二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)對(duì)正常成人主動(dòng)脈根部生物力學(xué)的評(píng)估價(jià)值

裴勇凱 吳 娟 王艷麗 龔 敏 冀加美 武 俊

主動(dòng)脈根部包括主動(dòng)脈瓣環(huán)、主動(dòng)脈竇和主動(dòng)脈瓣葉［1］。主動(dòng)脈根部具有強(qiáng)大的生物力學(xué)功能，每年可有效地承載超過3000萬次的心臟容量循環(huán)［2］，承受著巨大的壓力和應(yīng)力。在這樣的血流動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)下，主動(dòng)脈壁膠原纖維的疲勞和斷裂會(huì)引起主動(dòng)脈根部不同程度的變性與硬化，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致主動(dòng)脈疾病的發(fā)生，危及患者生命。近年來，主動(dòng)脈疾病的發(fā)病率及死亡率逐步升高，嚴(yán)重威脅著人類的生活質(zhì)量及健康。許多累及主動(dòng)脈根部的外科手術(shù)及微創(chuàng)治療均取締了主動(dòng)脈竇部，改變了人工主動(dòng)脈瓣膜周圍的血流動(dòng)力學(xué)，與人工瓣膜的衰敗密切相關(guān)［3］。因此，研究正常成人主動(dòng)脈根部與左室的耦聯(lián)作用對(duì)探究病理狀態(tài)下主動(dòng)脈根部疾病的發(fā)生與轉(zhuǎn)歸、主動(dòng)脈根部手術(shù)方式的改良及人工瓣膜的設(shè)計(jì)具有重要意義。目前，有多種影像學(xué)手段可以對(duì)主動(dòng)脈根部進(jìn)行生物力學(xué)評(píng)估，其中二維斑點(diǎn)追蹤（2D-STE）技術(shù)可以對(duì)心肌運(yùn)動(dòng)和形變變量進(jìn)行計(jì)算，且無角度依賴性，目前已逐漸用于血管壁應(yīng)變?cè)u(píng)估。本研究應(yīng)用2D-STE評(píng)估正常成人主動(dòng)脈根部的縱向應(yīng)變（LS）、縱向應(yīng)變率（LSR）及其曲線的波形特征，分析其與年齡、每搏量、血壓（收縮壓、舒張壓、脈壓）和左室功能的相關(guān)性。

資料與方法

一、研究對(duì)象

收集2019年3月至2020年11月在我院體檢的健康志愿者208例，其中男109例，女99例，平均（41.2±12.7）歲。按年齡分為20～30歲組（53例）、＞30～40歲組（54例）、＞40～50歲組（49例）、＞50歲組（52例）。排除標(biāo)準(zhǔn)：①現(xiàn)在或既往接受心臟藥物治療；②有心血管危險(xiǎn)因素；③缺血性心肌病或心臟瓣膜病、腦血管或外周血管疾病、心律失常、慢性肺疾?。虎艹晥D像質(zhì)量不佳者。本研究經(jīng)我院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有研究對(duì)象均簽署知情同意書。

二、儀器與方法

1.超聲檢查：使用Philips EPIQ 7C彩色多普勒超聲診斷儀，X5-1探頭，頻率1～5 MHz。受檢者取左側(cè)臥位，并連接同步心電圖。分別于胸骨旁左室長軸切面，以及心尖兩腔、三腔和四腔切面采集超聲圖像；于胸骨旁左室長軸切面測(cè)量主動(dòng)脈竇各徑線，于舒張末期測(cè)量主動(dòng)脈竇最大高度、收縮末期測(cè)量主動(dòng)脈竇最小高度。應(yīng)用雙平面Simpson法測(cè)定左室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）和每搏量（SV），計(jì)算每搏量指數(shù)（SVI）。以上操作均由同一超聲醫(yī)師完成。

2.圖像分析：使用QLAB 10.5脫機(jī)分析軟件，分別于心尖兩腔、三腔及四腔切面測(cè)量左室整體縱向應(yīng)變（LVGLS）。由于主動(dòng)脈竇部的非線性特點(diǎn)，為了使其LS測(cè)量更為精確，首次將主動(dòng)脈竇部分為4節(jié)段進(jìn)行測(cè)量：即主動(dòng)脈竇部前壁瓣環(huán)側(cè)（從主動(dòng)脈前壁瓣環(huán)處到主動(dòng)脈前壁竇部頂點(diǎn)）、主動(dòng)脈竇部前壁竇管交界側(cè)（從主動(dòng)脈前壁竇部頂點(diǎn)到主動(dòng)脈前壁竇管交界處）、主動(dòng)脈竇部后壁瓣環(huán)側(cè)（從主動(dòng)脈后壁瓣環(huán)處到主動(dòng)脈后壁竇部頂點(diǎn)）、主動(dòng)脈竇部后壁竇管交界側(cè)（從主動(dòng)脈后壁竇部頂點(diǎn)到主動(dòng)脈后壁竇管交界處）。對(duì)主動(dòng)脈竇部各分段進(jìn)行手動(dòng)描記，將取樣點(diǎn)放在主動(dòng)脈壁的內(nèi)膜面并手動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，以確保感興趣區(qū)（ROI）正確跟蹤管壁，見圖1。系統(tǒng)自動(dòng)分析生成相應(yīng)節(jié)段LS及LSR曲線，測(cè)定主動(dòng)脈竇4個(gè)節(jié)段的LS。所有數(shù)據(jù)均重復(fù)測(cè)量3次取其均值。

圖1 選擇用戶自定義的ROI線性輪廓追蹤主動(dòng)脈壁。LV：左室；RV：右室；AO：主動(dòng)脈

3.重復(fù)性檢測(cè)：每組隨機(jī)選擇10例參與者，由同一觀察者在初始測(cè)量14 d后重復(fù)測(cè)量進(jìn)行觀察者內(nèi)重復(fù)性檢驗(yàn)；另選一對(duì)先前測(cè)量結(jié)果不知情的觀察者進(jìn)行再次測(cè)量，進(jìn)行觀察者間重復(fù)性檢驗(yàn)。

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

應(yīng)用SPSS 24.0統(tǒng)計(jì)軟件，計(jì)量資料以±s表示，組間比較采用單因素方差分析；計(jì)數(shù)資料以例或率表示，組間比較行χ2檢驗(yàn)。LVGLS、SVI、血壓與收縮期LSR值的相關(guān)性分析采用Pearson相關(guān)分析法。LS和LSR的觀察者間和觀察者內(nèi)重復(fù)性檢驗(yàn)采用Bland-Altman法。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)果

一、正常成人主動(dòng)脈竇部LS及LSR曲線特征

1.主動(dòng)脈竇瓣環(huán)側(cè)前、后壁的LS曲線趨勢(shì)相似（圖2A），曲線位于基線上方，LS峰值為正值。等容收縮期和快速射血期表現(xiàn)為急劇上升，隨后出現(xiàn)相對(duì)緩慢的上升分支，直到等容舒張期結(jié)束時(shí)出現(xiàn)峰值；在快速充盈期波形呈下降趨勢(shì)，在減慢充盈期波形呈緩慢下降趨勢(shì)。此外，在心房收縮期可見一個(gè)小峰值的切跡。其對(duì)應(yīng)的LSR圖見圖2B。

2.主動(dòng)脈竇竇管交界側(cè)前、后壁的LS曲線趨勢(shì)相似（圖2C），曲線基本位于基線下方，LS峰值為負(fù)值。等容收縮期和快速射血期波形均呈短暫上升趨勢(shì)，隨后于減慢收縮期迅速下降，直至主動(dòng)脈瓣關(guān)閉前達(dá)最低點(diǎn)。在舒張?jiān)缙谠俅紊仙缶徛陆?。此外，在心房收縮期也有一個(gè)小切跡。其對(duì)應(yīng)的LSR圖見圖2D。

圖2 20～30歲組主動(dòng)脈竇局部LS和LSR曲線圖

二、各組一般資料比較

各組性別、體表面積及血壓比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；僅年齡比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）。見表1。

表1 各組一般資料比較

三、各組常規(guī)超聲參數(shù)及主動(dòng)脈根部LS、LSR比較

正常成人各組間主動(dòng)脈竇整體LS和升主動(dòng)脈整體LS比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.001），其中20～30歲組與＞30～40歲組、＞40～50歲組、＞50歲組比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05），＞30～40歲組與＞40～50歲組、＞50歲組比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05），＞40～50歲組與＞50歲組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.001）；各組收縮期、舒張期LSR比較均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。各組LVEF、LVGLS、SVI比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.001）。見表2。

表2 各組常規(guī)超聲參數(shù)及主動(dòng)脈根部LS、LSR比較（±s）

表2 各組常規(guī)超聲參數(shù)及主動(dòng)脈根部LS、LSR比較（±s）

與＞30～40歲組比較，※P＜0.05；與＞40～50歲組比較，*P＜0.05；與＞50歲組比較，&P＜0.05。LVEF：左室射血分?jǐn)?shù)；LVGLS：左室整體縱向應(yīng)變；SVI：每搏量指數(shù)；LS：縱向應(yīng)變；LSR：縱向應(yīng)變率

組別主動(dòng)脈竇LSR（s-1）LVEF（%）62.2±3.3961.8±2.1961.4±2.0960.9±3.250.315 LVGLS（%）21.5±2.06*21.4±1.8920.7±1.4120.5±1.770.102 SVI（ml/m2）39.1±1.5539.0±1.7138.8±1.4039.0±1.210.909 LS（%）主動(dòng)脈竇整體27.19±2.37※*&25.50±2.77*&24.06±2.77&21.35±3.07＜0.001瓣環(huán)側(cè)舒張期-2.30±0.49-2.08±0.44-2.17±0.58-2.12±0.450.247竇管交界側(cè)收縮期-4.50±0.85-4.06±1.05-4.12±0.67-4.01±0.820.069瓣環(huán)側(cè)收縮期2.87±0.722.68±0.732.62±0.772.60±0.700.406竇管交界側(cè)舒張期4.42±1.574.39±1.194.03±1.273.93±1.400.37920～30歲組＞30～40歲組＞40～50歲組＞50歲組P值升主動(dòng)脈整體32.85±8.34*&31.18±5.77*&25.16±4.8424.13±5.15＜0.001

四、相關(guān)性分析

主動(dòng)脈竇部整體LS、升主動(dòng)脈整體LS均與年齡呈負(fù)相關(guān)（r=-0.614、-0.507，均P＜0.001），與LVGLS呈正相關(guān)（r=0.487、0.313，均P＜0.001），與SVI呈正相關(guān)（r=0.321、0.336，均P＜0.001）。主動(dòng)脈竇部LS及LSR均與血壓（收縮壓、舒張壓、脈壓）無相關(guān)性。主動(dòng)脈竇、竇管交界側(cè)收縮期LSR峰值均與LVGLS呈正相關(guān)（r=0.512、0.541，均P＜0.001），與SVI無相關(guān)性。

五、重復(fù)性分析

主動(dòng)脈根部LS和LSR在觀察者內(nèi)和觀察者間重復(fù)性均較好，見圖3，4。

圖3 主動(dòng)脈根部LS和LSR在觀察者內(nèi)重復(fù)性Bland-Altman圖

圖4 主脈根部LS和LSR在觀察者間重復(fù)性Bland-Altman圖

討論

主動(dòng)脈壁由內(nèi)膜、中膜、外膜三層結(jié)構(gòu)組成，其主要特征及功能性結(jié)構(gòu)是中膜層。中膜層的生物力學(xué)功能主要取決于膠原蛋白和彈性蛋白的數(shù)量。隨著年齡的增長，主動(dòng)脈中層發(fā)生變性導(dǎo)致主動(dòng)脈進(jìn)行性硬化［4］，使主動(dòng)脈LS減小。本研究發(fā)現(xiàn)正常成人隨著年齡的增大，管壁LS逐步減小，主動(dòng)脈竇、升主動(dòng)脈管壁LS均與年齡呈負(fù)相關(guān)（r=-0.614、-0.507，均P＜0.001）。與以往文獻(xiàn)［5-7］報(bào)道的腹主動(dòng)脈、降主動(dòng)脈及主動(dòng)脈弓的管壁老化特征一致。研究［8］表明，在健康人群中，動(dòng)脈近端至遠(yuǎn)端的擴(kuò)張能力是逐漸減弱的，也被稱為僵硬度梯度。同樣，主動(dòng)脈同一橫斷面各個(gè)方向上的彈性特性也存在區(qū)域異質(zhì)性［9］。根據(jù)以往研究［10］報(bào)道，升主動(dòng)脈壁的應(yīng)力在不同位置發(fā)生變化，升主動(dòng)脈大彎側(cè)的應(yīng)力通常高于小彎側(cè)，在左室胸骨旁長軸切面上，升主動(dòng)脈小彎側(cè)即升主動(dòng)脈前壁與主動(dòng)脈竇前壁相連，升主動(dòng)脈大彎側(cè)即升主動(dòng)脈后壁與主動(dòng)脈竇后壁相連。因此，主動(dòng)脈竇部具有與升主動(dòng)脈類似的前、后壁力學(xué)差異，充分驗(yàn)證了主動(dòng)脈竇和升主動(dòng)脈前、后壁的區(qū)域異質(zhì)性。此外，本研究結(jié)果顯示正常成人主動(dòng)脈竇瓣環(huán)側(cè)和竇管交界側(cè)LS曲線不同，也驗(yàn)證了主動(dòng)脈竇各節(jié)段的區(qū)域異質(zhì)性。

Safar［11］研究表明，高血壓病患者主動(dòng)脈LS與血壓間具有密切聯(lián)系，但本研究結(jié)果顯示，LS及LSR與血壓（收縮壓、舒張壓、脈壓）間缺乏相關(guān)性，這可能是因?yàn)楸狙芯繉?duì)象均為健康成人，血壓波動(dòng)范圍有限，因此限制了臨床對(duì)血管力學(xué)與患者血流動(dòng)力學(xué)關(guān)系的研究。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，主動(dòng)脈竇部LS與SVI、LVGLS均呈正相關(guān)（r=0.487、0.336，均P＜0.001），主動(dòng)脈竇部收縮期LSR與LVGLS呈正相關(guān)（r=0.512，P＜0.001）。研究［12］表明，主動(dòng)脈根部LS與心室收縮期的牽拉作用密切相關(guān)。心室收縮能力越強(qiáng)，主動(dòng)脈竇所受到的牽拉作用越大，應(yīng)變?cè)黾拥乃俣燃磻?yīng)變率越大，LS值也相應(yīng)增加，同時(shí)，正常成人SVI也與左室收縮能力密切相關(guān)，這些指標(biāo)均證明了左室-主動(dòng)脈耦聯(lián)作用。但是，主動(dòng)脈竇部收縮期LSR與SVI無明顯相關(guān)性，這可能是由于收縮早期血流通過縮短的主動(dòng)脈竇由左室直接射入升主動(dòng)脈，主動(dòng)脈竇內(nèi)僅存在較少的渦流血流，其對(duì)主動(dòng)脈竇管壁的壓力并不顯著。

本研究局限性：樣本量少，所使用的脫機(jī)軟件最初是為測(cè)量左室應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)，無法對(duì)主動(dòng)脈管壁ROI制定標(biāo)準(zhǔn)參考點(diǎn)，測(cè)量結(jié)果可能會(huì)受影響；此外，本研究僅研究了縱向的應(yīng)變，缺乏對(duì)圓周方向的研究，今后將結(jié)合圓周應(yīng)變方向進(jìn)一步探究。

綜上所述，應(yīng)用2D-STE技術(shù)評(píng)估主動(dòng)脈根部血管生物力學(xué)具有一定的可行性和重復(fù)性。主動(dòng)脈竇部LS隨著年齡的增加而降低，且與SVI及LVGLS呈正相關(guān)。主動(dòng)脈竇部LS及收縮期LSR體現(xiàn)了左室-主動(dòng)脈耦聯(lián)關(guān)系，對(duì)維持血流動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定有一定作用。