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Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Za Zhi.
2017 Mar 28; 34(2): 260–264.
Language:
Chinese
|
English
应用血流向量成像技术研究原发性高血压左室能量损耗
Dissipative energy loss within the left ventricle detected using vector flow mapping technology in hypertension
,
1
,
2
,
3
and
1,
*
文 张
四川大学华西医院 心内科（成都 610041）,
Department of Cardiology, West China Hospital, Sichuan University, Chengdu 610041, P.R.China
艳梅 张
四川大学华西医院 心内科（成都 610041）,
Department of Cardiology, West China Hospital, Sichuan University, Chengdu 610041, P.R.China
志月 刘
四川大学华西医院 心内科（成都 610041）,
Department of Cardiology, West China Hospital, Sichuan University, Chengdu 610041, P.R.China
鹤 黄
四川大学华西医院 心内科（成都 610041）,
Department of Cardiology, West China Hospital, Sichuan University, Chengdu 610041, P.R.China
四川大学华西医院 心内科（成都 610041）,
Department of Cardiology, West China Hospital, Sichuan University, Chengdu 610041, P.R.China
Keywords:
血流向量成像技术, 左室能量损耗, 高血压, 心功能
Abstract
We have tried to explore the energy loss (EL) within the left ventricle in hypertension by using vector flow mapping (VFM) to detect left ventricular hemodynamic changes in hypertensive patients as early as possible and reflect changes of left ventricular function in hypertension by using EL. Twenty-one hypertensive patients with increased left ventricle mass index (LVMI), 14 hypertensive patients with normal LVMI and 22 control subjects were enrolled in this study. Systolic and diastolic EL derived from VFM within the left ventricle and E/e' by dual Doppler were recorded and analyzed. Compared with those of the controls, diastolic and systolic EL were significantly increased in hypertensive group (
P
<0.05). In diastole, EL=0.439×SBP (systolic blood pressure)–8.349; in systole, EL=0.385×SBP+0.644×LVMI–10.854. And the EL was positively correlated with E/e', but there was no significant correlation between EL and ejection fraction (EF) in the pooled population. The study shows that the increased EL can help us detect changes of left ventricular hemodynamic in hypertensive patients. It needs further investigation to prove whether EL within the left ventricle could be a new parameter to evaluate diastolic function. SBP and LVMI are the independent predictors for systolic EL, while SBP is the independent predictor for diastolic EL.
Keywords:
vector flow mapping, left ventricular energy loss, hypertension, cardiac function
引言
原发性高血压是一种常见的疾病，患病率约 25%。估计我国高血压患者已超过 1 亿人，每年新发患者 300 万～400 万
[
1
]
。高血压是临床心力衰竭发生的主要危险因素。据我国部分地区 42 家医院对 10 714 例心力衰竭住院病历回顾性调查发现，1980 年—2000 年心力衰竭病因中高血压占比从 8.0% 升至 12.9%
[
2
]
，高血压导致心脏重构是高血压引起心力衰竭的基础。常用左室心肌质量指数（left ventricle mass index，LVMI）判断高血压患者是否发生心肌肥厚以及心脏重塑构型。所以若能及时发现高血压患者早期血流动力学异常，尽早采取干预措施，则能减少对心脏及其他靶器官的损害，降低死亡率。血流向量成像技术（vector flow mapping，VFM）是一种无创性检测血流动力学变化的超声新技术
[
3
]
，可使心内血流速度向量可视化。由于血液存在粘滞性，在心腔中湍流出现的地方会产生明显的摩擦热，这种摩擦热消耗的能量称为血流的能量损耗（energy loss，EL），可定量反映心腔内血液流动的效率。近年有研究表明VFM中的涡量能够反映左室舒缩功能变化
[
4
]
，推测能量损耗或许可以反映左室舒缩功能变化。本研究利用 VFM 研究原发性高血压患者与健康人左心室能量损耗的差异，并进一步探究影响左室能量损耗的危险因素，以期尽早发现高血压患者血流动力学变化及左室舒缩功能的变化，尽可能地避免危险因素。
1. 资料和方法
1.1. 研究对象
病例组：按 2009 年欧洲高血压协会建议的高血压诊断标准，选取 2014 年 12 月—2015 年 3 月在四川大学华西医院就诊的原发性高血压患者，共 35 例。排除标准：合并心脏瓣膜病、冠心病、心肌病、肺心病、糖尿病和严重肝肾功能不全及继发性高血压等疾病；心律失常患者；超声图像显示欠佳者；不能配合检查者。将 35 例高血压患者按 LVMI 是否升高分为两组。LVMI={1.04[（舒张末期室间隔厚度+舒张末期左室内径+舒张末期左室后壁厚度）
3
–（舒张末期左室内径）
3
]+0.6 g}/体表面积。LVMI 正常参考值
[
5
]
为：男性 50～102 g/m
2
，女性 44～88 g/m
2
。LVMI 正常组共 14 例，其中男 7 例、女 7 例；LVMI 升高组共 21 例，其中男 11 例、女 10 例。正常对照组：共 22 例，其中男 12 例、女 10 例，既往无心血管病史，经心电图及常规超声心动图等检查排除心肺疾病。所有研究对象均签订知情同意书，且该研究经过医院伦理委员会批准。
1.2. 仪器与方法
1.2.1
常规超声心动图检查 采用美国 Phillip IE33 彩色多普勒超声诊断仪，S5-1 探头。连接心电图肢导联，并嘱患者左侧卧位，平静呼吸，分别在胸骨旁左室长轴切面获得舒张末期左室内径（left ventricular internal dimension at end-diastole，LVIDd）、舒张末期室间隔厚度（interventricular septal thickness at end-diastole，IVSd）、舒张末期左室后壁厚度（left ventricular posterior wall thickness at end-diastole，LVPWd）、舒张末期主动脉内径（aortic dimension at end-diastole，AODd）及收缩末期左房内径（left atrial dimension at end-systole，LADs）；在心尖四腔心切面及两腔心切面通过双平面 Simpson 法测得左室射血分数（ejection fraction，EF）。分别取三个心动周期，求各指标平均值。
1.2.2
VFM 检查 采用日本 Aloka 公司 ProSound F75 彩色多普勒超声诊断仪，UST-52102 相控阵超声探头，频率 1.0～5.0 MHz。图像脱机分析采用 5.0 版 DAS-RSI 超声工作站
[
6
]
。连接心电图肢导联，并嘱患者左侧卧位，平静呼吸。选取心尖四腔心切面作为研究平面，尽可能使左室心内膜边界显示清晰，心腔内血流信号充盈良好，同时始终保持帧频高于 20 帧/s。存储连续三个心动周期的动态图像后，将图像导入工作站进行脱机分析。对有色彩混叠的图像进行校正后勾画心内膜边界，工作站自动分析出左心室能量损耗。分别记录收缩期与舒张期左心室能量损耗值，取三个心动周期平均值
[
7
]
。由于能量损耗是单位时间和单位体积内的工作负荷的值，且超声图像是二维图像，因此能量损耗的单位为 W/m
2
=N·m·s
-1
/m
2
=N/（s·m）。
1.2.3
双频脉冲多普勒检查 采用 ProSound F75 彩色多普勒超声诊断仪，选脉冲式多普勒（pulse Doppler，PW）/组织多普勒（tissue Doppler image，TDI）模式，将脉冲多普勒取样容积置于二尖瓣瓣口，组织多普勒取样容积置于二尖瓣环间隔侧，同步获得同一心动周期二尖瓣口舒张早期峰值流速（E）及二尖瓣环间隔侧心肌舒张早期峰值速度（e’）频谱，在机测量 E/e’ 值，并计算三个心动周期的平均值。
1.3. 统计学方法
使用 SPSS16.0 统计学软件进行分析。正态分布定量资料以均数±标准差表示。多组样本均数比较采用方差分析，若不符合正态分布采用 Kruskal-Wallis 秩和检验；定性资料用
χ
2
检验；双变量的相关分析用 Pearson 分析；多变量的回归分析用逐步回归分析。
P
<0.05 为差异有统计学意义。
观察者内变异：从研究对象中连续选取 12 例（对照组、LVMI 正常的高血压组、LVMI 升高的高血压组各 4 例）测量舒张期能量损耗、收缩期能量损耗；4 月后由同一观察者再次测量上述指标。观察者间变异：由另一观察者对以上连续选取的研究对象重复测量上述指标。观察者间及观察者内的一致性采用 Bland-Altman 分析。
2. 结果
2.1. 对照组、高血压组一般资料
对照组、LVMI 正常的高血压组及 LVMI 升高的高血压组研究对象的一般资料见
。研究中三组的性别构成、体表面积（body surface area，BSA）、心率（heart rate，HR）无明显差异；对照组年龄、收缩压（systolic blood pressure，SBP）及舒张压（diastolic blood pressure，DBP）显著低于两组高血压组（
P
均 <0.05），而两组高血压患者的年龄、舒缩期血压均无明显差异（
P
均 >0.05）。
表 1
Demographics of the studied groups of control, hypertensive patients with normal LVMI and hypertensive patients with raised LVMI
对照组、LVMI 正常的高血压组及 LVMI 升高的高血压组间基线资料
|
组别
|
年龄/岁
|
性别（男/女）
|
BSA/m
2
|
HR/（次·分
–1
）
|
SBP/mm Hg
|
DBP/mm Hg
|
|
表中
P
值为三组间总体比较结果。进一步两两比较：
*
P
<0.05，对照组与 LVMI 升高组比较；
#
P
<0.05，对照组与 LVMI 正常组比较
|
|
对照组
|
49.20±2.42
*#
|
12/10
|
1.61±0.04
|
75.12±1.89
|
130.76±0.86
*#
|
75.96±1.26
*#
|
|
LVMI 正常组
|
55.21±3.28
|
7/7
|
1.66±0.04
|
70.36±2.86
|
162.64±5.60
|
86.57±3.56
|
|
LVMI 升高组
|
55.86±2.34
|
11/10
|
1.71±0.03
|
69.57±1.88
|
158.10±3.15
|
94.10±1.87
|
|
P
值
|
0.007
|
0.967
|
0.274
|
0.217
|
0.000
|
0.000
|
2.2. 对照组及高血压组常规超声资料
三组间常规超声测量结果及心功能测量结果见
、
。观察到 LVMI 升高组的 LVIDd、IVSd、LVPWd 均明显高于对照组、LVMI 正常组（
P
均 <0.05）；对照组的 LADs、AODd 均小于 LVMI 正常组及 LVMI 增高组（
P
均 <0.05）；三组舒张早期 E/e’、EF 均无明显差异（
P
均 >0.05）。
表 2
Routine echocardiographic parameters in the three groups
常规超声测量结果比较
|
组别
|
LVIDd/mm
|
IVSd/mm
|
LVPWd/mm
|
LADs/mm
|
AODd/mm
|
|
表中
P
值为三组间总体比较结果。进一步两两比较：
*
P
<0.05，对照组与 LVMI 升高组比较；
#
P
<0.05，对照组与 LVMI 正常组比较；
※
P
<0.05，LVMI 正常组与 LVMI 升高组比较
|
|
对照组
|
44.64±0.64
*
|
8.60±0.18
*
|
8.36±0.18
*
|
29.28±0.58
*#
|
28.88±0.72
*#
|
|
LVMI 正常组
|
44.57±0.73
※
|
9.00±0.31
※
|
8.29±0.125
※
|
33.00±0.95
|
31.50±0.80
|
|
LVMI 升高组
|
47.90±0.52
|
10.90±0.31
|
10.29±0.34
|
32.76±0.75
|
32.90±1.03
|
|
P
值
|
0.001
|
0.000
|
0.000
|
0.001
|
0.000
|
表 3
Comparison of cardiac function in the three groups
心功能测量结果比较
|
组别
|
EF（%）
|
E/e’
|
|
对照组
|
67.08±0.79
|
6.36±0.25
|
|
LVMI 正常组
|
66.07±0.97
|
6.57±0.44
|
|
LVMI 升高组
|
66.65±0.95
|
7.15±0.29
|
|
P
值
|
0.320
|
0.206
|
2.3. 三组舒缩期能量损耗比较
如
所示，三组间收缩期、舒张期能量损耗比较，差异均有统计学意义（
P
均 <0.05）。进一步两两间比较：对照组舒缩期能量损耗均明显低于高血压患者（
P
均 <0.05），但 LVMI 正常组与 LVMI 增高组间差异无统计学意义（
P
均 >0.05）。高血压组与对照组能量损耗图如
所示。
表 4
Comparison of energy loss in systole and diastole among the three groups
舒缩期左室能量损耗比较
|
组别
|
舒张期能量损耗/
（N·s
–1
·m
–1
）
|
收缩期能量损耗/
（N·s
–1
·m
–1
）
|
|
表中
P
值为三组间总体比较结果。进一步两两比较：
*
P
<0.05，对照组与 LVMI 升高组比较；
#
P
<0.05，对照组与 LVMI 正常组比较
|
|
对照组
|
7.24±0.81
*#
|
3.60±0.28
*#
|
|
LVMI 正常组
|
14.01±1.73
|
6.82±1.39
|
|
LVMI 升高组
|
11.91±1.15
|
8.35±1.07
|
|
P
值
|
0.001
|
0.000
|
2.4. 舒缩期能量损耗与 EF、E/e’ 之间的相关性分析
观察到舒张期能量损耗与 E/e′呈正相关（
r
=0.40，
P
<0.01）（见
），收缩期能量损耗与 E/e′呈正相关（
r
=0.36，
P
<0.01）（见
）；而舒张期能量损耗（
r
=0.20，
P
>0.05）、收缩期能量损耗（
r
=0.03，
P
>0.05）与 EF 均无相关性。进一步研究能量损耗的危险因素，将本研究中年龄、SBP、DBP、LADs、AODd、LVMI 分别与舒缩期能量损耗进行逐步回归分析得到：舒张期能量损耗=0.439×SBP–8.349；收缩期能量损耗=0.385×SBP+0.644×LVMI–10.854。本组结果显示，SBP 是舒张期能量损耗的独立危险因素（
P
=0.001），而 SBP（
P
=0.001）、LVMI（
P
=0.002）两者均为收缩期能量损耗的独立危险因素。
3. 讨论
目前通过常规超声心动图可观察到高血压患者心脏结构的损害，而 VFM 技术可反映高血压患者血流动力学的改变。研究表明 VFM 中涡量是一个描述漩涡运动常用的物理量。在流体中，只要有“涡量源”就会产生涡旋。在描述流体速度场时，它清楚地显示出流体运动的速度特征和流量通量特征，可直观并定量地反映心腔血流动力学的特点
[
8
]
。左心室能量损耗是从涡量基础上演变而来，因此与涡量改变有良好的相关性
[
6
]
，也可反映心腔内血流动力学变化，且在向量变化大的位点能量损耗大，而在层流的位点能量损耗小
[
7
]
。本研究发现高血压患者与正常人舒张期、收缩期左心室能量损耗有明显的差异，提示高血压患者的左心腔流场力学发生了改变。
心腔内血液流场状态与心脏整体功能密切相关，早期利用 VFM 技术分析的左心室舒张期、收缩期的涡量能够反映心脏的舒张功能
[
9
-
10
]
及收缩功能
[
4
]
，故推测由此派生出的左心室能量损耗或许可以定量反映心脏的舒缩功能
[
6
]
。本文中采用 E/e′作为评价舒张功能的指标。E/e′系 2009 年《左室舒张功能评估指南》
[
11
]
中推荐的舒张功能评价指标之一，在 EF 正常患者，当 E/e′<8，表明左室充盈压正常。本研究运用双频 E/e′，采用同一心动周期的 E 及 e′，以避免不同心动周期测量引起的误差。结果显示三组 E/e′ 的测值均无明显差异，但相关性分析可见舒张期能量损耗与 E/e′呈正相关，且对照组与高血压组间能量损耗有明显差异，所以若用舒张期能量损耗来评价舒张功能，似乎比舒张期 E/e′ 能更灵敏地反映舒张功能变化，即高血压组与对照组的 E/e′ 无差异时，左室能量损耗却有明显变化。本研究还显示收缩期能量损耗与 E/e′ 呈正相关，可能与收缩期及舒张期的心腔内血液流场、心脏功能改变不可分割、相互影响有关，但需要大样本进一步研究。就收缩功能而言，本研究用 EF 来评估受试者的收缩功能，虽然没有观察到左室能量损耗与 EF 相关，但 EF 值正常时，高血压组患者的收缩期能量损耗已出现差异，可见收缩期能量损耗变化早于 EF，与文献报道高血压患者可能存在隐匿性的收缩功能异常相一致
[
12
]
。心功能异常与心腔内血液流场状态的改变相互影响，异常涡流的形成与心功能异常有关，但涡流及其衍生出的能量损耗能否成为评价心功能的新指标，尚需进一步研究。
本研究中高血压组左室能量损耗明显高于正常人左室能量损耗，进一步行逐步回归分析得舒张期能量损耗=0.439×SBP–8.349、收缩期能量损耗=0.385×SBP+0.644×LVMI–10.854，提示 SBP、LVMI 是高血压患者左室心腔流体力学的危险因素，其中 SBP 是舒张期左室心腔流体力学变化的主要影响因素，而 SBP、LVMI 为收缩期左室心腔流体力学变化的主要影响因素。高血压患者处于高动力循环状态，不管是收缩压还是舒张压的升高对血流动力学都有影响，而我们观察到收缩压既是收缩期能量损耗的独立危险因素，也是舒张期能量损耗的独立危险因素，提示收缩压对左室心腔流体力学的影响起主要作用。就心脏结构而言，高血压患者 LVMI 增加、心肌肥厚，收缩力会相应代偿性增加，进一步加剧左室心腔的高动力循环状态，特别是影响收缩期左室心腔流场变化。由此也提示了降压及逆转左室肥厚的重要性，应及早干预以预防心脏进一步改变。由此，VFM 中能量损耗这一指标可以弥补常规超声心动图的不足，可以发现高血压患者心腔流场的异常，较早地反映患者流体力学异常，并从血流动力学角度及早干预
[
13
]
，阻止对靶器官结构及功能的损害，进一步降低高血压患者的致残率和死亡率。
本研究的局限性：本研究样本量较小，需要进一步扩大样本量以探索正常人群及高血压患者左室能量损耗的参考值，研究左室能量损耗变化的临床意义；脱机分析时手动调节心内膜边界，存在一定人为误差；高血压患者服药情况并没完全排除。以后的研究拟在扩大样本量的基础上，进行亚组分析，进一步研究药物治疗对高血压患者左室能量损耗的影响。
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Articles from
Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Za Zhi = Journal of Biomedical Engineering
are provided here courtesy of
West China Hospital of Sichuan University
