VFM技術(shù)分析慢性心力衰竭患者左心室流體力學(xué)參數(shù)的改變

李廣霞，李素梅，陳偉冬，王宇

大慶龍南醫(yī)院 物理診斷科超聲心動室 (大慶　163458)

VFM技術(shù)分析慢性心力衰竭患者左心室流體力學(xué)參數(shù)的改變

李廣霞，李素梅，陳偉冬，王宇

大慶龍南醫(yī)院 物理診斷科超聲心動室 (大慶163458)

【摘要】目的本研究通過應(yīng)用血流向量成像(vector flow mapping,VFM)技術(shù)來探討慢性心力衰竭(chronic heart failure,CHF)患者左心室流體力學(xué)參數(shù)的變化。方法選取2015年1月至2015年9月于大慶龍南醫(yī)院就診的CHF患者共45例作為CHF組，60例健康人作為對照組。常規(guī)超聲測量左心室收縮與舒張功能指標(biāo)(EDV、ESV、SV、FS、CO、CI、EF、Tei指數(shù))；于心尖左心室三腔觀采集動態(tài)彩色多普勒血流圖動態(tài)圖像測定射血-充盈血流逆轉(zhuǎn)間期(FRI)、校正射血-充盈血流逆轉(zhuǎn)間期(CFRI)、射血-充盈血流逆轉(zhuǎn)流率(FRR)和左心室射血期峰值流率(FRPE)，比較兩組左心室流體力學(xué)參數(shù)的差異；并對射血-充盈血流逆轉(zhuǎn)期的各VFM測量參數(shù)與常規(guī)超聲測量左心室收縮與舒張功能指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果常規(guī)超聲指標(biāo)：與對照組相比，CHF組LVDd、LVDs、EDV、ESV增大，SV、CO、CI、EF、FS降低，ICT、IRT延長，ET縮短，Tei指數(shù)增大，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；血流動力學(xué)參數(shù)：CHF組FRI、CFRI較對照組延長(P<0.001)，F(xiàn)RR、FRPE減低(P<0.001)；FRI、CFRI與Tei指數(shù)呈正相關(guān)(P<0.05)，F(xiàn)RI、CFRI與EF、FS、SV、CO、CI呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)，F(xiàn)RR、FRPE與Tei指數(shù)呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)，F(xiàn)RR、FRPE與EF、FS、SV、CO、CI呈正相關(guān)(P <0.05)。FRI、CFRI、FRR、FRPE與EDV、ESV無相關(guān)性(P>0.05)。結(jié)論VFM技術(shù)能直觀顯示并定量分析CHF患者左心室流體力學(xué)變化，為CHF患者診斷、治療及預(yù)后評價提供了新的參考指標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】血流向量成像技術(shù)；常規(guī)超聲檢查；慢性心力衰竭；流體力學(xué)參數(shù)

慢性心力衰竭(chronic heart failure,CHF)是人類最常見的心臟病之一，雖然對其臨床診斷有了較為詳細(xì)的認(rèn)識，但對患者心腔內(nèi)血流的流體力學(xué)變化知之甚少，仍需尋找新型技術(shù)來探尋其變化規(guī)律。血流向量成像(vector flow mapping,VFM)技術(shù)是一種新型超聲血流成像方法，通過多普勒頻移信息獲取心腔內(nèi)血液流場狀態(tài)[1]，在彩色多普勒圖像基礎(chǔ)上，能實時呈現(xiàn)心臟內(nèi)血液流場的分布，并對心臟的血流結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行分析，該方法為全面評估心腔內(nèi)血液流場狀態(tài)提供了新的且較精確的思路[2]。本研究利用VFM技術(shù)分析CHF患者左心室流體力學(xué)指標(biāo)變化。

1資料和方法

1.1臨床資料

選取2015年1月至2015年9月于大慶龍南醫(yī)院就診的CHF患者45例(CHF組)。納入標(biāo)準(zhǔn)：1)經(jīng)臨床確診為慢性心力衰竭；2)心功能根據(jù)紐約心臟協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)分級為Ⅱ～Ⅳ級；3)左心室射血分?jǐn)?shù)(ejection fraction，EF)<50%。 排除標(biāo)準(zhǔn)：1)先天性心臟病等導(dǎo)致的左心收縮功能減低者；2)圖像顯示不滿意者。CHF組男24例，女21例，年齡(64.58±12.96)歲，其中陳舊性心肌梗死25例、擴張性心肌病9例、高血壓心臟病7例、尿毒癥4例。選取60例于本院體檢的健康人作為對照組，其中男35例， 女25例，年齡(63.08±11.61)歲。CHF組和對照組的年齡、性別等一般資料比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

1.2研究方法

使用Aloka公司prosound α10彩超儀(PA52105探頭) 常規(guī)超聲測量左心室收縮與舒張功能指標(biāo)。常規(guī)超聲檢查指標(biāo)：左心室舒張末期內(nèi)徑(left ventricular end diastolic dimension,LVDd)、左心室收縮末期內(nèi)徑(left ventricular end systolic dimension,LVDs)、左心室舒張末期容積(left ventricular end-diastolic volume,EDV)、左心室收縮末期容積(left ventricular end-systolic volume,ESV)、EF、左心室短軸縮短率(left ventricular fractional shortening,FS)、每搏輸出量(stroke volume,SV)、心輸出量(cardiac output,CO)、心指數(shù)(cardiac index,CI)、等容舒張期時間(isovolumetric diastolic time,IRT)、等容收縮期時間(constant volume systolic time,ICT)、射血期時間(ejection period of time,ET)。于心尖左心室三腔觀采集動態(tài)彩色多普勒血流圖像，應(yīng)用VFM分析軟件工作站進(jìn)行脫機分析，采用VFM渦流圖的方法，逐幀觀察射血-充盈血流逆轉(zhuǎn)間期(flow reversal interval,FRI)(左心室射血停止主動脈瓣關(guān)閉至二尖瓣口小圓圈狀渦流出現(xiàn)的時期)的各時相，再通過VFM渦流圖及對應(yīng)的心電圖，在時間-流率曲線上測定射血-充盈血流逆轉(zhuǎn)的各參數(shù)，包括FRI、校正射血-充盈血流逆轉(zhuǎn)間期(corrected flow reversal interval,CFRI)、射血-充盈血流逆轉(zhuǎn)流率(flow reversal rate,FRR)、左心室射血期峰值流率(flow rate in peak ejection,FRPE)。

1.3統(tǒng)計學(xué)方法

2結(jié)果

2.1兩組一般資料

CHF組心率、收縮壓、舒張壓高于對照組，且差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，兩組年齡、性別和體表面積比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)(表1)。

2.2兩組常規(guī)超聲測量值比較

與對照組比較，CHF組LVDd、LVDs、EDV、ESV增大，SV、CO、CI、EF、FS降低，ICT、IRT延長，ET縮短，Tei指數(shù)增大，兩組差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)(表2)。

2.3兩組流體力學(xué)參數(shù)比較

與對照組比較，CHF組FRI、CFRI明顯延長，F(xiàn)RR、FRPE明顯減低(圖1和圖2)，兩組差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P≤0.001)(表3)。

表1　兩組一般資料比較

表2　兩組常規(guī)超聲測量值比較±s)

圖1CHF患者時間-流率曲線圖

注：FRI=105 ms，F(xiàn)RR=19.2 cm2/s，F(xiàn)RPE=24.8 cm2/s

圖2　正常人的時間-流率曲線圖

2.4FRI、CFRI、FRR、FRPE與常規(guī)超聲檢測指標(biāo)的相關(guān)性分析

FRI、CFRI與Tei指數(shù)呈正相關(guān)(P<0.05)，F(xiàn)RI、CFRI與EF、FS、SV、CO、CI呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)，F(xiàn)RR、FRPE與Tei指數(shù)呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)，F(xiàn)RR、FRPE與EF、FS、SV、CO、CI呈正相關(guān)(P<0.05)。FRI、CFRI、FRR、FRPE與EDV、ESV無相關(guān)性(P>0.05)。

表4　FRI、CFRI、FRR、FRPE與常規(guī)超聲檢測指標(biāo)的相關(guān)性分析

3討論

CHF是由于初始的心肌損害和應(yīng)力作用而造成的心室舒縮功能低下現(xiàn)象，主要臨床表現(xiàn)為呼吸困難、無力和液體潴留。CHF是一種復(fù)雜的臨床癥狀群，為各種心臟病的嚴(yán)重階段[3]，且心力衰竭是一種進(jìn)行性病變[4]。超聲心動圖通過測量心腔大小等來評估心力衰竭[5]，主要用于檢測心力衰竭時左心室的重構(gòu)，但無法反映心力衰竭過程中血流動力學(xué)參數(shù)的改變。本研究應(yīng)用VFM技術(shù)分析CHF患者左心室血流動力學(xué)參數(shù)變化，為CHF患者提供更為有效的診斷方法。

VFM技術(shù)可實時顯示心臟內(nèi)血液流場分布、分析心臟血流結(jié)構(gòu)變化、顯示心腔內(nèi)的血流信息，且可評估心臟中復(fù)雜的流場狀態(tài)，并對心室的血流動力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為全面評估心臟功能及進(jìn)行有效治療提供了更為精準(zhǔn)的依據(jù)[5]。VFM技術(shù)還能對血液流場與心室壁心肌的時空關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析，從而客觀、準(zhǔn)確評價心功能系統(tǒng)整體變化。

本研究發(fā)現(xiàn)，兩組常規(guī)超聲檢查指標(biāo)比較，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義；CHF患者FRR、FRPE較對照組明顯減低，F(xiàn)RI和CFRI明顯延長，F(xiàn)RI延長和FRR減低使得左心室有效充盈時間相對縮短，充盈效率降低，而左心室充盈良好是心室高效射血的必備條件，故左心室有效充盈時間縮短將會影響心臟整體功能。

關(guān)于心力衰竭心臟流體力學(xué)的研究，Hong等[6]通過超聲微粒成像速度測量學(xué)(ultrasonic surveying particle imaging velocimetry,PIV)技術(shù)對心功能不全患者的左心室血液流場變化進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)該類患者收縮早期渦流持續(xù)時間增加，左心室流出道至心尖部的速度階差降低。國外研究[7]表明，心臟任何形態(tài)和功能的改變都會導(dǎo)致左心室腔內(nèi)血液流體動力學(xué)發(fā)生變化。Li 等[8]報道，VFM技術(shù)可定量評估主動脈瓣反流。Lu等[9]研究發(fā)現(xiàn)，VFM技術(shù)可用于觀察急性心肌缺血所致心力衰竭的舒張早期心室內(nèi)流場變化。目前CHF的定量診斷方法比較局限，特別是對射血向充盈的逆轉(zhuǎn)研究更是少之又少。左心室舒張期充盈和機械性能是整個心臟健康情況的指示器，并且有助于心力衰竭的早期診斷[10]，通過PIV技術(shù)證明傳送的血液通過渦流環(huán)在心室腔內(nèi)產(chǎn)生一個回轉(zhuǎn)，這種觀點較直接射血更支持高效的血液運輸。本研究將渦流環(huán)在心室腔內(nèi)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)稱之為“射血-充盈血流逆轉(zhuǎn)間期”，通過渦流圖及時間-流率曲線觀察這個間期的變化，并計算此時間段血流的射血-充盈血流逆轉(zhuǎn)流率來更好的評價心力衰竭患者的病變程度。本研究發(fā)現(xiàn)，與對照組比較，CHF患者FRI、CFRI明顯延長，F(xiàn)RR、FRPE明顯減低，與上述研究基本一致。

從相關(guān)性分析可見，F(xiàn)RI、CFRI、FRR、FRPE可以和EF、FS、SV、CO、CI、Tei指數(shù)等常用超聲指標(biāo)一樣反映心功能變化，且相關(guān)性較好，表明該技術(shù)準(zhǔn)確性較高。CHF患者心功能降低時，心肌收縮無力，左室腔血流速度減慢，故FRI、CFRI明顯延長，F(xiàn)RR、FRPE明顯減低。

雖然VFM技術(shù)在心臟流體力學(xué)研究中具有重要作用，但該技術(shù)目前還存在一定的局限性。首先，VFM技術(shù)仍需要進(jìn)行脫機分析，這將導(dǎo)致部分圖像信息丟失，使得VFM技術(shù)在測量一些高速和低速血流信號時準(zhǔn)確性降低；其次，脫機分析過程消耗時間較長，不利于臨床廣泛應(yīng)用。此外，本研究受限于病例數(shù)較少，無法反映所有患者的情況。

總之， VFM技術(shù)可對CHF患者左心室的流體力學(xué)變化進(jìn)行分析，為CHF患者診斷、治療及預(yù)后評價提供新的參考指標(biāo)。

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Analysis of Changes of Left Ventricle Hydrodynamics Parameters in Patients with Chronic Heart Failure by Vector Flow Mapping Technology

LiGuangxia,LiSumei,ChenWeidong,WangYu.

DepartmentofPhysicalDiagnostics,DaqingLongnanHospital,Daqing163458,China

【Abstract】ObjectiveTo explore the changes of left ventricle hydrodynamics parameters in patients with chronic heart failure(CHF) using vector flow mapping(VFM) technology. Methods45 CHF patients in our hospital were selected as the CHF group and 60 healthy people were chosen as the control group. Echocardiographic examination was performed to measure left ventricle systolic and diastolic function indexes (EDV、ESV、SV、FS、CO、CI、EF、Tei index).The dynamic color doppler images were collected in the three chamber view and flow reversal interval (FRI), flow reversal rate (FRR), corrected flow reversal rate (CFRI) and flow rate in peak ejection (FRPE) were measured. Parameters in CHF group were compared with those in control group. The correlation of VFM parameters and left ventricle systolic and diastolic function indexes measured by echocardiographic examination was analysed by bivariate correlation analysis. ResultsIndexes measured by echocardiographic examination were as follows. Compared with healthy controls, CHF group′s LVDd, LVDs, EDV, ESV and Tei indexes were increase; SV, CO, CI, EF and FS indexes were decreased; ICT, IRT indexes were extended and ET index were shortened, the differences of which were statistically significant (P<0.05). The result of hydrodynamics parameters was as follows: CHF group was significantly increased compared with the control group in FRI, CFRI (P<0.001) and significantly reduced in FRR, FRPE (P<0.001). There were positive correlations between FRI, CFRI and Tei index(P<0.05); negative correlations between FRI, CFRI and EF, FS, SV, CO and CI(P<0.05); positive correlations between FRR, FRPE and Tei index(P<0.05); positive correlations between FRR, FRPE and EF, FS, SV, CO and CI(P<0.05); no significant correlation between FRI, CFRI, FRR, FRPE and EDV, ESV(P>0.05). ConclusionThe visualization of hydromechanics inside the heart of CHF patients could be directly accomplished by VFM, which can provide a new method for diagnosis and evaluation of results of treatment or prognosis.

【Key words】Vector flow mapping; Echocardiography; Chronic heart failure; Hydrodynamics parameters

doi:10.3969/j.issn.1674-2257.2016.01.024

【中圖分類號】R540.4+5

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1705.R.20160112.1025.010.html

·論著·