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背景心力衰竭是各种心血管疾病发展的终末阶段及主要的死亡原因。在心力衰竭左心室重构发生、发展的过程中,左心室心肌与心腔内血流的协调作用逐渐受到破坏,左心室内相对压力分布、左心室内血流流场及血流能量损耗等均可发生改变,并进一步加重左心室重构,形成恶性循环。因此,对心力衰竭左心室流体动力学的检测也是左心室功能评估中的重要部分。血流向量成像技术(vector flow mapping,VFM)可对左心室流场及流体动力学进行可视化观察和量化评价,然而目前关于射血分数减低的心力衰竭(HFrEF)和射血分数中间值的心力衰竭(HFmrEF)的左心室流体动力学改变对比研究未见报道。因此,本研究应用超声心动图传统方法和VFM新技术综合探讨不同类型心力衰竭患者的左心室结构、功能及流体动力学改变,无创性观察心力衰竭患者心腔内流体动力学改变的特点。目的1.应用超声血流向量成像技术分析HFrEF及HFmrEF患者不同时相左心室内相对压力梯度、左心室流场及能量损耗综合评估左心室流体动力学改变。2.探讨左心室流体动力学与左心室结构和功能的关系。方法1.研究对象入选心力衰竭(简称心衰)患者49例构成心衰组,其中射血分数减低心衰组(HFrEF组)34例,射血分数中间值心衰组(HFmrEF组)15例;并选取无心力衰竭者为对照组共43例。记录性别、年龄、身高、体重、BMI、BSA、心率、血压、合并疾病、NT-proBNP等一般临床资料。2.超声心动图图像采集使用HITACHI-ALOKA LISENDO 880超声心动图仪,采集胸骨旁左室长轴切面、心尖两腔心、三腔心及四腔心切面动态图像。脉冲波多普勒测量舒张期二尖瓣血流,组织多普勒测量二尖瓣环的运动速度。在心尖三腔心切面选择VFM模式,确定等容收缩期(P1)、射血期(P2)、等容舒张期(P3)、舒张早期(P4)及心房收缩期(P5)时相范围,观察各期左心室内流场并测量相对压、涡流及能量损耗指标。3.图像处理及测量指标3.1二维超声心动图测量指标:舒张末期测量室间隔厚度(IVS)、左心室后壁厚度(LVPW)、左心室内径(LVEDD)、左室长径(LVL),计算左心室质量(LVM)、左心室质量指数(LVMI)、球形指数(SI);Simpson法测量左心室舒张末期容积(EDV)、左心室收缩末期容积(ESV)、左心室射血分数(LVEF),双平面测量时系统依据简化斑点追踪技术算法自动计算左心室整体长轴应变绝对值(GLS),计算每搏输出量(SV)、心输出量(CO)、心指数(CI);测量左房内径(LAD)、左房容积(LAV),计算左房容积指数(LAVI)。3.2脉冲波多普勒超声测量指标:测量二尖瓣口血流速度舒张早期E峰(E)、舒张晚期A峰(A),舒张早期充盈减速时间(DT);计算E/A。3.3组织多普勒超声测量指标:测量室间隔侧及侧壁侧二尖瓣环舒张早期峰值运动速度e’s、e’l,计算平均值e’和E/e’。3.4 VFM技术测量相对压指标:测量5个时相左心室内基底-心尖的相对压力差(IVPD)及相对压力梯度(IVPG)。3.5 VFM技术观察左心室内流场并测量涡流指标:观察5个时相内左心室涡流个数、位置、形状及方向,测量涡流最大面积(Al)、最大循环(Cl)及持续时间。3.6 VFM技术测量能量损耗指标:逐帧记录5个时相内左心室整体能量损耗,计算各期内最大能量损耗(EL1)、平均能量损耗(ELm)及总能量损耗(ELt)。4.统计学方法使用SPSS 24.0进行分析,计量资料均进行正态性检验,采用独立样本t检验、Wilcxon秩和检验、Mann Whitney U检验或卡方进行两组间比较,采用单因素方差分析或Brown-forsythe’s检验进行多组均数比较,组间两两比较采用LSD-t检验或Games-Howell检验。采用Spearman相关分析进行计量资料的相关性分析,多元线性回归分析相对压指标的独立相关因素。以P<0.05为差异有统计学意义。结果1.一般临床资料比较与对照组相比,心衰组年龄、性别、身高、体重、BMI、BSA、合并高血压、吸烟史、饮酒史及心率均无统计学差异(P>0.05)。心衰组患者合并糖尿病较多(P<0.05),收缩压及舒张压测值较对照组减低(P<0.05),血清NT-proBNP显著高于对照组(P<0.05)。HFrEF组、HFmrEF组与对照组三组间相比,年龄、性别、BMI、BSA、合并高血压、饮酒史及心率均无统计学差异(P>0.05)。HFrEF组血清NT-proBNP显著高于对照组(P<0.05)。2.二维及多普勒超声指标比较2.1左心室大小与质量比较:心衰组LVEDD、EDV、ESV、LVM、LVMI较对照组显著增加(P<0.05)。HFrEF组、HFmrEF组与对照组三组间相比,LVEDD、EDV、ESV在HFrEF组最大,其次为HFmrEF组,对照组最小(P<0.05)。HFrEF组、HFmrEF组中LVM、LVMI均较对照组增加(P<0.05),HFrEF组和HFmrEF组间无显著差异(P>0.05)。2.2左房大小比较:心衰组LAD、LAV、LAVI较对照组显著增大(P<0.05)。HFrEF 组、HFmrEF 组中 LAD、LAV、LAVI 均较对照组增大(P<0.05),HFrEF组与HFmrEF组间无显著差异(P>0.05)。2.3左心室球形指数比较:心衰组SI显著大于对照组(P<0.05)。HFrEF组、HFmrEF组与对照组三组间相比,HFrEF组SI大于对照组(P<0.05),HFrEF组与HFmrEF组间无显著差异(P>0.05)。2.4左心室收缩功能指标比较:心衰组LVEF、GLS、SV、CO、CI较对照组显著减低(P<0.05)。HFrEF组、HFmrEF组与对照组三组间相比,LVEF、GLS在HFrEF组最低,其次为HFmrEF组,对照组最高(P<0.05)。HFrEF组和HFmrEF组的SV均低于对照组(P<0.05)。HFrEF组CO、CI低于对照组(P<0.05)。2.5左心室舒张功能指标比较:心衰组E/A、E/e’大于对照组。HFrEF组E峰及E/A大于HFmrEF组及对照组(P<0.05),HFmrEF组A峰高于HFrEF组及对照组(P<0.05)。HFrEF组E/e’高于HFmrEF组及对照组(P<0.05)。3.VFM测量相对压指标比较正常左心室内相对压力呈现较规律的沿纵轴递增或递减的层状分布,表示正常左心室IVPG具有明显的纵向取向。而心衰组左心室IVPG丧失规律的纵向取向。等容收缩期及射血期左心室心尖部为相对高压区,IVPG由心尖部指向基底部,而等容舒张期、舒张早期及心房收缩期的IVPG由左心室基底部指向心尖部。心衰组中P1至P5各时相IVPD及IVPG较对照组均明显减低(P<0.05),其中P3及P5减低尤为明显。5个时相IVPD及IVPG在对照组、HFmrEF组、HFrEF组间逐渐减低,存在统计学差异(P<0.05)。4.VFM观察左心室流场及涡流指标比较对照组血流在快速充盈阶段于二尖瓣口前后叶两侧形成2个涡流,随左心室充盈前叶顺时针涡流逐渐增大并移动到左心室中心形成较大的规则涡流,持续到快速射血期较早部分形成流出道射流。心衰组与对照组相比,各时相涡流个数无显著差异(P>0.05)。心衰组左心室中心的舒张期主要涡流排列较松散,较对照组面积增大,且出现多个时间、位置、方向、大小及形状不定的涡流。心衰组等容舒张期及心房收缩期的最大涡流面积大于对照组(P<0.05),两组间5个时相的最大循环均无显著差异(P>0.05)。HFrEF组与HFmrEF组左心室血流模式无明显差异。5.VFM能量损耗指标比较心衰组与对照组相比,心衰组射血期ELm、ELt和等容舒张期ELm减低(P<0.05),心房收缩期 ELI、ELm、ELt 升高(P<0.05)。HFrEF 组、HFmrEF组和对照组三组间相比,HFrEF组射血期和等容舒张期ELm显著低于对照组(P<0.05)。HFrEF组舒张早期ELm显著高于HFmrEF组和对照组(P<0.05)。三组间其余时相能量损耗指标无显著差异(P>0.05)。6.相关性分析6.1相对压与常规超声指标的相关性:5个时相IVPD和IVPG均与LVEDD、LVMI、ESV中至高度负相关(P<0.05),与LVEF、GLS中至高度正相关(P<0.05)。其中 IVPG-P3 与 LVEF、GLS 的相关性更强(r=0.745,0.690,P<0.05)。6.2能量损耗与常规超声指标的相关性:舒张早期EL1及ELm与E高度正相关(r=0.735,0.724,P<0.05)。心房收缩期 EL1、ELm 与 A 高度正相关(r=0.567,0.590,P<0.05)。6.3能量损耗与相对压和涡流指标的相关性:等容收缩期、射血期及等容舒张期左心室血流EL1、ELm均与同期IVPD及IVPG正相关(P<0.05)。等容舒张期及舒张早期左心室ELl、ELm与该期涡流最大面积及最大循环正相关(P<0.05),各期ELt均与该期涡流最大循环正相关(P<0.05)。6.4逐步多元回归分析:所有人群中5个时相IVPG均与LVEF独立相关(P<0.05),IVPG-P1还与左心室长径LVL独立相关(P<0.05),IVPG-P2还与LVEDD独立相关(P<0.05)。心衰患者中等容收缩期、射血期及等容舒张期IVPG与GLS独立相关(P<0.05)。结论1.心力衰竭时心动周期各时相左心室内相对压力差及相对压力梯度丧失严格的基底-心尖纵向取向,且明显小于无心力衰竭心室。2.各期左心室内相对压力差及相对压力梯度与左心室结构及功能参数相关,随左心室重构进展,左心室内相对压力差及相对压力梯度减小。3.心力衰竭组主要舒张期涡流排列松散、面积增大,且舒张期存在多个方向、大小不定的小涡流,引起心房收缩期血流能量损耗明显增加。4.应用二维超声结合VFM技术可全面评估不同类型心力衰竭患者的左心室结构、左心室内相对压力分布及左心室内流体动力学改变。