吳文謙 劉金鳳 劉曼薇 王藝 張麗 謝明星

·臨床研究·

改良的血流向量成像技術(shù)評(píng)價(jià)房間隔缺損患者舒張期心室血流流場(chǎng)特征

吳文謙 劉金鳳 劉曼薇 王藝 張麗 謝明星

目的的應(yīng)用改良的血流向量成像（VFM）技術(shù)評(píng)價(jià)房間隔缺損（ASD）患者舒張期左、右心室腔內(nèi)血流流場(chǎng)特征。方法選取繼發(fā)孔型ASD成人患者26例（ASD組）和健康成人31例（對(duì)照組），獲取兩組常規(guī)超聲參數(shù)，以及VFM參數(shù)，包括左、右心室各節(jié)段舒張期峰值流速（Vd）、瞬時(shí)正向流量（IQ+）、正向總流量（TQ+）及渦量絕對(duì)值，并對(duì)其進(jìn)行比較分析；應(yīng)用Bland-Altman法評(píng)估左室基底段IQ+的觀察者間及觀察者內(nèi)的差異。結(jié)果兩組左室射血分?jǐn)?shù)比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；ASD組左房收縮末期內(nèi)徑、右房收縮末期內(nèi)徑及右室舒張末期內(nèi)徑均大于對(duì)照組，左室舒張末期內(nèi)徑小于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。ASD組左室舒張期IQ+（基底段及中間段）、TQ+（基底段）均小于對(duì)照組，右室舒張期Vd、IQ+、TQ+（基底段、中間段及心尖段）均明顯大于對(duì)照組，左室（中間段及心尖段）及右室（基底段、中間段及心尖段）渦量絕對(duì)值均大于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。左室基底段IQ+的觀察者間及觀察者內(nèi)一致性良好。結(jié)論改良的VFM技術(shù)是一種無(wú)創(chuàng)性評(píng)價(jià)心腔血流流場(chǎng)特征的有效手段，成人ASD患者心室流速、流量及渦量與健康成人存在顯著性差異。

超聲心動(dòng)描記術(shù)；血流向量成像；房間隔缺損；血流流場(chǎng)

房間隔缺損（atrial septal defect，ASD）是臨床常見(jiàn)的先天性心臟畸形，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)其血流動(dòng)力學(xué)改變及心室功能對(duì)于臨床選擇治療方案及預(yù)后評(píng)估具有重要意義。研究［1-2］表明，房水平分流會(huì)引起心腔內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)的改變，但常規(guī)超聲僅能測(cè)量與聲束平行的血流速度，無(wú)法準(zhǔn)確獲得血流的真實(shí)速度和方向，難以完整顯示心腔內(nèi)復(fù)雜的湍流信息。近年來(lái)改良的血流向量成像（vector flow mapping，VFM）技術(shù)對(duì)原有VFM技術(shù)進(jìn)行了一定完善，可更好地對(duì)心腔內(nèi)血流信號(hào)進(jìn)行編碼，可視化直觀顯示心腔內(nèi)血流流場(chǎng)變化特征。本研究旨在探討運(yùn)用改良的VFM技術(shù)定量評(píng)價(jià)ASD患者心室腔內(nèi)血流流場(chǎng)變化的應(yīng)用價(jià)值及其臨床意義。

資料與方法

一、研究對(duì)象

隨機(jī)選擇2015年1～12月在我院臨床確診為繼發(fā)孔型ASD成人患者26例（ASD組），男12例，女14例，年齡19～61歲，平均（37.73±12.20）歲。入選標(biāo)準(zhǔn)：年齡＞14歲且存在左向右分流的繼發(fā)孔型ASD患者，排除其他先天性心臟病、冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病、瓣膜病、心功能不全及心律失常者。另選同期我院經(jīng)體格檢查、心電圖、實(shí)驗(yàn)室檢查及超聲心動(dòng)圖檢查均正常的健康志愿者31例（對(duì)照組），男17例，女14例，年齡20～65歲，平均（42.35±11.45）歲。

二、儀器與方法

1.儀器：使用Aloka Prosound F 75彩色多普勒超聲診斷儀，UST-52105探頭，頻率為1～10 MHz；配備有VFM技術(shù)及DAS-RS1分析軟件。

2.圖像采集：受檢者取左側(cè)臥位，平靜呼吸，同步記錄心電圖。于左室長(zhǎng)軸切面測(cè)量左房收縮末期內(nèi)徑（LAESD）、左室舒張末期內(nèi)徑（LVEDD）；心尖四腔切面獲取右房收縮末期內(nèi)徑（RAESD）、右室舒張末期內(nèi)徑（RVEDD）；劍突下切面測(cè)量ASD最大內(nèi)徑；應(yīng)用Simpson’s雙平面法測(cè)量左室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）。心尖四腔觀采集3個(gè)完整心動(dòng)周期的彩色動(dòng)態(tài)血流圖像，彩色幀頻25幀/s左右，將彩色多普勒脈沖重復(fù)頻率調(diào)至無(wú)混疊，儲(chǔ)存后待脫機(jī)分析。

3.圖像分析：將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入DAS-RS1工作站，進(jìn)入VFM成像模式，選定心電圖R-R波頂點(diǎn)為一個(gè)完整的心動(dòng)周期，逐幀仔細(xì)勾畫(huà)左、右室心內(nèi)膜邊界，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)心室心腔內(nèi)血流信號(hào)進(jìn)行追蹤。選取舒張期左室二尖瓣口至心尖、右室三尖瓣口至心尖血流充盈最飽滿的時(shí)相進(jìn)行分析。將心腔均分為3等份，置取樣線與室壁垂直，獲得3個(gè)心動(dòng)周期各節(jié)段的速度曲線、血流量曲線及時(shí)間-流量曲線。記錄各節(jié)段舒張期峰值流速（Vd）、瞬時(shí)正向流量（IQ+）及一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)舒張期總正向流量（TQ+）；并獲取左、右心室3個(gè)節(jié)段最密集處渦流的渦量，取其絕對(duì)值。

4.重復(fù)性檢驗(yàn)：隨機(jī)抽取20例ASD組和對(duì)照組患者，由兩名同資歷的檢查者采用同樣方法對(duì)這20例研究對(duì)象進(jìn)行分析以比較觀察者間的一致性；其中同一觀察者2周后重復(fù)分析，比較觀察者內(nèi)的一致性。

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

應(yīng)用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件，所有符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以±s表示，兩組比較行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；組內(nèi)各節(jié)段參數(shù)比較采用單因素方差分析。一致性檢驗(yàn)采用Blant-Altman分析法。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)果

一、兩組臨床資料及常規(guī)超聲心動(dòng)圖參數(shù)比較

ASD組與對(duì)照組間年齡、性別、體表面積、血壓及LVEF比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；ASD組缺損大小為（20.15±10.44）mm。ASD組LAESD、RAESD及RVEDD均大于對(duì)照組，LVEDD小于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。見(jiàn)表1。

二、兩組VFM基本流參數(shù)比較

1.組內(nèi)比較：兩組組內(nèi)左、右心室Vd、IQ+及TQ+值自基底段、中間段、心尖段均呈遞減的趨勢(shì)，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。

2.組間比較：ASD組左室IQ+（基底段及中間段）、TQ+（基底段）均小于對(duì)照組，右室Vd、IQ+、TQ+（基底段、中間段及心尖段）均大于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。見(jiàn)圖1～6和表2。

表1 兩組一般情況及常規(guī)超聲心動(dòng)圖指標(biāo)比較（±s）

表1 兩組一般情況及常規(guī)超聲心動(dòng)圖指標(biāo)比較（±s）

BSA：體表面積；SBP：收縮壓；DBP：舒張壓；LAESD：左房收縮末期內(nèi)徑；LVEDD：左室舒張末期內(nèi)徑；RAESD：右房收縮末期內(nèi)徑；RVEDD：右室舒張末期內(nèi)徑；LVEF：左室射血分?jǐn)?shù)。1 mm Hg=0.133 kPa。

組別年齡（歲）BSA（kg/m2）SBP（mm Hg）DBP（mm Hg）LAESD（mm）LVEDD（mm）RAESD（mm）RVEDD（mm）LVEF（%）ASD組37.73±12.201.65±0.02123.19±13.8977.92±8.2136.65±9.1141.12±4.9249.96±9.8447.12±7.6665.81±6.69對(duì)照組42.35±11.451.64±0.03118.10±9.7176.09±7.6830.94±2.8245.58±3.3034.58±2.4634.29±3.6066.32±3.35 t值1.474-0.4701.6200.8663.312-4.0798.4058.295-0.376 P值0.1460.6400.1100.3900.0020.0000.0000.0000.708

三、兩組VFM渦量參數(shù)比較

ASD組左室（中間段及心尖段）渦量絕對(duì)值大于對(duì)照組，右室（基底段、中間段及心尖段）渦量絕對(duì)值均大于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。見(jiàn)表3。

圖1 兩組左室血流速度曲線圖

圖2 兩組右室血流速度曲線圖

圖3 兩組左室血流量曲線圖

圖4 兩組右室血流量曲線圖

圖5 兩組左室時(shí)間-流量曲線圖

圖6 兩組右室時(shí)間-流量曲線圖

表2 兩組左室及右室各節(jié)段VFM參數(shù)比較（±s）

表2 兩組左室及右室各節(jié)段VFM參數(shù)比較（±s）

Vd：舒張期峰值流速；IQ+：瞬時(shí)正向流量；TQ+：一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)舒張期總正向流量。

組別基底段左室Vd（cm/s）右室Vd（cm/s）左室IQ+（cm2/s）右室IQ+（cm2/s）左室TQ+（cm2/s）右室TQ+（cm2/s）ASD組59.00±14.4452.52±19.94110.84±29.07129.68±54.9918.41±7.5328.43±13.85對(duì)照組59.84±13.6123.86±7.36132.74±21.1933.91±16.6223.07±7.386.17±4.67 t值-0.2256.376-3.2857.859-2.3066.680 P值0.8230.0000.0020.0000.0250.000組別中間段左室Vd（cm/s）右室Vd（cm/s）左室IQ+（cm2/s）右室IQ+（cm2/s）左室TQ+（cm2/s）右室TQ+（cm2/s）ASD組47.23±15.4157.02±55.7793.88±23.63119.83±50.8616.19±7.4728.13±17.02對(duì)照組50.98±9.5519.70±6.40113.71±23.7927.07±11.2718.77±6.665.23±3.99 t值-1.1233.115-3.1438.370-1.3535.875 P值0.2660.0030.0030.0000.1820.000組別心尖段左室Vd（cm/s）右室Vd（cm/s）左室IQ+（cm2/s）右室IQ+（cm2/s）左室TQ+（cm2/s）右室TQ+（cm2/s）ASD組31.26±11.6128.05±12.1655.40±17.4158.92±26.6810.36±5.5313.38±9.78對(duì)照組28.17±8.1013.84±7.8559.94±17.1816.97±11.689.74±3.972.44±2.08 t值1.1784.712-0.9876.8330.4864.900 P值0.2440.0000.3280.0000.6220.000

表3 兩組左室及右室渦量參數(shù)比較（±s）1/s

表3 兩組左室及右室渦量參數(shù)比較（±s）1/s

四、重復(fù)性檢驗(yàn)

由Bland-Altman法分析發(fā)現(xiàn)，左室基底段IQ+測(cè)量的觀察者間及觀察者內(nèi)均有良好的一致性，見(jiàn)圖7。

圖7 兩組左室基底段IQ+的一致性Bland-Altman分析圖

討論

目前臨床多通過(guò)射血分?jǐn)?shù)、組織多普勒及斑點(diǎn)追蹤等方式來(lái)評(píng)價(jià)心室整體功能，對(duì)心腔內(nèi)血流流場(chǎng)特征研究較少。既往有研究［3］通過(guò)MRI、粒子成像速度測(cè)量等技術(shù)探討心腔內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)模式，存在費(fèi)用高、耗時(shí)及創(chuàng)傷大等缺點(diǎn)，限制了其臨床應(yīng)用。VFM以彩色多普勒技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)心腔內(nèi)血流的分析來(lái)觀察心腔血液速度、流量及渦流的時(shí)間-空間分布情況，為研究心腔內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)變化提供了一種新的思路，但原有的VFM技術(shù)基本原理存在以下局限性：①把血流分為基本流和渦流成分；②未考慮血流邊界的心臟室壁運(yùn)動(dòng)的因素。針對(duì)以上問(wèn)題，新近改良的VFM技術(shù)運(yùn)用連續(xù)方程可計(jì)算垂直于聲束方向的速度成分，不再對(duì)血流進(jìn)行基本流和渦流的區(qū)分，并且通過(guò)組織斑點(diǎn)追蹤技術(shù)獲得心臟室壁運(yùn)動(dòng)信息，克服了以往技術(shù)的局限性，并得到粒子圖像測(cè)量技術(shù)的驗(yàn)證，準(zhǔn)確性較好［1］。

心腔內(nèi)速度、流量及渦流的改變與心臟功能密切相關(guān)［4］。研究［5］表明，由于ASD產(chǎn)生的左向右分流，右心容量負(fù)荷增加，肺血容量增加，肺動(dòng)脈擴(kuò)張，右心擴(kuò)大，同時(shí)左心容量負(fù)荷降低，室間隔偏向左室側(cè)，協(xié)助右室射血，而不能協(xié)同左室參與左室射血，導(dǎo)致了左、右心室?guī)缀螛?gòu)型的異常改變。本研究結(jié)果表明，ASD組右室各節(jié)段IQ+及TQ+均較對(duì)照組增加（均P＜0.05），而左室中上段IQ+及基底段TQ+均較對(duì)照組減低（均P＜0.05），直接從血流動(dòng)力學(xué)上證實(shí)了左室容量減小、右室容量負(fù)荷增大，與以往研究［5］結(jié)論相符。同時(shí)右室Vd、IQ+及TQ+在3個(gè)節(jié)段均有改變，左室則在IQ+和TQ+的部分節(jié)段表現(xiàn)出差異，提示ASD對(duì)左、右心系統(tǒng)血流動(dòng)力學(xué)均有影響，且首先影響右心系統(tǒng)，導(dǎo)致右心流速增快，流量增加，腔室擴(kuò)大，隨著病程的進(jìn)展，逐漸影響左心系統(tǒng)。

正常成人心室的渦流可以保存能量，避免血流減速和再加速造成的能耗。研究［6］表明，心腔內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)與血流之間產(chǎn)生的剪切應(yīng)力、局部負(fù)壓及血流的黏滯性可促使渦流形成，舒張期渦流可暫時(shí)蓄積動(dòng)能，支持射血前期血流改變方向進(jìn)入流出道，同時(shí)生成關(guān)閉房室瓣的推力。然而病理狀態(tài)下，渦流有時(shí)會(huì)造成能量消耗。因此渦流的改變可用于明確疾病狀態(tài)及程度。改良的VFM技術(shù)引入的渦量定義為渦流速度場(chǎng)的旋度，是一個(gè)描寫(xiě)渦旋運(yùn)動(dòng)常用的物理量，渦旋通常用渦量來(lái)量度其大小和方向。本研究取渦量的絕對(duì)值研究其大小，旨在探討渦旋的能量變化特征。ASD組右室整體、左心中間段及心尖段的渦量增加，這可能與ASD的分流引起右心負(fù)荷增加、右室增大及左心受壓等形態(tài)失常及室間隔運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)，從而導(dǎo)致血液淤滯、血液容量增多及血液質(zhì)點(diǎn)增多有關(guān)［7］。渦流的改變提示在收縮功能正常的情況下，舒張期血流動(dòng)力學(xué)已經(jīng)發(fā)生改變。這與三維組織斑點(diǎn)追蹤等其他技術(shù)早期研究［2，5］發(fā)現(xiàn)ASD患者舒張功能受損結(jié)論一致。

改良的VFM技術(shù)能夠無(wú)創(chuàng)性顯示血流流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)特征，較準(zhǔn)確地提示心腔內(nèi)復(fù)雜的血流動(dòng)力學(xué)改變，且所得血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)經(jīng)一致性檢驗(yàn)，重復(fù)性較好，為探索心臟功能提供了一種全新的手段。但該技術(shù)仍然存在一定局限性，包括無(wú)法實(shí)時(shí)在線分析，不利于常規(guī)臨床應(yīng)用；有角度依賴性，針對(duì)二維平面的流體力學(xué)分析，與實(shí)際的三維立體流場(chǎng)有一定差別。目前尚無(wú)公認(rèn)的金標(biāo)準(zhǔn)，需加大樣本量進(jìn)一步研究。

綜上所述，改良的VFM技術(shù)可以顯示ASD患者左、右心室舒張期血流流場(chǎng)變化，為探索心室早期舒張功能變化提供一定的依據(jù)，有望成為探索心腔內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)的較為理想的手段。

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Assessment of ventricular diastolic blood flow structure in patients with atrial septal defect by enhanced vector flow mapping

WU Wenqian，LIU Jinfeng，LIU Manwei，WANG Yi，ZHANG Li，XIE Mingxing
Department of Ultrasound，Union Hospital of Tongji College，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430022，China

ObjectiveTo assess the left and right ventricular diastolic blood flow structure in atrial septal defect（ASD）patients by enhanced vector flow mapping（VFM）.MethodsTwenty-six adult patients with ASD（ASD group）and 31 control subjects（control group）were enrolled in this study.The conventional ultrasonic parameters and VFM parameters，including the left and right ventricular diastolic peak velocity（Vd），diastolic flow（IQ+），diastolic total flow（TQ+）and absolute value of vorticity in apex-mid-basis segment.The inter-observer and intra-observer differences in assessment of IQ+at basal segment were analyzed by Bland-Altman method.ResultsThe left ventricular ejection fraction of ASD group showed no diffidence compared with that of control group.Left atrium end-systolic diameter，right atrium end-systolic diameter and right ventricular end-diastolic diameter of ASD group were higher than those of control group，while left ventricular end-diastolic diameter was lower than that of control group（all P＜0.05）.The left ventricular diastolic IQ+（basal and apical segment），TQ+（basal segment）of ASD group were lower than those of the control group（all P＜0.05），while right ventricular diastolic Vd，IQ+and TQ+（basal mid and apical segment）were higher compared with the control group（all P＜0.05）.The left ventricular vorticity（mid and apical segment）and right ventricular vorticity（basal mid and apical segment）of ASD group were higher than those in control group（all P＜0.05）.ConclusionThe blood flow velocity and vorticity of the left and right ventricle are different between adult ASD patients and control subjects. Enhanced vector flow mapping is an ideal and noninvasive method to evaluate the hemodynamics of cardiac chambers.

Echocardiography；Vector flow mapping；Atrial septal defect；Blood flow structure

R541；R540.45

A

2016－12－09）

湖北省分子影像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助（02.03.2014-30）

430022 武漢市，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院超聲影像科

謝明星，Email：xiemx64@126.com