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關(guān)鍵詞： 超聲心動(dòng)描記術(shù) 主動(dòng)脈 血流速度
應(yīng)用超聲多普勒對(duì)存在非線性因素的17名主動(dòng)脈瓣關(guān)閉不全患者的升主動(dòng)脈、主動(dòng)脈弓以及腹主動(dòng)脈進(jìn)行分段逐點(diǎn)測(cè)試血流速度波，并與年齡相匹配的15名健康受試者為對(duì)照進(jìn)行前瞻性研究，以探討人體動(dòng)脈系統(tǒng)中血流波形畸變的規(guī)律及激波的存在。結(jié)果表明：患者組主動(dòng)脈各段均測(cè)及2～3處突然出現(xiàn)的畸變血流速度波形，畸變波高尖陡峭，其峰值流速PFV169～253cm/s，畸變波在血管內(nèi)的傳播符合非線性條件下激波的傳播特點(diǎn)�；颊呓M主動(dòng)脈流速波形的其它指標(biāo)與正常對(duì)照組比較均存在明顯變異(P＜0.01)。
STUDY OF PULSED DOPPLER ECHOCARDIOGRAPHY ON
VELOCITY WAVEFORM DISTORTION OF AORTA BLOOD FLOW
ABSTRACT
Pulsed Doppler echocardiograph was used to test separately blood flow velocity wave of ascending aorta arcus, aorta and abdominal aorta in of 17 patients with aortic insufficiency with nonliner factor (strong harassment) and results compared with those of 15 normal subjects of the same ages. The purpose was to disclose the regulation of blood flow waveform distortion in arterial system and the existance of shock wave. The results showed that 2 to 3 sites of blood flow waveform distortion appeared unexpectedly were found at different parts of aorta in the patients group with sharp wave distortion and peak flow velocity (PFV) of 169～253 cm/s. The wave distortion propagation inside the blood vessel appeared to have certain regulation which was in accords with characteristics of “shock wave”. The other data of aorta blood wave distortion of the patients group were significantly aifferent as commpared with these of the normal group P＜0.01).
Key words: Echocardiography; Aorta; Blood flow velocity
為探討動(dòng)脈系統(tǒng)中血流波形畸變的規(guī)律及激波的存在，本項(xiàng)研究應(yīng)用超聲多普勒檢測(cè)血流速度波，對(duì)主動(dòng)脈瓣關(guān)閉不全(心臟非線性輸出)患者的升主動(dòng)脈，主動(dòng)脈弓及腹主動(dòng)脈進(jìn)行分段逐點(diǎn)測(cè)試，并與年齡相匹配的健康受試者為對(duì)照，進(jìn)行前瞻性研究。
1 資料和方法
1.1 研究對(duì)象
本研究測(cè)試對(duì)象分為二組。患者組17例，均為主動(dòng)脈瓣關(guān)閉不全患者，病因主要有風(fēng)濕性心臟病、心肌病、主動(dòng)脈瓣炎等，男性11例，女性6例，平均年齡58.3±3.7歲，主動(dòng)脈瓣口返流(AR)程度均在中度以上，返流速度(負(fù)向頻移)最低為170cm/s，最高達(dá)221cm/s，平均返流速度為197.73±19.1cm/s。經(jīng)體檢、心電圖、X線以及常規(guī)超聲心動(dòng)圖等輔助檢查，排除了心血管疾病及其它系統(tǒng)重要疾病。兩組受試者均抽血測(cè)定血液粘滯度。
1.2 儀器
采用美國(guó)惠普公司生產(chǎn)的HP500型、HP2000型多功能彩色多普勒儀。探頭頻率2.0～3.5MHz。該儀器具有描記M型超聲心動(dòng)圖、二維超聲心動(dòng)圖、脈沖多普勒、連續(xù)多普勒以及彩色血流顯像功能，配置有電影回放系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析裝置，能夠準(zhǔn)確索取本研究所需的各項(xiàng)參數(shù)。
1.3 測(cè)試方法
分三個(gè)部位測(cè)試主動(dòng)脈多普勒血流頻譜，在彩色血流顯像引導(dǎo)下進(jìn)行定點(diǎn)取樣測(cè)試。
(一)主動(dòng)脈根部：取心尖左室長(zhǎng)軸移行切面，充分顯示主動(dòng)脈根部，該切面對(duì)主動(dòng)脈根部可顯示段達(dá)12～16cm，從主動(dòng)脈瓣環(huán)起每隔2cm作為一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，共取6個(gè)測(cè)試點(diǎn)。
(二)主動(dòng)脈弓部：取胸骨上凹方位，充分清晰顯示主動(dòng)脈弓，從無名動(dòng)脈分叉處近主動(dòng)脈口方向3～4cm起每隔2cm作為一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，共取6個(gè)測(cè)試點(diǎn)。
(三)腹主動(dòng)脈：取劍下腹主動(dòng)脈長(zhǎng)軸，充分顯示腹主動(dòng)脈，從腹腔動(dòng)脈分叉處開始自上而下每隔2cm作為一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，共取10個(gè)測(cè)試點(diǎn)。
上述分段逐點(diǎn)測(cè)試過程中，在彩色血流引導(dǎo)下多普勒取樣容積始終置于血管中軸部位，對(duì)于血流方向與聲束之間夾角(θ角)較大的測(cè)試點(diǎn)，采用儀器配置的角度糾偏系統(tǒng)進(jìn)行角度糾偏，使夾角θ盡量減小到20°以下(θ≤20°)。以獲得各測(cè)試點(diǎn)理論上的最大血流速度波形。各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)均從同一心動(dòng)周期中采取。為排除每搏舒張間期變異及呼吸的影響，取連續(xù)8個(gè)心動(dòng)周期的均值為最終測(cè)試結(jié)果。
1.4 主要測(cè)試指標(biāo)
各測(cè)試點(diǎn)主動(dòng)脈內(nèi)徑，主動(dòng)脈峰值血流速度(PFV cm/s)、血流加速度(ACR cm/s2)、血流加速時(shí)間(AT ms)、血流減速度(DCR cm/s2)、血流減速時(shí)間(DT ms)、射血時(shí)間(ET ms)、血流速度積分(FVI cm)。
1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理
本研究各項(xiàng)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)均采用均值±標(biāo)準(zhǔn)差(±SD)表示。所測(cè)主動(dòng)脈血流頻譜指標(biāo)，各測(cè)試段(主動(dòng)脈根部、主動(dòng)脈弓及腹主動(dòng)脈)分別計(jì)算變異系數(shù)CV，將兩組受試者各測(cè)試段各項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù)進(jìn)行團(tuán)體比較(t檢驗(yàn))。
2 結(jié)果
2.1 受試者一般資料對(duì)照
從表1中可以看出，二組受試者年齡匹配，病人組為明顯主動(dòng)脈瓣返流(AR)患者，且全血粘滯度較對(duì)照組高，相差顯著(P＜0.05)，即耗散(粘性)因素病人組較對(duì)照組明顯。
表1 受試者一般資料的對(duì)照
年齡全血粘滯度
(mpa·s)AR速度
(cm/s)
對(duì)照組57.2±4.34.41±0.37(-)
患者組58.3±3.77.01±0.43197.73±19.1
P值＞0.05＜0.05(-)
2.2 受試者各測(cè)試點(diǎn)主動(dòng)脈內(nèi)徑的對(duì)照
對(duì)各試點(diǎn)的主動(dòng)脈內(nèi)徑逐一測(cè)量，兩組受試者的各段主動(dòng)脈內(nèi)徑均無顯著差異(P＞0.05)，即使在測(cè)及畸變高速血流處的血管內(nèi)徑也無明顯增寬及變窄現(xiàn)象。
2.3 受試者峰值血流速度(PFV)的對(duì)照
在對(duì)受試者主動(dòng)脈各段逐點(diǎn)測(cè)試PFV過程中，病人組主動(dòng)脈各個(gè)部位均測(cè)及2～3個(gè)突然出現(xiàn)的畸變血流速度波形，畸變波形態(tài)高尖陡峭，其中主動(dòng)脈根部的畸變波流速峰值PFV最低為169cm/s，最高達(dá)253cm/s，主動(dòng)脈弓畸變波PFV179～219cm/s，腹主動(dòng)脈畸變波PFV169～198cm/s。對(duì)照組主動(dòng)脈各段均呈比較平穩(wěn)的流速波形，PFV均在125cm/s以內(nèi)，對(duì)照組未見顯著增高的畸變波。
主動(dòng)脈各段PFV平均值病人組高于對(duì)照組，相差顯著(見表2)�！ ≡诔霈F(xiàn)畸變波的17名病人組中，畸變波的出現(xiàn)與演變呈現(xiàn)一定規(guī)律性，畸變波隔3～4個(gè)測(cè)試點(diǎn)出現(xiàn)一次，從主動(dòng)脈根部至腹主動(dòng)脈，隨著測(cè)試點(diǎn)遠(yuǎn)心端距離增大，其PFV呈遞減趨勢(shì)，但畸變波出現(xiàn)的具體部位及次數(shù)無特定規(guī)律。
我們對(duì)二組受試者主動(dòng)脈各段每一測(cè)試點(diǎn)的PFV之變異系數(shù)(CV)進(jìn)行團(tuán)體比較(見表3)。從表中看出，在主動(dòng)脈各個(gè)段，無論是主動(dòng)脈根部，主動(dòng)脈弓或是腹主動(dòng)脈病人組PFV的變異系數(shù)均較對(duì)照組顯著增高，相差非常顯著(P＜0.01)。
表2 受試者主動(dòng)脈PFV平均值(cm/s)對(duì)照組
主動(dòng)脈根部主動(dòng)脈弓腹主動(dòng)脈
患者組139.72±14.37129.70±8.69115.85±9.68
對(duì)照組117.23±4.31101.67±5.6088.71±3.83
P值＜0.05＜0.05＜0.05
表3 受試者主動(dòng)脈PFV變異系數(shù)比較
主動(dòng)脈根部主動(dòng)脈弓腹主動(dòng)脈
患者組37.72±4.6142.63±3.7644.07±4.81
對(duì)照組6.21±1.316.56±1.276.76±1.26
P值＜0.01＜0.01＜0.01
2.4 受試者主動(dòng)脈血流頻譜其它指標(biāo)
病人組主動(dòng)脈血流畸變波的ACR和DCR較對(duì)照組顯著增高(P＜0.01)。由于病人組17例受試者均出現(xiàn)高尖陡峭的畸變波，致使血流速度變異較大，所有其它指標(biāo)(ACR、DCR、AT、DT、ET、FVI)的變異系數(shù)均顯著高于對(duì)照組(P＜0.01)。
3 討 論
本研究選擇的病例均為主動(dòng)脈瓣關(guān)閉不全患者，其返流分?jǐn)?shù)均大于35%，即主動(dòng)脈瓣的返流程度均為中等程度以上。較為嚴(yán)重的主動(dòng)脈瓣關(guān)閉不全導(dǎo)致在舒張期大量血流回流至左室，但為滿足全身組織對(duì)血流量的需要，心臟代償性地增強(qiáng)收縮，心輸出量大大增加，而心臟收縮間期相對(duì)恒定，必然致使射血速度明顯增加，主動(dòng)脈口的高速射流則形成一種強(qiáng)烈的擾動(dòng)。這即是大血管流態(tài)中所存在的非線性因素。
Olson等［1，2］早在1968年即在實(shí)驗(yàn)犬的主動(dòng)脈中觀察到了壓力波的畸變現(xiàn)象，繼之1986年Louie等［4］應(yīng)用超聲多普勒測(cè)及人體升主動(dòng)脈內(nèi)存在畸變的速度波形，在本研究中，本文作者應(yīng)用二維彩色脈沖多普勒對(duì)17名大血管內(nèi)存在明顯非線性因素的受試者，作了主動(dòng)脈分段(主動(dòng)脈根部、主動(dòng)脈弓以及腹主動(dòng)脈)逐點(diǎn)測(cè)試點(diǎn)速度波形。測(cè)試結(jié)果表明，病人組17例受試者主動(dòng)脈各段均測(cè)及畸變的血流速度波形，每例受試者平均測(cè)及6～9個(gè)畸變波，表明非線性因素促使形成流體波的畸變?cè)诖笱苤惺谴嬖诘摹?
本研究每一病例所測(cè)及的畸變波，其PFV均有一定的遞減趨勢(shì)，一般測(cè)試點(diǎn)愈遠(yuǎn)離心臟，其畸變波PFV則愈小。以2號(hào)病例(溫某，男性，55歲)為例，該患者主動(dòng)脈各段共測(cè)及畸變波7個(gè)，主動(dòng)脈根部及主動(dòng)脈弓兩段共測(cè)及畸變波4個(gè)(每段各2個(gè))，其PFV分別為253cm/s、241cm/s、228cm/s及217cm/s，腹主動(dòng)脈測(cè)及畸變波3個(gè)，PFV分別為208cm/s、194cm/s及180cm/s，該病人畸變波峰值流速PFV總的呈遞減趨勢(shì)。對(duì)畸變波PFV逐漸遞減的原因，侯文貴等［5，6］認(rèn)為可能是血流中的耗散因素所致，主要包括流體粘性，管壁摩擦阻力，流體動(dòng)能衰減等。波的這種衰減現(xiàn)象與波在耗散媒質(zhì)中傳播性質(zhì)相符合。
理論上流速波畸變的同時(shí)存在壓力波的畸變，高流速產(chǎn)生低壓強(qiáng)，因而血流壓力波的畸變可能導(dǎo)致相應(yīng)部位的血管腔變窄［3］。但在測(cè)試中未觀察到這一現(xiàn)象，即病人組17例受試者主動(dòng)脈各段出現(xiàn)流速波畸變的部位，其中動(dòng)脈內(nèi)徑未見有變窄現(xiàn)象，其原因可能：(1)所述現(xiàn)象僅為體外模型或離體實(shí)驗(yàn)獲得；(2)主動(dòng)脈壁彈性纖維多、密度大，加之可能管壁鈣化，血管壁剛強(qiáng)度；(3)血管外筋膜組織包繞牽拉；(4)管徑變化可能十分迅速，而本方法測(cè)的是其平均值。
特別值得指出的是：血流畸變波在傳播過程中PFV呈一定的遞減趨勢(shì)，但畸變波的形狀沒有任何變化，這與具有一定結(jié)構(gòu)(波幅、厚度)，一定傳播速度的激波特征非常相符合。激波形成的條件是：(1)非線性因素(強(qiáng)擾動(dòng))；(2)媒質(zhì)中存在耗散因素(粘滯、傳熱等)。非線性因素使波發(fā)生畸變，而耗散因素阻止波的繼續(xù)畸變而形成一個(gè)穩(wěn)定傳播速度μ(或壓力P，或密度ρ)的突變層(即激波)，并在媒質(zhì)中傳播。在本研究中，病人組17例受試者除存在對(duì)血流有強(qiáng)擾動(dòng)(非線性因素)外，血流粘性均明顯高于對(duì)照組受試者。
本研究應(yīng)用非線性動(dòng)力學(xué)理論，對(duì)人體主動(dòng)脈系統(tǒng)血流波的畸變、演變成激波的過程進(jìn)行了較為詳盡的臨床醫(yī)學(xué)測(cè)試及理論分析，認(rèn)為心臟非線性輸出時(shí)，在主動(dòng)脈等大血管中可能形成激波，血流激波屬血液循環(huán)中某些病理過程的非線性因素(對(duì)血流的強(qiáng)擾動(dòng))而形成的非線性波。經(jīng)過理論推導(dǎo)，得出其血流激波的數(shù)學(xué)表達(dá)式是U=λ［1-tanhλ/2γ(X-λt)］,在此激波解中，λ是波幅，γλ是激波厚度，λ/2是傳播速度，U是血流速度。
4 參考文獻(xiàn)
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