智光 先生，教授、博士生导师，解放军总医院心内科主任医师。
关键词: 超声 速度向量成像
目前，全世界每年约有两千万次的心血管影像检查采用X射线心血管造影、超声心动图或核医学技术。超声心动图以其无创、便捷、可重复操作等优点成为心血管影像检查的首选方法。随着超声相关技术和计算机后处理能力的提高，发展起来一种新的技术—速度向量成像技术(Velocity Vector Imaging，VVI)。该技术是新近推出的研究心肌结构力学、分析局部心功能的新技术，为测量心脏扭转运动、应变及应变率、心脏再同步化的评价提供了新的方法，使人们从一个新的视野重新认识心脏运动。
一 原理
VVI技术利用超声象素的空间相干、斑点追踪及边界追踪(包括二尖瓣环、组织/心腔边界的运动、组织邻近边界的运动及R-R间期显示的心脏循环运动)等技术，采集原始的二维象素的振幅及相位信息，运用一种实时心肌运动跟踪运算法，计算并以矢量方式显示二维超声心动图上组织结构的活动方向、速度、距离、时相等，对心肌组织在多个平面运动的结构力学进行量化分析，避免了多普勒的角度依赖性，实现二维、三维的参数成像(图1)，能更准确地对心肌运动进行自动追踪，通过对向量大小及方向的分析得到大量反映心肌生物学特征的数据。
其技术优势在于：
(1)采用声学采集，与传统组织多普勒技术比较，无角度和帧频的依赖，并且噪音显著减少；
(2)无分析切面的局限，能定量心肌在长轴、短轴和圆周方向的速度、位移、应变和应变率；
(3)无需事先标定瓣膜开放和关闭时间；
(4)重复性较组织多普勒成像有所提高。
二 应用范围及相关研究
1. 应用
a. 揭开心肌运动奥秘
探索心肌原动力，真实再现心脏室壁的收缩和舒张运动。
b. 研究心脏扭转运动
分析心尖部运动向量，量化心肌扭转角度，显示心肌扭转速度。
c. 捕捉动态向量
实时追踪心肌运动，任意选择取样部位，无多普勒角度依赖。
d. 整体及节段性运动评估
任意切面M型取样，任何二维切面取样，心脏容积计算，应变、应变率分析，局部与总体射血功能，心肌运动三维定量，心脏同步化研究。
e. 血管壁的运动
2. 相关研究
a. 心脏扭转运动的研究
心脏的运动较复杂，除沿心脏长轴和短轴运动外，还伴随扭转运动。心动周期中心脏的扭转对正常心功能很重要，可能还促进舒张早期心室充盈。因此对扭转角度的测量能为临床提供一个非常有价值的诊断方法。我们应用Sequoia 512超声诊断仪，以VVI技术观察了32名健康志愿者的左室扭转运动。结果发现32名健康志愿者左室扭转角度为(6.10±2.93)度，男性左室扭转角度为(5.45±2.46)度，女性左室扭转角度为（7.04±3.31)度，男女之间差异无统计学意义（P>0.05)。左室扭转方向规定从心尖向心底部观察逆时针旋转为正方向，反之为负。我们的结果显示心底与心尖均为正占34%，均为负占13%，心底正心尖负占25%，心底负心尖正占28%，差异无统计学意义(P>0.05)。早在1628年Harvey W就发现了在心脏收缩与舒张过程中的心室扭转，之后许多学者也发现了这一现象，但由于当时技术的限制，左室扭转程度很难测量。最早人们以X射线电影成像技术检测心室扭转运动。随着超声心动图技术的发展，为检测心脏扭转运动提供了一种无创方法。MRI也可用来测量心室扭转，但目前尚没有评价左室扭转的金标准。VVI技术应用象素的空间相干及追踪技术(Pixel Tracking)，通过一种实时心肌运动跟踪运算法，跟踪每帧图像上的象素点，能在二维的高帧频灰阶图像上得到其运动速度和方向的变化曲线，且该技术与以往多普勒组织成像技术比较克服了角度依赖性，故可用来研究心脏的扭转运动。
目前，有关心脏扭转的研究所得出的扭转角度和方向尚不完全一致。本研究中左室扭转角度与应用超声技术的研究结果相似，且男女之间差异无显著性，但与其它技术如MRI测量的正常人左室扭转角度相比偏小，这可能与采用的方法不同有关。由于样本量小，尚未发现明显的心脏扭转规律，还需要更大样本量进一步研究。总之，VVI技术是一种方便、无创的测量心脏扭转的方法，这一技术还可进行各种心脏病扭转方面的研究。
b. 心脏整体与节段性功能评估
左室整体功能是各节段局部功能的总和，任何一部分局部功能降低均会影响左室的整体功能。室壁节段性运动异常是心肌缺血最早的特征性表现之一，也是超声心动图诊断冠心病的主要依据，正确地评定心脏功能对临床医生很重要。
目前，评价心脏功能的方法，如心搏量、射血分数(EF)等都是估测心室的整体功能。观察室壁的节段性运动虽然可以了解心脏的局部功能，但为半定量性，而且要有一定的经验。 同位素左室造影虽然可以评价局部心功能，得到节段的EF值，但因其有创伤、价格相对昂贵、患者无法接受等原因无法广泛应用于临床。而VVI技术能够准确计算心室各节段的收缩及舒张末期容积，进而得到节段EF值，可定量评价心脏节段功能。这是对以往超声技术只能研究整体EF值新的突破，且方法简便可行(图2)。曹铁生等应用VVI技术研究了高血压患者的心脏功能，发现四腔切面的高血压病组除室间隔基底段外余各节段EF值均小于对照组相应节段，且有统计学意义。
c. 应变、应变率分析
应变及应变率反映的是局部心肌发生的形变及速率，不受周围心肌牵拉的影响，因此在超声诊断研究中备受关注。以往对应变及应变率的研究是基于多普勒组织成像，受到角度限制，对与声束夹角大于20度的心肌组织及短轴方向上心肌的形变难以进行准确评估。操铁生等利用VI技术对高血压病患者及正常对照组不仅进行了长轴方向上的应变率分析，而且还做了短轴方向上的应变率分析，发现高血压病组的应变率无论在长轴方向还是短轴方向均小于对照组。我们的研究还发现肥厚型心肌病与缺血性心肌病患者的应变及应变率均小于正常人。以VVI技术测量应变及应变率不受角度限制，且重复性较好。
d. 心肌运动三维定量
VVI技术不但在二维图像上采集数据，使数据形象化，观察更准确，还可形成速度、应变及应变率的三维图，直观显示心肌立体活动状态(图3~5)。
e. 心脏同步化研究
随着对终末期充血性心力衰竭患者进行心脏再同步化治疗的开展，如何判断心室内心肌运动的不同步已成为国内外研究的热点。且终末期充血性心力衰竭，并左末支传导阻滞的患者，左室各节段可出现不同程度的收缩延迟。目前，对用哪种方法、采用哪些参数作为判断心室内不同步的标准尚无定论。VVI技术为直观、客观地反映左室失同步现象提供了新的方法。该技术能定量观察，结合左室功能的测定，可以综合评价左心室内收缩的失同步。
舒先红等利用VVI技术对正常人和心力衰竭患者的同步性进行了研究。正常人不论在长轴还是短轴，同一切面上各室壁节段的速度向量大小相近，方向同步。心力衰竭患者，在CRT治疗(Cardiac Resynchronization Therapy，CRT)前，病变心肌的速度向量明显减低，方向不同步。经CRT治疗后，长轴、短轴和圆周方向的同步性得到改善，达峰时间显著缩短。
谢明星等应用VVI技术探察束支传导阻滞、室性早搏和显性预激引起的室间和室内心肌运动延迟和不协调。结果显示8例完全性左束支传导阻滞患者左室心肌出现显著收缩延迟与不同步，侧壁收缩尤其显著。室早患者在早搏周期内，异位起搏点处心肌收缩明显早于其余室壁，心室收缩不协调。预激患者则出现特征性局部心肌收缩早期提前收缩，收缩中、晚期收缩同步性并无明显影响，径向收缩峰值应变达峰时间基本一致。
总之，VVI技术克服了组织多普勒(Tissue Doppler Imaging，TDI)的不足，对定量判断心脏收缩和舒张同步性、异位起搏点的标测、预测和随访CRT疗效具有重要的临床价值。
f. 其它
VVI技术还在外周大动脉及胎儿心脏等方面显示了其优越性。有研究显示正常人外周大动脉壁VVI特点为：动脉壁运动协调，符合弹性腔理论；动脉前壁应变及应变率比后壁稍大；主干应变及应变率比分叉处大。动脉粥样硬化斑块血管VVI特点：粥样斑块处运动速度、应变及应变率比无斑块处低；斑块基底部应变率比斑块表面低；动脉粥样硬化血管各壁存在运动不协调，斑块处达峰时间提前。该技术还使胎儿心律失常的评价变得容易，其解剖M型可解决进行胎儿应变率成像时无法获取胎儿心电信号问题。对心律失常时心肌结构力学的变化、心功能等提供精确指标。
三 存在的问题
VVI技术问世不久，即取得了一系列的成就，但在临床实践中发现仍存在一些问题：
1. VVI技术虽能在2~4 cm范围内进行边界跟踪，并通过对二尖瓣环运动的跟踪对心内膜边界进行自动识别辨认，但心内膜的清晰勾画将直接影响分析结果，因此选择的基础图像应尽量清晰，必要时在留取二维图像时应嘱患者屏气以保证图像的稳定性。
2. 心内膜的应变率较心肌层和心外膜偏大，因此为保证分析结果的准确性、可比性，应尽量对每一患者及每一次勾画均在心内膜或同一心肌层。
3. 探头作为参照物，放置位置不同将会影响分析结果，在长轴方向软件自动默认的位置在心尖部，如无特殊要求应将探头放置在四腔心切面及二腔心切面的心尖部。
四 前景展望
虽然VVI软件仍在继续研发阶段，还有不完善的地方，但其重复性好，无多普勒角度依赖的优点将为超声评价心脏运动及功能提供新方法。
该技术特有的二维超声切面上直观显示心肌的运动速度和方向，能提供独特的心肌运动成像方式，客观精确地展现出心脏收缩与扭转运动，更完整地表达心脏射血动力，准确定量心脏容积及射血功能，也是心律失常、心衰等非同步运动定量分析及其同步化治疗的可靠依据。该项最新技术将从超声角度对临床和科研工作产生重大影响，为心血管疾病诊断与治疗开辟了最新途径，具有广阔的应用前景。
（全文完）
来源：《世界医疗器械》
出版日期：2006年10月
