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编号:10270397
体表超声轨迹法测量右室容积和右室功能的可行性研究
http://www.100md.com 《中华超声影像学杂志》 1999年第1期
     作者:耿世钊 章新新 王俊先 张桂珍 吴山 张纯 刘文旭 李明 王飞红 赵冬

    单位:耿世钊、章新新、张桂珍、吴山、张纯、刘文旭 100029 北京安贞医院超声科;赵冬 北京心肺血管疾病研究所;李明 内蒙古包头医学院第一附属医院物理诊断科;王飞红 河南省南阳市中医院B超室;王俊先 河北省石家庄市第一医院电生理室

    关键词:超声心动描记术;多普勒;彩色;心室功能;右;每搏输出量

    体表超声轨迹法测量右室容积 和右室功能的可行性研究 【摘要】 目的 探讨体表超声轨迹法测量右室容积和右室功能的可行性。方法 通过对右室空间结构的观察, 提出右室的几何学假设。结果 垂直于右室流出道长轴的连续性短轴扫描, 所得一系列切面图形, 互为相似形, 此点是体表超声测量右室功能的关键。结论 提出了新的右室容积测量方法, 并建立了相应的数学模型。

, http://www.100md.com     The study of the possibility on measuring right ventricular volume and performance by transthoracic echocardiography

    GENG Shizhao, ZHANG Xinxin, WANG Junxian, et al.

    Department of Ultrasound Diagnosis, Anzhen Hospital, Beijing 100029

    【Abstract】 Objective To develop the possibility of measuring right ventricular(RV) volume and its function by transthoracic echocardiography (TTE). Methods A geometrical assume of RV is raised based on observing the RV construction.Results A successive cross-sections which are perpendicular to the long axis of RV are similar to each other. This is a point of the practicing the measurement of the RV function.Conclusions Developing a new method of measurement of RV volume, and establishing a relevant mathematical formula are the theoretical basis of this method.
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    【Key words】 Echocardiography, Dopper, color Ventricular function, right Stroke volume

    因右室形态的特殊性和体表超声传统测量方法的局限性[1],无法以应用于左室的几何学假设, 直接描述右室形态[2]

    作者根据数学原理,设计了新的容积测量方法[3]。经修改后,应用于测量右室容积,并测量舒张末期容量D和收缩末期容量S之差, 即右室每搏量SV。

    经深入研究体表超声各种容量测定方法的现状,为测量右室容积及其功能,必须解决下列问题:①为克服传统测量方法的不足, 需建立新的人体脏器容积测量方法,特别是适于对右室的测量;②需建立有关的数学模型对新方法进行描述;③需建立对右室形态的几何学假设,它不仅应对右室结构有正确的描述,也应是数学模型的基本要求,这是新方法测量的关键问题;④选择有代表性的超声切面观。
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    资 料 与 方 法

    一、 理论研究

    本方法是一种体表超声双平面测量法,曾应用于腹腔脏器体积的测量[3]。它要求取得两个相互垂直的最大切面,手动游标勾画其轮廓,在现有超声设备测量功能的基础上,在计算机辅助下,可迅速得到脏器体积测值。实践证明它不仅可用于多种脏器容积的测量,而且测值更为精确。

    其基本原理是: ①相似图形面积之比与其对应径线的平方成正比[4]; ②等厚度不同物体体积之比, 与其对应侧面面积成正比。

    经过严格理论推导, 经数学变换, 整理后得到如下公式:47-1.gif (4278 bytes)
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    式中V为被测物体容积;V1、V2、V3、Vn等为计算机对被测物进行垂直切片,所得各切片的容积; 在各切片厚度相同条件下,H1、H2、H3、Hn等为各切片的高度。

    式中47-2.gif (1318 bytes)。V0为被测容积横断面面积乘以单位厚度所得容积值, H0为其相应的垂直高度[3]

    把此公式应用于右室容积测量时,V0为右室任一短轴观,赋予其单位厚度后,所得的体积值;H0为其垂直高度;而H1、H2、H3、Hn等均为在右室长轴观,沿右室流出道长轴的直线距离, 在等厚度(即单位长度)分点上所作垂直切片的各自垂直高度。
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    右室长轴观和短轴观的空间关系及探头切面观的选择见图1。其中短轴观为一系列切面, 且与最大的右室流出道长轴观相垂直。由于在计算中需对两个切面观图形的内膜轮廓, 用手动游标进行描记,为方便起见,可称之为超声轨迹法。就是说,只要把超声探头在体表探测到右室最大长轴观后,把探头旋转90°取得短轴观,各自分别描记一个心动周期内的收缩末期和舒张末期右室内膜轮廓,就完成了基本操作。它体现了本方法测量的特点: 直接反映了心室内膜的实际形态, 更适合于右室测量。48-1.gif (13866 bytes)

    图1 右室长轴和短轴观空间关系示意图

    二、 右室形态的几何学假设

    体表超声轨迹法要求被测容积的短轴观为一系列相似图形。为观察右室形态,我们对来我科就诊的73名患者进行了体表超声心动图检查。男44例、女19例;年龄15~69岁,平均52岁。其中30例正常人,10例高血压患者,10例冠心病患者,10例先心病患者,3例肺心病患者和10例风心病患者。探头置于胸骨左缘3、4肋间,声束平面与体轴线顺时针方向夹角成5°~15°, 探测右室流出道长轴观; 旋转探头与长轴观成90°,观察其短轴观。包括:①右室流出道短轴观; ②心尖部右室两腔心观; ③右室体部短轴观。
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    使用设备为HP SONOS 1000 型和HP SONOS1500 型彩色超声心动图仪,探头频率为2.0 MHz。

    为便于比较, 我们把同一受检者的多幅右室流出道短轴观图像, 先后用手动游标描记下来, 重叠记录在同一幅图像上进行观察。

    三、 实测右室容积和右室每搏量的研究

    在无心内分流和瓣膜返流的前提下,根据左右心室每搏输出量相等的原则[5,6],通过测量主动脉脉冲多普勒血流频谱,确定左室每搏输出量作为对照组,与测得右室舒张末容积与收缩末容积的差值,即右室每搏量的测值相对照,计算两者相关性。我们对8名正常者,5例高血压患者和4例冠心病患者的左、右室每搏量进行了实际测量。17例受试者中男11例、 女6例,平均年龄56岁。

    利用超声仪现有的面积、长度测量功能,使用小计算器计算, 测量精度为厘米。使患者左侧卧位,注意多方调整探头角度,准确描画右室心内膜;选择心尖位左室长轴观,或心尖位五腔观,探测主动脉正向血流频谱,使声束与血流方向尽量平行。选择窄带单峰、中空无充填、图像信号强、峰值流速高的脉冲频谱,测量其流速积分;选择胸骨旁左室长轴观,测量主动脉瓣环内径,以求其横断面面积[7]。根据公式:面积×流速积分=每搏量[8],即可完成测算。每人测量3次,取其均值。
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    结 果

    一、 理论研究结果如前所述

    二、 对右室连续横断面的超声观察

    在73例受检者中有正常者2例、冠心病患者2例、肺心病患者1例,或因过于肥胖,或因肺气肿、桶状胸,右室显像欠佳,无法测量。其余均可显示右室所查图像。 理想图像应为右室内膜面清晰可辨,长轴图像完整(包括右室流出道、右室体部、 右室流入道部分)。

    我们观察到, 在右室图像显示清晰者中, 右室短轴观均为一系列相似的扇形(图2)。 只有2例房缺患者和2例肺心病患者的短轴扇形图中1~2个边缘角有不同程度的圆钝, 但仍保持自身多短轴观的相似性(图3)。49-1.gif (69212 bytes)
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    图2 正常者舒张期右室短轴三切面呈相似形49-2.gif (67349 bytes)

    图3 全心衰患者右室短轴观为相似扇形, 边缘角圆钝

    三、 临床实测右室与左室每搏量的对照研究

    17例受检者分别接受超声轨迹法测量右室每搏量及主动脉血流脉冲多普勒法测量左室每搏量, 测值见表1。

    对两种方法测量左、 右心室每搏量的实测值进行统计学的相关性分析: r=0.72, P<0.001, 回归方程: Y=0.69X+15.79, 显示了较好的相关性。

    表1 两 种 方 法 测 量 17 例 左、 右 室 每 搏 量 之 测 值
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    正常者

    冠心病患者

    高血压患者

    轨迹法

    81.7

    83.9

    58.0

    70.8

    101.4

    76.2

    63.6

    94.7

    46.4
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    73.9

    88.2

    67.3

    72.2

    61.4

    69.1

    76.7

    63.1

    PW法

    94.2

    99.3

    71.2

    67.9
, 百拇医药
    88.5

    91.3

    78.4

    118.2

    58.7

    75.3

    92.8

    83.6

    85.7

    83.5

    80.4

    69.8

    76.5
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    讨 论

    一、 以往在体表超声测量右室容积和右室功能方面,已有许多尝试。 Weyman[6] 对此所作的总结较为全面。他在总结了左室功能测量方法的基础上,介绍了各种右室功能测量方法的原理及评价。

    Simpson法实质就是微积分原理的应用。但传统方法把被测物短轴观设定为椭圆形或圆形[9], 显然与右室情况不符。本方法的提出,正是建立在微积分原理基础上,按右室短轴观实际形状描画为扇形。由此计算容积值能够真实反映右室实际容积。

    二、 Weyman认为,无论从技术上还是概念上体表超声测量右室的定量研究都要难于左室。 因为无法用一个或几个几何体代表右室形态,而且右室形状随负荷变化,在短轴观上会有较大的变化。此外,圆锥部分对右室容积影响较大。而常用体表超声各切面观;常不能兼顾显示右室各部位,如心尖四腔心观无法显示右室流出道,也就无法实现准确的测量。本方法提出了适于右室测量的超声长轴观和短轴观。所描画的右室各图像的轮廓能够表现右室结构的各种特点。
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    三、 Weyman提出了对右室形态所作的几种几何学假设,并由此进行计算所得结果常有高估的情况。如用椭圆体、棱柱、三棱锥等形体对右室进行几何学假设,计算值可高估40%。双平面超声测量方法因无法在右室腔内取得两个垂直的长轴观而无法实施测量功能。本方法测量右室容积只需一最大长轴观和一个与之相垂直的短轴观,并设定各部位短轴观为相似形,这不仅符合我们的临床观察,而且避开了不切实际的假设;不仅符合于右心负荷正常者, 也符合右心负荷过重者。 此假设是新方法的基本条件之一。

    四、 我们观察,右室扇形断面由2条边、1条孤线、2个边缘角和1个中心角组成。2条边为室间隔和右房室界面,孤线为右室游离壁,顶角位于右房室交界线及其延长线上。

    右室负荷过重者,其短轴观扇形的边缘角有圆钝表现; 双心室负荷过重者,如全心衰者, 或单纯左室负荷过重者,右室断面并无明显改变。无论心脏负荷状态如何,右室多部位短轴观的相似性却无改变。
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    当我们通过严格的数学公式计算不规则容积时,需对被测物进行几何学假设,才能完成计算。 它既描述了右室又符合公式的要求。

    五、 在我们观察的73例受检者中,仅5例右室内膜或整个右室显示不满意,约占7%,证明绝大多数受检者均可测得其右室容积和右室功能, 显示了该方法广泛的临床应用价值。

    六、 本方法应用了相似形的性质定理。 初等数学的知识告诉我们,相似多边形的面积之比等于其相似比的平方。对此,我们利用微积分基本思想,微分取极值,很容易得到任意相似形的相同性质定理。

    七、 多种原因,究其实质,传统容积测量方法依赖于被测物长轴为一直线。无论单平面法还是多平面法,无论面积长轴法还是Simpson法,都是如此。因右室长轴不是直线,而是孤线, 是造成测量困难的主要原因。本方法不依赖被测物的轴线,而强调了被测物的外形。只要忠实描绘出被测物两相垂直的轴面观图形,就能得到较精确测值。因而它能满足右室容积测量的要求。
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    八、 我们注意到传统TTE容积测量方法,在对左室立体结构的几何学假设中,略去了左室流出道的影响,使其无法克服由此带来的计算误差[10]。而本方法对右室容积的假设和计算, 无此误差存在。如果说传统方法在左室功能的测量中正在发挥重要作用, 那么TTE轨迹法测定右室容积和右室功能, 也会有重要的实用价值[11]

    参 考 文 献

    [1] 洪涛, 沈学东, 王敏生, 等. 三维体元模型超声重建法定量测定右室腔容积及右室游离壁心肌重量的实验研究. 中国超声医学杂志, 1997, 13(1)∶6-8.

    [2] Willem AH, Sidney AR, Chris M, et al. Quentification of right ventricular function with magnetic resonance imaging in children with normal hearts and with congerital heart disease. Am Heart J, 1995, 130∶828-837.
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    [3] 耿世钊. 一种腹部脏器体积较精确的超声测量方法. 中国超声医学杂志, 1996, 12(12)∶44-47.

    [4] 万中义, 主编. 中学数理化公式定理手册. 第1版. 成都: 四川辞书出版社, 1994. 142.

    [5] V. B. Mountcaste. 生理学. 第14版. 陈长恭, 等, 译. 北京: 科学出版社, 1991. 911.

    [6] Arthur EW. Cross-sectional echocardiography. Washington Square: Cea & Febiger, 1982. 380-395.

    [7] 张运, 主编. 多普勒超声心动图学. 第1版. 青岛: 青岛版社, 137-181.

, 百拇医药     [8] 徐智章. 多普勒超声在血流量测定中的理论问题与技术问题. 中华超声影像学杂志, 1994, 3∶1-6.

    [9] 陈在嘉, 徐义枢, 孔华宇, 主编. 临床冠心病学. 第1版. 北京: 人民军医出版社, 1994. 140-149.

    [10] Samuel C, Robert A, Miguel Rivera J, et al. Three-demensional echocardiography improves noninvasive assessment of left ventricular volume and performance. Am Heart J, 1995, 130∶812-822.

    [11] 耿世钊, 张桂珍, 章新新, 等. 建立超声轨迹法体表测量右室容积和右室功能. 中国超声医学杂志, 1997, 13(12)∶23-25.

    (收稿 1997-09-10 修回 1998-08-02), 百拇医药