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腹主动脉瘤及腔内血栓生物力学特点的超声研究

贾庆帅  
【摘要】: 一、研究背景及目的 腹主动脉瘤(Abdominal aortic aneurysm, AAA)的发生和发展是一个多因素的致病过程,其发病机制涉及遗传学、环境学和生物化学等多种因素,其确切机制尚在研究中。腹主动脉瘤的发病率呈日渐增高趋势,最新数据表明,美国每年约有30,000人死于腹主动脉瘤破裂,破裂后的死亡率高达90%,远超过一般恶性肿瘤,因此对腹主动脉瘤进行更有效的早期诊治和预测其破裂风险、防患于未然已成为愈来愈紧迫的任务。二维彩色多普勒超声是一种简便、无创、价格低廉、准确性高的检查技术,其可对腹主动脉瘤的位置、大小、形态结构、血流动力学及血液流变学参数进行实时动态的检测。二维斑点追踪技术(Two-dimensional speckle tracking imaging,2DSTI)是对心肌和血管壁运动速度及任一方向应变、应变率等生物力学参数进行定量研究的超声新技术。该技术能够更真实、准确地反映所检测组织的运动情况,具有时间分辨率高、不受组织整体运动影响、非角度依赖等优点。本研究将二维超声、M型超声、彩色多普勒超声及2DSTI检测技术相结合,对腹主动脉瘤的物理结构、血流动力学状态、血管生物力学特性、管壁上血栓回声强度及对局部血流冲击力、管壁旋转度等进行了较全面检测,与正常腹主动脉检测数据对比分析,为研究腹主动脉瘤运动力学特点、瘤腔内血栓局部组织特性提供有价值的超声影像学信息,为进一步揭示腹主动脉瘤的形成和破裂机制提供参考指标。 二、研究方法 (一)研究对象 AAA组:2008年11月~2010年5月我院血管外科收治的腹主动脉瘤患者26例,其中男性19例,女性7例,年龄36~83岁,平均58±13.5岁。所有病例均行螺旋CTA或磁共振血管造影(MRA)检查确诊为肾动脉下型真性腹主动脉瘤,瘤体内径均大于4.0cm,其中最大腹主动脉瘤内径达6.67cm,19例患者瘤腔周围伴有血栓形成,15例为单一血栓,3例管腔内有2个血栓,1例管腔内为3个血栓。AAA瘤体形态以囊状和梭状为主,少数为不规则形。 正常组:来我院体检的健康志愿者30例,其中男性18例,女性12例,年龄29-73岁,平均51±13.4岁。经体格检查、实验室检查及影像学检查均排除心、脑、肾及大血管病变。 (二)研究仪器和方法 1.仪器 使用Philips iE33彩色多普勒超声诊断仪,选择C5-2探头(频率2.0~5.0 MHz)对正常人腹主动脉和AAA组患者动脉瘤行二维、M型、彩色多普勒及频谱多普勒超声检查;选用S5-1探头(频率1.0~5.0 MHz)对两组相同部位动脉或AAA行二维动态图像采集,储存图像,使用Qlab分析软件中的TMQA、ROI软件脱机对图像进行分析。 2.超声检测方法及研究指标 (1)二维超声和M型超声检测方法及研究指标 二维超声图像上观察腹主动脉或AAA的走形、形态、管腔内有无血栓,血栓的位置、大小和回声等,对腹主动脉瘤内所形成的血栓,在短轴观上测量其舒张期的最大厚度。用M型超声显示并测量:①正常人腹主动脉肾动脉起始水平以下1~2cm处(标记位置为AO1,以下简称AO1)和髂总动脉分叉上2~3cm处(标记位置为AO2,以下简称AO2)三个心动周期内从舒张末期到收缩期前、后壁最大位移值,取三个心动周期的平均值;②测量收缩期最大的血管腔内径(Ds)、舒张期最小的血管腔内径(Dd),计算Ds—Dd差值,即前后壁位移之差ΔD;③对于AAA患者,同样方法测量AAA入口处、瘤腔最扩大处和出口处前后壁位移、以及瘤腔最扩大处收缩期最大内径。 (2)彩色多普勒和频谱多普勒检测方法和研究指标 彩色多普勒超声显示正常人腹主动脉管腔内及腹主动脉瘤AAA患者AAA瘤腔内血流的色泽、方向、充盈度,判断血流性质。 频谱多普勒超声显示并测量正常人上述AO1、AO2两处以及AAA患者腹主动脉瘤入口和出口处的最大血流速度(Vmax),取三个心动周期的平均值。另外分别测量瘤腔最大内径处贴近前壁、瘤腔中心、贴近后壁三个部位的收缩期Vmax。 (3) 2DSTI检测方法和研究指标 TMQA软件分析:将所采集正常组AO2处腹主动脉及腹主动脉瘤最大瘤径处的连续三个心动周期的短轴二维动态图像导入Qlab脱机工作站,用TMQA软件进行分析,主要检测指标为该两部位前壁、后壁、右前侧壁、左前侧壁、右后侧壁及左后侧壁各节段收缩期最大径向位移、径向位移达峰时间、舒张期最大径向速度、径向速度达峰时间、径向面积变化率(FAC)、径向应变峰值(RSmax)、径向应变率峰值(RSRmax)、圆周应变峰值(CSmax)及圆周应变率峰值(CSRmax)。并对腹主动脉瘤瘤腔内血栓形成部位分别进行了FAC、RSmax、CSmax和局部旋转角度(RA)的检测和研究。 ROI软件分析:图像导入方法同TMQA软件,导入后选择ROI软件,分别对血栓邻近瘤腔部位、血栓中间部位和血栓近瘤壁部位进行从舒张末期到收缩期回声强度变化的测量。每个部位回声强度变化值取三个心动周期变化值的平均值。 三、结果 (1)二维超声结果 二维超声图像上显示正常腹主动脉为内径变化较小的管型结构,走形、形态正常,内膜完整,管壁上无血栓形成;AAA组在AAA形成处,管腔膨大扩张,形态多为囊状和梭状,少数为不规则形,其余血管内膜面毛糙,AAA瘤腔内多伴有血栓形成,血栓回声多为偏高回声。 (2) M型超声结果 正常组AO1、AO2两处腹主动脉前壁位移均大于后壁,且AO1处的各壁位移值均大于AO2处相对应各壁的位移。AO1处的ΔD均值大于AO2处的ΔD均值。AO1、AO2两处的前后壁位移及ΔD均与受检者的年龄呈负相关。 AAA组入口处、瘤腔最大内径处和出口处三部位前壁位移值均小于后壁,其中入口处和出口处前、后壁位移值均大于瘤腔最大瘤径处前、后壁位移。两组相比,AAA组三部位前、后壁位移值均小于正常组两处前、后壁最大位移。 (2)彩色多普勒及频谱多普勒超声结果 彩色多普勒超声显示正常腹主动脉内呈现单一的红色层流,色泽明亮,充满管腔,随心动周期呈现有规律“闪现”的红色血流信号,当彩色血流速度标尺选定较低彩色敏感度增强时,AO2部位管腔内每一心动周期内可呈现红色-蓝色-红色的快速闪现血流信号。AAA组瘤腔内血流色泽失去同一性和规律性,入口处多为红色或花色血流,瘤腔内呈红蓝相间的血流信号,血流方向紊乱,部分较大的瘤腔内彩色血流信号暗淡、充盈不佳,呈涡流及旋流征象,血栓形成部位彩色血流信号充盈缺损,出口处依声束与血流之间的位置呈现红色或红蓝间聚闪现或蓝色。 频谱多普勒显示正常组AO1处血流频谱频带较AO2处略宽,其舒张期有一定程度的正向血流信号。AO2处收缩期血流频谱陡直,有的舒张早期可有一反向波。AO1处血流频谱测值Vmax范围为31.21~89.67cm/s,AO2处血流频谱测值Vmax范围为22.82~83.23 cm/s,两处平均值分别为58.42±14.44cm/s,52.72±15.53cm/s,AO1处Vmax平均值大于下段AO2处。AAA组频谱多普勒显示入口处Vmax范围为26.5~101.0cm/s,瘤腔内血流速度明显降低,瘤腔中部Vmax范围为11.4~54.2 cm/s,整个心动周期中可出现正负双向血流频谱,有的瘤腔内出现明显的舒张期负向血流频谱,出口处Vmax范围为17.8-60.0cm/s。各部位最大流速平均值相比,入口处最大流速大于其余部位最大流速,出口处最大流速大于瘤腔最大内径处中心部位最大流速。腹主动脉瘤各部位最大流速与正常人腹主动脉下段腹主动脉处最大流速相比,除入口处最大流速无明显区别外,其余各部位最大流速均小于下段腹主动脉处最大流速。 (3)2DSTI测量结果 正常组:正常腹主动脉前壁收缩期最大径向位移峰值范围为1.21~2.12mm,大于其余各节段,其余各节段位移峰值之间比较无明显差异。2DSTI所测量的前、后壁位移峰值与M型超声所测量的结果相一致,无明显差异。正常腹主动脉前壁舒张期最大径向速度平均值略大于其余各节段,但无统计学意义。各节段径向位移、速度达峰时间、运动方向基本一致,无明显差别。径向面积变化曲线显示,心动周期中收缩期腹主动脉径向面积变化明显,其曲线坡度陡直,舒张期径向面积变化相对收缩期较缓,曲线斜率变小,变化均匀。径向应变峰值、径向应变率峰值、圆周应变峰值和圆周应变率峰值各节段之间无明显差异,其中前壁三节段的各应变峰值、应变率峰值略大于后壁三节段。各节段径向应变峰值、径向应变率峰值均分别大于相应节段的圆周应变峰值、圆周应变率峰值。各节段径向应变峰值、径向应变率峰值与其径向速度峰值呈正相关;径向应变峰值、圆周应变峰值与受检者年龄呈负相关。 AAA组:腹主动脉瘤最大瘤径处各节段收缩期最大径向位移曲线相对正常组位移曲线明显变缓,部分节段位移曲线近乎平直,有的节段甚至呈反向运动。同时舒张期最大径向速度曲线相对正常组速度曲线有同样变缓趋势,波峰降低,曲线斜率明显变小。各节段收缩期最大径向位移值明显小于正常组各节段,舒张期最大径向速度小于正常组各节段,各节段速度和位移曲线分布明显杂乱、不规则,有的节段运动方向紊乱。各节段相对正常组速度达峰时间、位移达峰时间变长,前壁三节段相对后壁三节段达峰时间明显延长。径向面积变化曲线显示,相对正常组面积变化明显减小。各节段圆周应变峰值、圆周应变率峰值相对正常组各节段减小,径向应变峰值、径向应变率峰值相对正常组明显减小。 下段腹主动脉瘤腔内血栓检测结果:①腹主动脉瘤瘤腔收缩期最大内径范围为4.14~6.67cm,舒张期血栓最大厚度范围为0.75~1.97cm,两者呈正相关。②血栓从舒张末期到收缩期强度变化大小分为:血栓近瘤腔部位中间部位近瘤壁部位。③以血栓为边界测量AAA组FAC,其平均值为3.07±1.10,大于以瘤壁边界的FAC平均值2.78±1.23。以血栓瘤腔面为边界测量各节段圆周应变峰值、径向应变峰值大于以瘤壁为边界相应的测值,径向应变峰值测值尤其明显。以血栓为边界测量管壁局部旋转角度,其旋转角度较单独测瘤壁的旋转角度变小。 四、结论 (一) 2DSTI技术对腹主动脉和腹主动脉瘤局部节段运动进行检测是可行的,与二维彩色多普勒超声和M-型超声联合运用可以为腹主动脉瘤研究提供有价值的超声影像学信息,为进一步深入揭示腹主动脉瘤的形成和破裂机制提供参考指标。ROI软件应用的是原始数据分析技术,作为检测腹主动脉瘤腔内血栓的一种新技术、新方法,可以更加全面地对血栓在心动周期中的强度变化进行定量检测,为血栓的病理变化状况提供一定信息,对腹主动脉瘤随访具有重要的临床价值。 (二)正常腹主动脉前壁位移大于后壁,这与腹主动脉解剖部位的特殊性有关,下段腹主动脉管壁前、后壁位移及收缩期最大血流速度均小于中段腹主动脉,这与下段腹主动脉特殊解剖部位、血供分布特点及结构成分变化有关。正常腹主动脉管壁位移、收缩期最大内径与舒张期最小内径之差、应变峰值均随受检者年龄的增大而减小,表明随着年龄增长,腹主动脉管壁弹性和应变能力下降。年轻人与老年人比较,后者发生腹主动脉瘤的几率偏高。 (三)腹主动脉瘤入口、出口及瘤腔最大内径处前、后壁位移均小于正常腹主动脉管壁位移,以瘤腔最大内径处为著。腹主动脉瘤瘤壁相对正常腹主动脉管壁,位移、速度径向面积缩短率及应变、应变率均变小,达峰时间延长,局部各节段达峰时间明显不一致,这与腹主动脉瘤瘤壁内膜粥样硬化、弹性纤维和胶原纤维比例下降导致的管壁僵硬、顺应性下降,各节段管壁厚度、中膜内平滑肌细胞的含量、血管壁所受压力不同导致其顺应性不同以及瘤腔内血流模式的改变相关。 (四)以血栓为边界所测得的腹主动脉瘤径向面积缩短率、圆周应变峰值、径向应变峰值均大于以管壁为边界的测值,表明血栓对瘤壁所承受的血流冲击力有一定的缓冲作用。


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