超聲血流向量成像技術(shù)評(píng)價(jià)維持性血液透析患者左心室舒張期血流能量損耗*

周婕 尹立雪 蔡璐 徐蕓 謝苓

(1.遵義醫(yī)學(xué)院，貴州 遵義 563000；2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)研究所·超聲心臟電生理學(xué)與生物力學(xué)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610072)

心肌損害是終末期腎臟病患者常見(jiàn)的并發(fā)癥,而血液透析是慢性腎功能不全(chronic renal failure，CRF)患者主要腎臟替代治療方式[1]。有研究表明，心血管疾病是維持性血液透析(maintenance hemodialysis，MHD)患者死亡的主要原因，且發(fā)生嚴(yán)重影響預(yù)后[2]。MHD患者在疾病早期即可有LV舒張功能改變。常規(guī)超聲心動(dòng)圖可評(píng)價(jià)其舒張功能，但不能可視化評(píng)價(jià)心腔內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)改變。速度向量成像(vector flow mapping，VFM)技術(shù)是可用于可視化觀察與量化分析心室腔內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的超聲新技術(shù)[3]。本研究擬采用VFM評(píng)價(jià)MHD患者舒張期LV血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，并分析能量損耗與E/e的相關(guān)性，以期為臨床提供一種能精確量化評(píng)價(jià)MHD患者左心室舒張功能受損的新方法。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 選擇在四川省人民醫(yī)院血液透析中心進(jìn)行維持性血液透析的終末期腎臟病患者32例為血透組，其中男性17例，女性15例，年齡25～60歲，平均(45.7±9.5)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：依據(jù)2009年《改善全球腎臟病預(yù)后組織(KDIGO)臨床實(shí)踐指南》達(dá)到慢性腎功能不全標(biāo)準(zhǔn)，且已行維持性血液透析時(shí)間超過(guò)1年，每周規(guī)律透析三次，每次透析3～4小時(shí)，并堅(jiān)持藥物治療，無(wú)心功能不全的臨床表現(xiàn)。排除標(biāo)準(zhǔn)：先心病、冠心病、心臟瓣膜疾病、甲亢、心律失常及超聲提示左心室射血分?jǐn)?shù)<50%、心包積液者。選取經(jīng)心電圖、超聲心動(dòng)圖及生化指標(biāo)檢查均正常的健康志愿者31例為對(duì)照組，其中男性16例，女性15例，年齡25～55歲，平均(44.3±8.7)歲。

1.2 儀器與方法 應(yīng)用阿洛卡公司新標(biāo)Prosound F70超聲診斷儀，相控陣探頭，頻率1．5～5MHz。圖像采集:在靜息狀態(tài)下，受檢者左側(cè)臥位，同步記錄心電圖。①行常規(guī)超聲心動(dòng)圖檢查；②在心尖四腔心切面啟動(dòng)PW/TDI模式，取樣容積分別置于二尖瓣口與左心室瓣環(huán)側(cè)壁處，同步獲取運(yùn)動(dòng)速度曲線(xiàn)；③啟動(dòng)VFM模式，取心尖四腔心、三腔心、二腔心觀，調(diào)節(jié)彩色取樣框的大小及彩色增益，要求幀頻在17Hz以上，且血流取樣框必須包繞整個(gè)左心室，記錄并儲(chǔ)存連續(xù)3個(gè)心動(dòng)周期的動(dòng)態(tài)圖像。在機(jī)測(cè)量LAD、LVPWd、LVDd、IVSd、E、e，并計(jì)算E/e比值，以二維Simpson法測(cè)量計(jì)算左心室射血分?jǐn)?shù)LVEF。

1.3 圖像分析 將AP4C、AP3C、AP2C動(dòng)態(tài)血流圖導(dǎo)入DAS-RS1圖像后處理工作站，選定一個(gè)完整的心動(dòng)周期，逐幀勾畫(huà)心內(nèi)膜邊界，系統(tǒng)將自動(dòng)對(duì)左心室內(nèi)膜進(jìn)行追蹤，根據(jù)時(shí)間流量曲線(xiàn)(time-flow curve，T-F curve)以及瓣膜開(kāi)閉情況將一個(gè)完整的舒張期分為4個(gè)時(shí)相：等容舒張期(P1)、快速充盈期(P2)、減慢充盈期(P3)、心房收縮期(P4)。手動(dòng)確定好時(shí)相后勾畫(huà)、獲取并記錄各時(shí)相LV平均整體能量損耗(aEL-T)及基底段能量損耗(aEL-B)、中間段能量損耗(aEL-M)、心尖段能量損耗(aEL-A)及LV渦旋面積、循環(huán)強(qiáng)度,見(jiàn)圖1～3。

圖1能量損耗圖
Figure1Theimageoftheaverageenergyloss

注：A-D分別是對(duì)照組的能量損耗圖；E-H分別是血透組P1、P2、P3、P4的能量損耗圖；顏色越亮代表能量損耗值越大；圖示兩組平均能量損耗均從基底段到心尖段依次減小；血透組平均能量損耗較對(duì)照組更大，以P4明顯

圖2 渦旋圖Figure 2 The image of vortex

注：A-D分別是對(duì)照組P1、P2、P3、P4的渦旋圖，E-H分別是血透組P1、P2、P3、P4的渦旋圖；它可顯示渦旋的位置、面積與循環(huán)強(qiáng)度。圖示血透組P2、P4的渦旋circulation較對(duì)照組增加

圖3 血流向量圖Figure 3 The image of blood flow vector

注：A-D分別是對(duì)照組P1、P2、P3、P4的血流向量圖；E-H分別是血透組P1、P2、P3、P4血流向量圖，它以黃色線(xiàn)條顯示左心室腔流場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，箭頭指示方向，線(xiàn)條長(zhǎng)短表示向量的大小；圖示血透組的血流向量較對(duì)照組相對(duì)不規(guī)則，以P2、P4明顯

2 結(jié)果

2.1 兩組受檢者一般資料比較 血透組患者年齡、收縮壓及舒張壓、心率較對(duì)照組增高，其中兩組年齡、心率比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0．05)，收縮壓、舒張壓比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0．01)，見(jiàn)表1。

2.2 兩組常規(guī)超聲測(cè)值比較 血透組左心房?jī)?nèi)徑(LAD)、左心室舒張末期內(nèi)徑(LVDd)、室間隔厚度(IVSd)、左心室后壁厚度(LVPWd)、E/e均較對(duì)照組增高，左心室射血分?jǐn)?shù)(LVEF)較對(duì)照組降低，兩組LVPWd、LVEF比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0．05)，LAD、LVDd、IVSd、E/e差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)，見(jiàn)表2。

表1 兩照組一般臨床資料比較Table 1 The basic clinical data

注：與對(duì)照組比較，①P<0.01

表2 兩組常規(guī)超聲測(cè)值比較Table 2 Conventional ultrasonic measurement

注： 與對(duì)照組比較，①P<0.01

2.3 兩組平均能量損耗比較 血透組aEL在舒張期多個(gè)時(shí)相LV整體及心室不同水平較對(duì)照組增高，其中P1的aEL-T、P2的aEL-T、aEL-B、aEL-M、aEL-A及P3的aEL-A、P4的aEL-T、aEL-M、aEL-A差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01或P<0.05)，見(jiàn)表3。 兩組間比較，血透組渦旋面積在P1，循環(huán)強(qiáng)度在P2、P4較對(duì)照組增高，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01或P<0.05)，見(jiàn)表4。

表3 兩組平均能量損耗(aEL)比較Table 3 The average energy loss

組別P3P4aEL?TaEL?BaEL?MaEL?AaEL?TaEL?BaEL?MaEL?A血透組8．31±5．999．31±9．199．37±5．926．92±5．78①17．44±7．35②20．97±11．7315．03±7．69②14．09±7．68②對(duì)照組7．72±5．548．81±7．768．12±5．145．20±7．0812．64±8．7518．91±12．655．80±4．155．24±3．44

注：①P<0.05，與對(duì)照組比較；②P<0.01，與對(duì)照組比較

表4 兩組渦旋參數(shù)比較Table 4 The vortex parameter

注：與對(duì)照組比較，①P<0.05；與對(duì)照組比較，②P<0.01

2.4 相關(guān)性分析 在P2,血透組aEL-T與E/e正相關(guān)(r=0.402，P<0.05)；aEL-T與循環(huán)強(qiáng)度正相關(guān)(r=0.746，P<0.01)。在P4，血透組aEL-T與E/e正相關(guān)(r=0.732，P<0.01)；aEL-T與循環(huán)強(qiáng)度正相關(guān)(r=0.642，P<0.01)。

3 討論

心血管疾病是MHD患者死亡的主要原因[1-2]。超聲心動(dòng)圖因其簡(jiǎn)便、實(shí)時(shí)、無(wú)損傷等特點(diǎn)，已成為臨床診斷MHD患者心臟病變的首選醫(yī)學(xué)影像學(xué)方法。常規(guī)超聲心動(dòng)圖對(duì)心功能的評(píng)價(jià)多基于心室壁運(yùn)動(dòng)，無(wú)法顯示心腔內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué)改變情況。VFM技術(shù)是一種基于彩色多普勒成像，疊加斑點(diǎn)追蹤，以速度向量反映血流速度的大小和方向的能夠可視化呈現(xiàn)心腔內(nèi)血流狀態(tài)的超聲新技術(shù)。它通過(guò)其內(nèi)置的方程式，可以觀察到心腔內(nèi)的流場(chǎng)狀態(tài)，可對(duì)層流和渦流進(jìn)行區(qū)分并得到心腔內(nèi)的能量損耗值[3-5]。正常的渦流對(duì)維持心腔內(nèi)正常較小的EL具有重要作用，而異常渦流的形成則會(huì)增加能量損耗，從而反映心臟功能改變[6]。本研究應(yīng)用VFM技術(shù)中平均能量損耗和渦旋兩個(gè)指標(biāo)，對(duì)MHD患者舒張期LV腔內(nèi)流場(chǎng)狀態(tài)做出定量評(píng)價(jià)，并探求aEL與E/e的相關(guān)性，以望為早期心功能評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

血液透析時(shí)MHD患者血液經(jīng)血管通路進(jìn)入體外循環(huán)，與透析液發(fā)生溶質(zhì)交換后再經(jīng)血管通路回到體內(nèi)，從而引起靜脈回流增加。過(guò)多回流會(huì)加重心臟負(fù)擔(dān)，再加之CRF本身引起水、鈉潴留、貧血、腎素-血管緊張素增加及某些舒血管因子產(chǎn)生不足等因素的綜合作用，都會(huì)引起MHD患者血容量增高，心輸出量增加，最終導(dǎo)致血壓升高，引起心肌重構(gòu)，導(dǎo)致左心室肥厚[1，7-8]。本研究中MHD患者心臟結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律與已有的研究一致[9]。

有研究發(fā)現(xiàn)，心腔內(nèi)渦流的形成與心臟的解剖結(jié)構(gòu)、心肌運(yùn)動(dòng)及心功能等因素有關(guān)[10-11]。而本研究中，MHD患者舒張期部分時(shí)相的LV整體與心室不同水平aEL較正常組增高，分析其可能原因?yàn)镸HD患者長(zhǎng)期繼發(fā)性高血壓致左心室順應(yīng)性變化影響心腔內(nèi)正常渦旋形成，同時(shí)心室肌舒張和形態(tài)學(xué)變化，室壁僵硬度增加[12]，以及血流的高動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，使心腔內(nèi)渦旋增多，導(dǎo)致心室腔內(nèi)EL的增加。另外，MHD患者透析膜的生物相容性可造成脂蛋白酶抑制物產(chǎn)生增多引起脂代謝紊亂，MHD患者所處的高脂狀態(tài)，血液粘稠度的增高[13]，亦會(huì)導(dǎo)致MHD患者EL的增高。另有研究發(fā)現(xiàn)，心肌纖維化及心肌纖維排列的紊亂可引起左心室收縮與舒張不同步，這會(huì)使得同一時(shí)相的不同節(jié)段間出現(xiàn)壓差，有易于心腔內(nèi)形成異常渦旋，造成不穩(wěn)定的血流動(dòng)力學(xué)改變，從而增加心室腔內(nèi)EL[14]。這可能是本研究中P2的LV整體及不同節(jié)段aEL較對(duì)照組增高的原因，MHD患者高血流動(dòng)力致心肌纖維化及CRF本身對(duì)心肌的損害，必然會(huì)引起舒張?jiān)缙谧笮氖倚募∵\(yùn)動(dòng)失同步，甚至導(dǎo)致左心室功能的改變[15]。郭子鴻等[16]的研究顯示，CRF患者減慢充盈期及心房收縮期的能量損耗較正常人增多，考慮可能與左心室功能減退的代償機(jī)制有關(guān)。本研究中MHD患者P3的aEL-A及P4的aEL-T、aEL-M及aEL-A高于對(duì)照組，其原因可能與CRF患者該期能量損耗增加機(jī)理一致，為左心室心肌主動(dòng)松弛與自身抽吸能力的降低，引起心房收縮代償性增加，從而引起左心房壓力增高，左心室被動(dòng)充盈增加，左心室壓力改變明顯，心腔內(nèi)血流不穩(wěn)定，呈渦旋樣改變，進(jìn)而引起EL發(fā)生變化。兩組間各節(jié)段aEL由基底段至心尖段依次遞減，考慮為舒張期血流由心房順?lè)渴覊毫μ荻冗M(jìn)入心室，血液間粘滯力及渦旋間、渦旋與室壁間的撞擊致左心室動(dòng)能消耗進(jìn)而速度分量依次減低，這與Honda等[17]的研究結(jié)果一致。

循環(huán)強(qiáng)度又被稱(chēng)為速度環(huán)量，當(dāng)流速增大時(shí)，循環(huán)值變大[14]。正常的渦旋可以?xún)?chǔ)備能量，舒張期蓄積動(dòng)能，有助于推進(jìn)血流運(yùn)動(dòng)，而心室腔內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)發(fā)生改變時(shí)，常表現(xiàn)為渦旋面積的改變和循環(huán)強(qiáng)度的增加。馬榮川等[18]研究表明，渦旋循環(huán)強(qiáng)度的異常有可能增加渦旋間、渦旋與室壁間粘滯摩擦或剪切摩擦所產(chǎn)生的熱能消耗，從而導(dǎo)致該期的能量損耗增大，影響左心室功能。MHD患者由于水、鈉潴留、貧血、高血壓以及血液透析內(nèi)瘺的使用等因素，會(huì)引起心高搏出量狀態(tài)[1]，致心腔室內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)發(fā)生改變，進(jìn)而引起渦旋面積及循環(huán)強(qiáng)度的變化[15]。本研究中，舒張期LV內(nèi)血透組的渦旋面積除在P1外的其他時(shí)相較對(duì)照組均無(wú)明顯差異，而P2及P4時(shí)相渦旋循環(huán)強(qiáng)度增加,同時(shí)左心室腔內(nèi)aEL-T與渦旋循環(huán)強(qiáng)度呈正相關(guān)，進(jìn)一步證實(shí)循環(huán)強(qiáng)度對(duì)能量損耗以及心功能的影響。

2009年美國(guó)和歐洲超聲心動(dòng)圖學(xué)會(huì)聯(lián)合指南推薦E/e作為評(píng)價(jià)左心室舒張功能異常的指標(biāo)[19]。本研究中，P2、P4的aEL-T與E/e都有良好的相關(guān)性，表明MHD患者舒張期左心室內(nèi)血流流場(chǎng)與左心室舒張功能改變有關(guān)。因此，aEL有可能成為臨床量化評(píng)估MHD患者舒張功能受損程度的指標(biāo)。

本研究的局限性：①病例數(shù)較少，未對(duì)不同透析時(shí)間MHD患者進(jìn)行分組；②VFM技術(shù)只能評(píng)價(jià)其二維平面的流場(chǎng)改變，而左心腔是一個(gè)三維的空間結(jié)構(gòu)，雖然本研究采用三個(gè)腔室的平均值，但對(duì)于左心腔整體的流場(chǎng)改變不能完全精準(zhǔn)的評(píng)估。

4 結(jié)論

MHD患者存在左心室舒張期流體力學(xué)異常狀態(tài)；VFM技術(shù)可直觀顯示其左心室舒張期流場(chǎng)的變化特征，并在一定程度上反映其左心室舒張功能改變，有望為臨床提供一種能精確評(píng)價(jià)MHD患者心臟血流動(dòng)力學(xué)損害的新方法。

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