超聲向量血流成像在評估糖尿病患者頸動脈粥樣硬化中的應用

周易，王珊，尹立雪*，曹旭

1.四川省醫(yī)學科學院·四川省人民醫(yī)院（電子科技大學附屬醫(yī)院）心血管超聲及心功能科，超聲心臟電生理學與生物力學四川省重點實驗室，四川省心血管病臨床醫(yī)學研究中心（國家心血管疾病臨床醫(yī)學研究中心四川分中心），四川 成都 610072；2.四川省醫(yī)學科學院·四川省人民醫(yī)院（電子科技大學附屬醫(yī)院）內(nèi)分泌科；四川 成都 610072；

血管病變是糖尿病患者的常見并發(fā)癥之一，也是影響糖尿病預后的重要因素之一，其共同結(jié)局主要為動脈粥樣硬化導致靶器官缺血缺氧，導致急性心肌梗死、腦卒中等心腦血管危急事件的發(fā)生[1]。動脈粥樣硬化的發(fā)展進程主要表現(xiàn)為顯微鏡下的內(nèi)膜增厚期、脂肪條紋期、病理性內(nèi)膜增厚期、纖維斑塊期，斑塊破裂及其前期病變（即易損斑塊）[2]。在動脈粥樣硬化病理生理過程中血流動力學因素具有重要作用，其中局部血流動力學因素壁剪切力（wall shear stress，WSS）是最主要的影響因素之一[3]。超聲向量血流成像（vector flow imaging，V-Flow）技術(shù)是一種嶄新的血流成像技術(shù)，能實時顯示血流的方向、流速及流線的變化，無角度依賴性，并可以直接計算出感興趣區(qū)WSS，較傳統(tǒng)超聲測量更準確，操作更方便。目前少有運用V-Flow技術(shù)研究糖尿病患者血管病變的報道，本研究擬通過應用該技術(shù)觀察糖尿病患者頸動脈內(nèi)血流動力學狀態(tài)，定量分析管腔內(nèi)WSS分布，對比觀察頸動脈不同粥樣硬化程度下WSS的變化情況，為預測急性心肌梗死、腦卒中等心腦血管危急事件和早期臨床干預提供一定價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性選取2019年4—6月在四川省人民醫(yī)院確診的糖尿病患者44例（88支血管），男22例，女22例，年齡30～71歲，平均（48.75±14.08）歲。同時選擇2019年1—6月在本院體檢結(jié)果未見明顯異常的健康者15例作為對照，男10例，女5例，年齡33～61歲，平均（45.46±12.43）歲。本研究經(jīng)本院醫(yī)學倫理委員會批準[TJ-IRB（20220512）]。

糖尿病組納入標準：符合《中國2型糖尿病防治指南（2020年版）》中的診斷標準[1]。排除標準：①排除糖尿病合并高血壓但血壓控制不佳、急性心腦血管系統(tǒng)疾病、嚴重心律失常、肝腎器質(zhì)性疾病、內(nèi)分泌代謝疾病及其他系統(tǒng)性疾??；②頸總動脈粥樣硬化斑塊致管腔重度狹窄，狹窄度約70%～99%的糖尿病患者；③頸總動脈粥樣硬化斑塊嚴重鈣化，二維圖像及彩色多普勒血流成像顯示不清。

正常對照組納入標準：年齡和性別與研究組相匹配的健康體檢成人。排除標準：高血壓、嚴重心腦血管疾病、肝腎器質(zhì)性疾病、內(nèi)分泌代謝疾病及其他系統(tǒng)性疾病。

分組標準：正常人內(nèi)-中膜厚度（intima-media thickness，IMT）＜1.0 mm，1.0 mm≤IMT＜1.5 mm定義為IMT增厚；IMT≥1.5 mm，凸出于血管腔內(nèi)或局限性增厚，并高于周邊IMT的50%，定義為動脈粥樣硬化斑塊形成[4]。

糖尿病患者88支血管中，37支（42%）血管未發(fā)現(xiàn)IMT增厚和動脈粥樣硬化斑塊，為IMT正常組；23支（26%）血管僅發(fā)現(xiàn)頸總動脈分叉處和（或）中段IMT增厚，為IMT增厚組；28支（32%）血管發(fā)現(xiàn)頸總動脈分叉處和（或）中段粥樣硬化斑塊，為斑塊組，其中18支（64.3%）血管分叉處粥樣硬化斑塊，6支（21.4%）血管分叉處和中段均發(fā)現(xiàn)粥樣硬化斑塊，4支（14.3%）血管僅中段粥樣硬化斑塊。

15例健康者（30支血管）頸總動脈彩超檢查IMT＜1.0 mm，均未見明顯粥樣硬化斑塊征象，為正常對照組。

1.2 儀器與方法

1.2.1 常規(guī)超聲檢查 應用邁瑞Resona7型彩色多普勒超聲診斷儀，L9-3U線陣探頭，頻率3.0～9.0 MHz，增益調(diào)節(jié)保證圖像信號顯示清晰，清晰顯示頸動脈管壁、斑塊和周圍組織。患者取平臥位，充分暴露頸部，沿頸總動脈由下向上進行縱向和橫向掃查，觀察頸動脈管壁是否光滑、IMT、斑塊位置、大小、形態(tài)及回聲特征。

1.2.2 V-Flow 同步連接心電圖，采用V-Flow觀察，首先選擇頸總動脈中段最大縱切面，管腔與取樣框垂直，囑患者保持體位不移動、勿吞咽，保持探頭1.5 s不移動采集圖像，并依次觀察頸總動脈中段和分叉處最大縱切面。采集后存儲分析，測量雙側(cè)頸總動脈中段、分叉處WSS，分別選擇頸總動脈中段和分叉處前、后壁3個感興趣區(qū)進行測量，取平均值（頸總動脈分叉處和中段形成粥樣硬化斑塊時，均選擇斑塊對應區(qū)域進行測量）。測量頸總動脈粥樣硬化斑塊處WSS時，感興趣區(qū)選擇斑塊上游肩部、頂部和下游肩部。本研究中WSS的測量分別由2名有經(jīng)驗的超聲醫(yī)師采用雙盲法獨立完成，第一次測量全部完成后，隨機選擇20例，4周后再由其中1名觀察者進行第2次測量，評價觀察者內(nèi)及觀察者間測量的一致性。

1.3 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 21.0軟件，符合正態(tài)分布的計量資料以±s表示，兩組比較采用t檢驗；多組比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用LSD-t檢驗。計數(shù)資料以例數(shù)或百分比表示，兩組比較采用χ2檢驗，采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）評價觀察者間的一致性。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料 糖尿病組體重指數(shù)明顯高于正常對照組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），甘油三酯、低密度脂蛋白膽固醇和糖化血紅蛋白均高于正常對照組（P＜0.05，表1）。

表1 糖尿病組患者與正常對照組一般資料比較

2.2 WSS測量的重復性 2名觀察者間測量位點WSS有較好的一致性（ICC＞0.75，P＜0.05）。同一名觀察者前后2次測量位點WSS也有較好的一致性（ICC＞0.75，P＜0.05）。

2.3 頸總動脈WSS的差異 糖尿病頸總動脈中段壁剪切力最大值（WSSmax）和分叉處WSSmax[（3.27±0.69）Pa和（2.33±0.65）Pa]均小于正常人頸總動脈對應部位WSSmax[（3.56±0.41）Pa和（2.64±0.73）Pa]，差異有統(tǒng)計學意義（P=0.001、0.003）；同時正常人和糖尿病頸總動脈分叉處WSS均明顯小于頸總動脈中段WSS，差異有統(tǒng)計學意義（P=0.001）。

3組糖尿病患者頸總動脈分叉處WSSmax和壁剪切力平均值（WSSmean）差異有統(tǒng)計學意義，并隨著動脈粥樣硬化程度的增加而變化（P＜0.05，表2）。IMT正常組分叉處WSSmax和WSSmean最低，IMT增厚組次之，斑塊組最高（圖1）。各組頸總動脈中段WSS的大小在不同粥樣硬化程度間差異無統(tǒng)計學意義（P=0.600、0.461，表2）。

圖1 糖尿病患者頸總動脈分叉處WSS。女，49歲，糖尿病IMT正常，超聲診斷為雙側(cè)頸總動脈未見明顯異常，圖示右側(cè)頸總動脈分叉處平均WSS大小，包括WSSmax和WSSmean（A）；女，52歲，糖尿病IMT增厚，超聲診斷為左側(cè)頸總動脈分叉處后壁IMT局限性增厚，圖示左側(cè)頸總動脈分叉處平均WSS大?。˙）；女，50歲，糖尿病斑塊，超聲診斷為右側(cè)頸總動脈分叉處后壁不均勻回聲粥樣硬化斑塊形成，圖示右側(cè)頸總動脈分叉處平均WSS大?。–）

表2 WSS在糖尿病患者頸總動脈不同粥樣硬化程度中的比較（±s）

表2 WSS在糖尿病患者頸總動脈不同粥樣硬化程度中的比較（±s）

注：WSSmax：壁剪切力最大值；WSSmean：壁剪切力平均值。頸總動脈分叉處WSSmax：斑塊組和IMT正常組比較（P=0.005），斑塊組與IMT增厚組比較（P=0.240）、IMT正常組與IMT增厚組比較（P=0.145）；頸總動脈分叉處WSSmean：斑塊組與IMT正常組比較（P=0.012）；斑塊組與IMT增厚組比較（P=0.217）；IMT正常組與IMT增厚組比較（P=0.277）

部位IMT正常組（n=37）IMT增厚組（n=23）斑塊組（n=28）F值P值分叉處WSSmax 2.13±0.52 2.37±0.69 2.58±0.69 4.23 0.018分叉處WSSmean 0.69±0.20 0.77±0.35 0.86±0.25 3.27 0.043中段WSSmax 3.23±0.67 3.40±0.68 3.23±0.75 0.51 0.600中段WSSmean 1.24±0.39 1.23±0.42 1.14±0.27 0.78 0.461

3 討論

3.1 糖尿病患者與正常人頸動脈WSS的差異 本研究中糖尿病組頸總動脈中段和分叉處的WSS均低于正常人相應部位，Winter等[5]參照WSS計算公式（4μVmax/D）得出，壁WSS的大小與血流黏滯系數(shù)（μ）、血管內(nèi)徑（D）、速度（V）相關(guān)，血流黏滯系數(shù)是一個常數(shù)（本研究中V-Flow技術(shù)計算WSS時μ=3.5），WSS與血管內(nèi)徑成反比。趙宇欣[6]對糖尿病患者下肢動脈病變早期診斷的研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病腘動脈IMT正常組、IMT增厚組、斑塊形成組的WSS均較正常對照組減低，與本研究結(jié)果一致。糖尿病患者血液內(nèi)的高糖狀態(tài)可造成血管內(nèi)皮細胞損傷，內(nèi)皮細胞釋放自身活性物質(zhì)，并誘發(fā)內(nèi)皮細胞發(fā)生形變，發(fā)生血管重構(gòu)[7]；同時WSS的改變也會使內(nèi)皮細胞分泌多種生長因子和炎癥因子，一氧化氮和前列腺素等是參與這一過程最重要的介質(zhì)[8-9]，兩者相互作用，但WSS和內(nèi)皮功能間的影響并非簡單的線性關(guān)系，其復雜的作用機制需要進一步探索。

3.2 糖尿病患者WSS的變化 本研究發(fā)現(xiàn)糖尿病組與正常對照組頸總動脈分叉處WSS均低于頸總動脈中段。有關(guān)血管幾何形狀對壁WSS分布影響的研究發(fā)現(xiàn)[10]，由于頸動脈分叉處特殊的幾何形態(tài)，血流彎曲走行，容易形成湍流，同時向頸內(nèi)動脈和頸外動脈的分流降低了分叉處的流量，WSS也相應地降低；頸動脈中段管腔走行平直，管腔內(nèi)血流多為層流，形成的WSS方向多與血管壁平行，WSS大小較分叉處高，與本研究結(jié)果相符。關(guān)于彎曲和分叉血管中脂質(zhì)濃度的分布規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)，血管彎曲和分叉部位壁面附近易形成高濃度的環(huán)形區(qū)域，有利于脂質(zhì)在壁面處的聚集，同時高濃度分布區(qū)具有低WSS[11]。

在運用V-Flow評估兔腹主動脈早期動脈粥樣硬化的研究中，腹主動脈前、后壁WSS隨著動脈粥樣硬化病程的進展動態(tài)變化，與其他動脈粥樣硬化超聲指標相比，WSS變化更早、更敏感[12]。Strecker等[13]和Saito等[14]的研究通過對頸動脈管壁厚度變化隨訪也發(fā)現(xiàn)頸動脈分叉處大角度以及分叉處的低WSS是頸動脈粥樣硬化進展的獨立危險因素，WSS隨IMT厚度增加而降低。但在對糖尿病患者下肢動脈病變早期診斷的研究中，糖尿病IMT增厚組同斑塊形成組相比腘動脈WSS無明顯差異[6]，與本研究結(jié)果一致。

本研究中WSS的主要差異是在糖尿病斑塊組與IMT正常組間，而粥樣硬化早期的IMT增厚組與斑塊組、IMT正常組間無顯著差異，可能是由于本研究樣本量較小，粥樣硬化斑塊形成處WSS變化又更為顯著，因此未能發(fā)現(xiàn)IMT增加而出現(xiàn)的WSS變化。

3.3 WSS對動脈粥樣硬化進程的影響 WSS通過誘導內(nèi)皮細胞機械傳導和控制動脈粥樣硬化涉及的管壁運輸過程影響冠狀動脈粥樣硬化[15]。Xia等[16]和Canham等[17]的研究表明增高的WSS可通過降低黏附分子的表達抑制淋巴細胞對內(nèi)皮細胞的黏附，有抗動脈粥樣硬化的作用，低WSS可能有助于增加液體停留時間，并誘導內(nèi)皮細胞炎癥反應，進而導致血小板、巨噬細胞和其他動脈粥樣硬化顆粒運輸增加，促進動脈粥樣硬化斑塊形成。Sun等[18]研究也表明WSS的大小和持續(xù)時間會影響內(nèi)皮細胞的形態(tài)和排列，暴露于高WSS下的人臍靜脈內(nèi)皮細胞呈有序細胞排列，而暴露于低WSS下的人臍靜脈內(nèi)皮細胞呈無序細胞排列。

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)在生理條件下，斑塊周圍等血流動力學指標的變化早于形態(tài)學的變化，WSS可能是加劇斑塊內(nèi)炎癥反應，脂質(zhì)核心的進展，甚至導致破裂的重要原因，與斑塊的穩(wěn)定性密切相關(guān)[19]。在基于時間飛躍法磁共振血管成像的計算流體動力學模型分析的55個動脈粥樣硬化病變中，最大WSS最常見于病變的頂點和上游部分，是斑塊最易損的部位，WSS在斑塊上游明顯高于下游，而斑塊下游WSS降低并常出現(xiàn)渦旋和振蕩WSS，更容易導致平滑肌細胞增生和血栓形成[20]。同時Chen等[21]的多中心研究表明局部低WSS是冠狀動脈病變中未來主要不良心臟事件發(fā)生的獨立預測因子，有助于改善冠狀動脈病變患者的危險分層。

3.4 本研究的局限性 本研究樣本量小，屬于橫斷面研究，目前缺乏對斑塊穩(wěn)定性的評估以及不同狹窄程度管腔的斑塊各部位WSS變化的觀察，未來將擴大樣本量并進行長期隨訪，運用V-Flow技術(shù)動態(tài)觀察頸動脈管腔內(nèi)及粥樣硬化斑塊周圍WSS情況，進一步分析穩(wěn)定斑塊與不穩(wěn)定斑塊WSS的變化，對預測心腦血管急性事件及臨床早期干預提供重要手段。

總之，糖尿病患者頸動脈WSS較正常人降低，并隨動脈粥樣硬化程度的增加而變化，因此運用V-Flow預測粥樣硬化進程具有一定作用。