胡 敏，康 彧，蔣 劍，張 嬿，王 渠，韓志芬

(成都中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，四川成都 610075)

0 引言

頸動脈粥樣斑塊脫落、破裂及出血是缺血性腦卒中常見的原因之一，提早預(yù)防有助于減少不良事件的發(fā)生[1]。目前研究表明，血管壁面剪切應(yīng)力(Wall Shear Stress,WSS)在血管內(nèi)皮功能障礙和動脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展中起著重要作用[2]，其影響因素包括局部血流速度和管徑，而不同個體頸動脈分叉部幾何形狀差異，可能對WSS產(chǎn)生不同程度的影響。超聲血流向量成像(Vector Flow Imaging,V Flow)是一種可視化評價血液流場的新技術(shù)，克服了脈沖多普勒對角度及層流的依賴，可獲取感興趣區(qū)流場形態(tài)并測量流速、流量和WSS。本研究旨在應(yīng)用超聲V Flow技術(shù)探討頸動脈分叉部自體解剖與血流動力學(xué)因素對WSS的影響，對不同個體動脈粥樣硬化的風(fēng)險進行評估，以期為臨床通過改善局部血流動力學(xué)延緩特定部位動脈粥樣硬化的發(fā)生與發(fā)展提供一定的客觀依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究對象

選擇2019年9月～2020年6月于我院行頸動脈超聲檢查的住院患者70例，男、女各35例，年齡40～60歲，平均(47.4±6.2)歲。納入標準：(1)同一切面清晰顯示左側(cè)頸總動脈分叉部三支血管“Y”型結(jié)構(gòu)；(2)頸動脈管壁光滑，無內(nèi)-中膜增厚、粥樣硬化斑塊形成及其他病變。排除標準：(1)患有高血壓、糖尿病及高膽固醇血癥者；(2)患有已知心血管疾病、甲亢、貧血以及心律不齊者；(3)主動脈瓣狹窄、反流及升主動脈、主動脈弓病變者；(4)頭頸部血管手術(shù)史者；(5)因頸部短小或過度肥胖導(dǎo)致圖像質(zhì)量差者。

納入人群基線資料：左側(cè)頸總動脈內(nèi)-中膜厚度為(0.6±0.2)mm；血壓為(109.8±13.8)/(77.6±8.2)mmHg；血糖(4.9±0.7)mmol·L-1；膽固醇(4.2±0.8)mmol·L-1；左室射血分數(shù)(65±4)%；心率(74±13)次·min-1。

1.2 儀器與方法

(1)儀器：采用邁瑞Resona 7彩色多普勒超聲診斷儀，L9-3U線陣探頭，頻率為3～9 MHz，內(nèi)置V Flow技術(shù)及相關(guān)定量分析軟件。

(2)方法：患者于平靜狀態(tài)，頭部略偏向右側(cè)，左側(cè)頸部呈自然放松狀態(tài)。縱切掃查，調(diào)節(jié)探頭角度及位置顯示頸總動脈分叉部“Y”型分支結(jié)構(gòu)，啟動V Flow并調(diào)整感興趣區(qū)，包括頸總動脈(Common Carotid Artery,CCA)末段、頸動脈球部(Carotid Bulb,CB)以及頸外動脈(External Carotid Artery,ECA)起始段。獲取如下參數(shù)：①測量頸總動脈中線與頸動脈球部中線之間的角度，如圖1(a)兩條虛線之間的角度為θ；②測量收縮末期頸動脈球部膨大最明顯處內(nèi)徑(DCB)與頸總動脈末段距分叉部約1.0 cm處內(nèi)徑(DCCA)，如圖1(a)兩條實線為DCB與DCCA測量位點，并計算二者的比值(DCB/DCCA)；③測量經(jīng)頸動脈球部分流入頸內(nèi)動脈血流量(QCB)與頸總動脈末段距分叉部約1.0cm處血流量(QCCA)，如圖1(b)兩條實線為QCB與QCCA測量位點，并計算二者的比值(QCB/QCCA)；④描記頸動脈球部血流紊亂區(qū)可視化面積(ACB)，如圖1(b)虛線勾劃范圍為ACB；⑤檢測整個心動周期中頸動脈球部起始段內(nèi)側(cè)平均壁面剪切應(yīng)力(WSSI-CB)和外側(cè)平均壁面剪切應(yīng)力(WSSE-CB)，內(nèi)、外側(cè)壁均連續(xù)放置五個位點如圖1(b)中5個藍色點，并計算平均值；⑥隨機選取20例患者由不同操作醫(yī)生獨立進行圖像采集并測量頸動脈球部內(nèi)、外側(cè)WSS值，用于檢驗同一操作者及不同操作者的組內(nèi)及組間一致性。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件，對WSSI-CB、WSSE-CB計量數(shù)據(jù)用均數(shù)±標準差進行描述，兩組間差異用獨立樣本T檢驗進行統(tǒng)計學(xué)分析；對DCB/DCCA、θ、QCB/QCCA、ACB與WSSE-CB之間關(guān)系采用Pearson直線相關(guān)分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。操作者自身與操作者間的一致性評估采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(Intraclass Correlation Coefficients,ICC)，ICC＞0.75表示可重復(fù)性較好。

2 結(jié)果

2.1 頸動脈球部平均WSS值比較

頸動脈球部起始段WSSI-CB值為(0.88±0.30)Pa，WSSE-CB值為(0.32±0.15)Pa，外側(cè)壁明顯小于內(nèi)側(cè)壁，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.01)。

2.2 頸總動脈分叉部解剖與WSSE-CB值的關(guān)系

頸動脈球部與頸總動脈夾角θ值為(24.5±12.1)°，與WSSE-CB相關(guān)系數(shù)為r=-0.171，二者無相關(guān)性且差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)；頸動脈球部膨大最明顯處內(nèi)徑與頸總動脈末段內(nèi)徑比值DCB/DCCA為(0.66±0.09)，與頸動脈球部 WSSE-CB值呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為r=-0.312，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。

2.3 頸總動脈分叉部學(xué)流動力學(xué)與WSSE-CB值的關(guān)系

頸動脈球部與頸總動脈末段流量比值QCB/QCCA為(0.69±0.15)，與頸動脈球部WSSE-CB值呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為r=0.428，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.01)；頸動脈球部血流紊亂區(qū)表現(xiàn)為渦流、逆流和復(fù)雜混合流，可視化面積ACB為(0.27±0.17)cm2，與頸動脈球部WSSE-CB值呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為r=-0.545，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.01)，如表1和圖2所示。

表1 WSSE-CB與DCB/DCCA、θ、QCB/QCC、ACB相關(guān)性分析Table 1 The correlation analysis of WSSE-CBwith DCB/DCCA,θ,QCB/QCCand ACB

圖2 頸動脈球部血流紊亂區(qū)的超聲波圖像Fig.2 Ultrasonic images of carotid bulb areas

2.4 操作者組內(nèi)及組間的一致性評價

同一操作者測量WSSI-CB、WSSE-CB的ICC分別為 0.873、0.854，不同操作者測量 WSSI-CB、WSSE-CB的ICC分別為0.833、0.829，ICC均大于0.75，表明WSS測量在組內(nèi)及組間可重復(fù)性較好。

3 討論

WSS是血液在血管中流動形成的作用于血管內(nèi)膜單位面積上的摩擦力，其大小與血流速度成正比，與血管腔半徑的立方成反比，也與血黏度相關(guān)，但對于無血液疾病者，血黏度導(dǎo)致的WSS變化往往可以忽略不計[3]。正常的血管內(nèi)皮細胞是維持心血管系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的前提條件，其功能異常是心血管疾病早期的重要特征，與動脈粥樣硬化、高血壓及心衰等疾病的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切[4]。既往研究已表明動脈粥樣硬化與WSS改變有關(guān)，正常動脈最大WSS值通常在1.0～7.0 Pa之間[5]，反映整個心動周期的平均WSS值低于0.4 Pa可使血管壁發(fā)生形態(tài)改變，導(dǎo)致動脈內(nèi)膜增厚[6]。其可能的機制是低WSS可促進內(nèi)皮細胞功能紊亂，加速血管內(nèi)皮的炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激反應(yīng)及細胞凋亡等病理過程，誘導(dǎo)動脈粥樣硬化斑塊的形成[7-8]。因此，測量WSS對于頸動脈粥樣硬化的早期評估具有重要意義，有助于發(fā)現(xiàn)潛在斑塊形成高風(fēng)險患者，盡早開展針對局部血流動力學(xué)調(diào)節(jié)的高級臨床管理[9]。

盡管動脈粥樣硬化斑塊的發(fā)病機制異常復(fù)雜，現(xiàn)已提出包括血栓形成學(xué)說、脂質(zhì)浸潤學(xué)說、損傷反應(yīng)學(xué)說和單克隆學(xué)說等一系列影響因素[10]，但這些學(xué)說并不能完全解釋斑塊好發(fā)于血管分叉、彎曲及狹窄等部位的原因，表明局部解剖差異和血流動力學(xué)與斑塊的分布可能存在某種相關(guān)性[11]。有證據(jù)表明，動脈粥樣硬化的發(fā)生主要累及血管分叉的外側(cè)壁和低速回流及停滯的位置[6]，故本研究重點關(guān)注了頸動脈球部外側(cè)WSS。還有研究認為，左側(cè)腦血管病變往往優(yōu)先于右側(cè)發(fā)生，可能與右側(cè)頸總動脈起源于頭臂干、左側(cè)頸總動脈直接起源于主動脈弓這一解剖差異有關(guān)，頭臂干從主動脈弓近似直角發(fā)出，而左側(cè)頸總動脈從主動脈弓發(fā)出較為平直，這種解剖關(guān)系可解釋左側(cè)頸動脈對WSS的變化較右側(cè)更為敏感[12]，故本研究僅對左側(cè)頸總動脈分叉部的解剖及血流動力學(xué)進行分析，以確保數(shù)據(jù)的可比性。

在頸總動脈分叉部及頸內(nèi)動脈起始部，其非層流分布的血流特征使傳統(tǒng)多普勒超聲成像無法精確檢測和顯示血流中的渦流信息。針對頸動脈分叉部的血流參數(shù)和WSS檢測，既往主要通過磁共振(MRI)、CT血管造影術(shù)(CTAngiography,CTA)或常規(guī)超聲采集血流信息，再借助后處理模擬軟件繪制WSS分布圖。但上述三種手段均存在一定的局限性，MRI受制于圖像空間分辨率，難以得到精確的速度信息；CTA因放射性限制了其在臨床中的廣泛應(yīng)用；常規(guī)多普勒超聲缺點是以層流為假設(shè)、角度依賴性且難以測及貼近血管壁的低速血流[13]。新近出現(xiàn)基于超聲的V flow技術(shù)，無需角度矯正，可快速、可視化反映非層流血液流動特點，實時獲取感興趣區(qū)域內(nèi)任意點血細胞的速度和方向，尤其適用于血管彎曲或分叉部較為復(fù)雜的直流、渦流和逆流，并實時計算WSS，目前已成為研究頸動脈血流動力學(xué)的重要手段之一[14]。

WSS是影響動脈粥樣硬化產(chǎn)生和斑塊形成發(fā)展、破裂的重要生物力學(xué)因素[15]。本研究針對無動脈粥樣硬化誘因、頸動脈超聲正常的40～60歲人群，發(fā)現(xiàn)頸動脈球部外側(cè)的平均WSS值明顯低于內(nèi)側(cè)，表明頸動脈分叉部解剖特點所致血流動力學(xué)改變對頸動脈球部外側(cè)壁的影響更為顯著。此外，研究人群中頸動脈球部外側(cè)的平均WSS值為(0.32±0.15)Pa，存在部分人群的平均WSS小于正常值0.4 Pa的情況，表明盡管頸動脈超聲檢查未發(fā)現(xiàn)形態(tài)學(xué)異常，但較低的WSS可能正在影響頸動脈球部外側(cè)壁局部內(nèi)皮細胞的功能，有可能成為動脈粥樣硬化的潛在好發(fā)人群。

不同個體頸動脈分叉角度和頸動脈球部膨大程度在解剖形態(tài)上存在差異，本研究分析了頸動脈球部從頸總動脈發(fā)出的角度以及頸動脈球部最寬處與頸總動脈末段內(nèi)徑的比值，將上述解剖因素與頸動脈球部相對較低的外側(cè)WSS進行相關(guān)性研究。結(jié)果表明，頸動脈球部外側(cè)WSS與頸動脈球部發(fā)出角度無相關(guān)性，而與內(nèi)徑比值存在相關(guān)性，比值越大，WSS值越小。關(guān)于頸動脈球部發(fā)出角度與WSS的相關(guān)性，有些研究認為低WSS與血管角度有顯著相關(guān)性[16-17]，但也有研究認為二者并無相關(guān)性[18]，上述研究結(jié)果不一致可能與納入人群和分析方法存在差異有關(guān)，亦可能是在一定范圍內(nèi)的角度增加并非導(dǎo)致WSS減低的主要因素。與頸總動脈末段內(nèi)徑比較，頸動脈球部膨大越明顯，其外側(cè)WSS越低，二者呈負相關(guān)，該結(jié)果亦與其他研究結(jié)論相似[19]，反映出膨大程度與局部血流動力學(xué)紊亂有關(guān)。

對于影響頸總動脈分叉部WSS的血流動力學(xué)因素，以前常用的是速度指標，鑒于分叉部的非層流特征，單點的速度測量無法真實反映流場狀態(tài)。本研究運用V flow技術(shù)，將頸內(nèi)動脈分流量與頸總動脈血流量的比值以及頸動脈球部血流紊亂面積作為血流動力學(xué)指標，并與頸動脈球部外側(cè)WSS進行相關(guān)性分析。結(jié)果表明，流經(jīng)球部的血流量比例與外側(cè)WSS呈正相關(guān)，揭示較高的血流量可能有助于維持頸動脈球部內(nèi)皮細胞的正常功能，減少動脈粥樣硬化不良事件的發(fā)生。此外，V flow技術(shù)可視化呈現(xiàn)了頸動脈分叉部的層流、渦流、逆流以及復(fù)雜混合流，后三種均屬血流紊亂狀態(tài)。本研究發(fā)現(xiàn)，頸動脈球部血流紊亂區(qū)均分布于外側(cè)，其面積大小與外側(cè)WSS呈負相關(guān)且二者在位置上相互吻合，較大面積的渦流、逆流和復(fù)雜混合流會導(dǎo)致較低的WSS值。頸動脈分叉部血管幾何形狀的改變，可使層流急劇發(fā)生變化，形成的血流紊亂區(qū)和低WSS主要分布在頸總動脈分叉部的外側(cè)壁周圍，成為動脈粥樣硬化最常發(fā)生的部位[20]。

本研究的不足之處：(1)納入人群主要考慮了當(dāng)前年齡、常規(guī)超聲頸動脈正常及無導(dǎo)致頸動脈粥樣硬化的常見因素，鑒于動脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展是一個漫長的過程，可能還存在其他因素或在某一階段已造成頸動脈超聲無法發(fā)現(xiàn)的微觀損害；(2)基于二維超聲的V Flow技術(shù)只能對感興趣的區(qū)平面以內(nèi)的血流參數(shù)進行測量，尚無法反映頸動脈分叉部整體血流動力學(xué)的變化。

4 結(jié)論

運用V Flow技術(shù)研究正常人群頸動脈球部解剖及血流動力學(xué)與WSS的關(guān)系，結(jié)果表明頸動脈球部血流量、血流紊亂區(qū)面積及膨大程度是影響外側(cè)WSS的主要因素，而與頸動脈球部發(fā)出角度的關(guān)系并不密切。