上直觀顯示心肌的運動速度和方向,，能提供獨特的心肌運動成像方式,，客觀精確地展現(xiàn)出心臟收縮與扭轉(zhuǎn)運動，更完整地表達心臟射血動力,，準確定量心臟容積及射血功能,，也是心律失常、心衰等非同步運動定量分析及其同步化治療的可靠依據(jù),。該項最新技術(shù)將從超聲角度對臨床和科研工作產(chǎn)生重大影響,，為心血管疾病診斷與治療開辟了最新途徑，具有廣闊的應用前景。
