左心室舒張?jiān)缙诠δ苣Ｐ驮u(píng)價(jià)方法研究.pdf

1、心血管疾病是危害人類生命健康最嚴(yán)重的疾病之一，且發(fā)病率呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢(shì)。治療心血管疾病的費(fèi)用也是十分巨大的，給整個(gè)國(guó)家、社會(huì)和患者的家庭帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)。已知人體年齡增加和心血管疾病危險(xiǎn)因素會(huì)直接影響整個(gè)心血管系統(tǒng)的形態(tài)及力學(xué)性能。然而，由于心血管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能十分復(fù)雜，簡(jiǎn)單的觀測(cè)已經(jīng)不能滿足臨床早期和精確診斷的需要。隨著科技的進(jìn)步和新技術(shù)的出現(xiàn)，更多的數(shù)理模型方法已進(jìn)入到心血管研究領(lǐng)域，為心血管的功能研究和創(chuàng)新突破提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2、
　　 實(shí)際上，心血管系統(tǒng)可以看成是以心臟為核心的力學(xué)系統(tǒng)，其工作原理與心臟泵血機(jī)制及流體力學(xué)有很密切的關(guān)系。生物醫(yī)學(xué)研究人員在最新研究中提出，將心血管系統(tǒng)的力學(xué)模型、仿真計(jì)算模型應(yīng)用于早期精確診斷和治療方案的確立具有發(fā)展?jié)摿?。緊密結(jié)合臨床，應(yīng)用醫(yī)學(xué)影像技術(shù)（如CT，MRI，超聲）結(jié)合流體力學(xué)理論和先進(jìn)的流場(chǎng)測(cè)試手段，建立以臨床病例（影像）為基礎(chǔ)的心血管生物力學(xué)模型與個(gè)體化手術(shù)方案，獲得感興趣的信息，量化和解釋測(cè)得數(shù)據(jù)并對(duì)某些生

3、理現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，建立精確規(guī)范的心血管功能的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)和分析方法，為臨床診斷提供更多的參考依據(jù)并提出個(gè)體化的治療方案。做到臨床與力學(xué)模型相結(jié)合，心血管系統(tǒng)建模與定量分析相結(jié)合，這是生物力學(xué)在心血管領(lǐng)域所應(yīng)實(shí)現(xiàn)的最終目標(biāo)。
　　 已知舒張性心力衰竭(diastolicheartfailure，DHF)臨床檢出率高。研究表明，舒張性心力衰竭是一組以具有心力衰竭癥狀和體征、射血分?jǐn)?shù)正常而舒張功能異常為特征的臨床綜合征，很多心衰患者在左

4、心室(LV)收縮功能正常時(shí)，舒張功能已表現(xiàn)異常。舒張功能異常通常會(huì)引起室壁僵硬度變化，心肌發(fā)生灶性損傷或纖維化使室壁僵硬度變大以致難以舒張。歐洲心臟病學(xué)會(huì)工作組已將室壁僵硬度納入DHF的診斷標(biāo)準(zhǔn)。目前評(píng)價(jià)舒張功能的方法包括多普勒超聲測(cè)量血流頻譜、等容舒張時(shí)間法、核素心血池顯像方法檢測(cè)左心室容積變化與壓力變化的關(guān)系來(lái)確定左心室腔僵硬度(dP/dV)。現(xiàn)有方法還有一些缺陷和不足，如不能做到無(wú)創(chuàng)傷性、準(zhǔn)確測(cè)量心室容積難度大、實(shí)時(shí)性差等。本論文

5、基于超聲心動(dòng)圖的無(wú)創(chuàng)傷性、高幀頻、實(shí)時(shí)等技術(shù)特點(diǎn)，擬探索建立一種新的關(guān)于心臟功能描述建模方法。首先在臨床采集58例健康成人和17例左心室肥厚(LVH)患者超聲心動(dòng)圖血流過二尖瓣E峰圖像，基于最小二乘法算法編制Matlab程序獲取血流過二尖瓣多普勒速度E峰輪廓。將左心室與振蕩器進(jìn)行類比，通過數(shù)學(xué)方程將E峰圖像數(shù)值化，結(jié)合流體力學(xué)理論計(jì)算獲得舒張?jiān)缙谧笮氖襊-V（壓力-容積）曲線，線性回歸斜率推導(dǎo)左心室壁僵硬度。應(yīng)用該模型對(duì)正常人和LVH患

6、者的左心室壁僵硬度K值進(jìn)行計(jì)算，并使用SPSS18.0軟件對(duì)K值和其他超聲、臨床參數(shù)的相關(guān)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
　　 結(jié)果顯對(duì)正常人和LVH患者K值計(jì)算結(jié)果敏感可靠（正常人:0.21±.047，LVH:0.42±0.09）。LVH患者左心室容積每搏變化量明顯減小。正常對(duì)照組各超聲參數(shù)、數(shù)值計(jì)算參數(shù)與左心室壁僵硬度相關(guān)性的分析表明，左心室壁僵硬度K與E峰的峰值速度呈正相關(guān)，與DT（E峰減速時(shí)間）和IVRT（等容舒張時(shí)間）呈負(fù)相關(guān)。LVH組

7、各超聲參數(shù)和數(shù)值計(jì)算參數(shù)與左心室腔僵硬度相關(guān)性的分析表明，E峰的數(shù)值參數(shù)c（E峰數(shù)值參數(shù)）、IVRT、DT與左心室壁僵硬度K呈正相關(guān)，其中與DT和IVRT呈高度正相關(guān)。該方法所得結(jié)果與已知理論具有較高的一致性，表明該左心室壁僵硬度力學(xué)模型是合理可靠的，能夠在一定程度上能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法上的不足，可對(duì)病情進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，為心血管系統(tǒng)的研究提供了一種新的方向。
　　 本文的另一項(xiàng)任務(wù)是通過計(jì)算機(jī)對(duì)心臟進(jìn)行有限元建模和流場(chǎng)計(jì)算仿真。使用超

8、聲心動(dòng)圖技術(shù)采集二維心尖四腔心切面的灰階圖像，通過Matlab軟件包編制的交互程序勾取左心室內(nèi)壁及二尖瓣的空間位置并獲取坐標(biāo)數(shù)據(jù)，選用AutoCAD軟件包重建左心室二維圖像，ICEMCFD作為網(wǎng)格劃分技術(shù)，在Fluent軟件包中進(jìn)行仿真分析。分別將計(jì)算結(jié)果與本實(shí)驗(yàn)室的基于數(shù)值積分理論的左心室流場(chǎng)可視化技術(shù)獲得的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證該方法準(zhǔn)確性。結(jié)果表明血流快速進(jìn)入左心室后形成渦流的位置和血流分別向兩側(cè)分流的位置都具有較高一致性，但是由于缺

9、乏統(tǒng)一的定量工具，還不能夠?qū)Y(jié)果進(jìn)行定量對(duì)比。為探尋心臟不同病變情況下左心室流場(chǎng)的特異性，使用該方法對(duì)正常人和擴(kuò)心病患者的左心室血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)進(jìn)行了對(duì)比分析。
　　 通過對(duì)比結(jié)果表明擴(kuò)心病患整個(gè)左心室擴(kuò)大，球形度增加，和正常人血流狀態(tài)存在明顯差異。和正常人相比擴(kuò)心病患者的左心室內(nèi)平均血流速度偏低，擴(kuò)心病患者左心室被最大血流速度僅為0.92m/s（正常人為1.5m/s）。正常人的血流速度等值圖分布較為對(duì)稱，擴(kuò)心病患者則對(duì)左側(cè)二尖瓣