心脏功能评价指标及其检测方法进展

1、心脏功能评价指标及其检测方法进展一综述心脏功能评价指标及其检测方法进展颜彦郭兴明肖守中(重庆大学生物工程学院生物力学与组织工程教育部重点实验室重庆市400044)摘要几种心脏功能评价指标的检测方法:fick氧消耗量法,热稀释法,超声心动图法,心阻抗图法以及利用心音评价心功能的一些进展,比较了各种方法的优势和局限性.提出心功能检测方法应分别从高精确度和简单无创2个方向发展,以适应不同应用需求.关键词心脏功能;fick氧消耗量法,热稀释法,超声心动图,心阻抗图;心力变化趋势中图分类号:r540.4文献标识码:a文章编号:10038868(2005)01-002103thecardiacfuncti

2、onassessmentindexanditsmeasuringmethodsprogressyanyan,gu0xing-ming,xiaoshou-zhongfkeylaboratoryforbiomechanics&tissueengineeringofministryofeducation,collegeofbioengineering,chongqinguniversity,chongqing400044)abstractthispaperintroducesseveralmethodstomeasulcardiacfunction,includingmethodsoffic

3、koxygenconsumption,thermodilution,ultrasoundcardiography,impedancecardiogramandthemethodwithheartsound.advantagesanddisadvantagesofeachmethodarediscussedandcompared.itissuggestedthatfuturalcardiacfunctionevaluationapproachbehighlyaccurateorsimply,noninvasivetomeetdifferentapplicationrequirements.key

4、wordscardiacfunction;fickoxygenconsumptionmethod;thermodilution;ultrasoundcardiographymethod心脏和血管组成人体的血液循环系统.血液循环是高等动物机体生存的最重要条件之一.循环一旦停止,生命活动将不能正常进行.心脏是维持血液循环的动力器官,起到了血液泵的作用,心脏通过心室的收缩,产生一定压力将血液射入肺循环和体循环.心脏的射血能力,直接关系到生命活动是否能正常进行,并且,在人体经受如运动等应急状态时,心脏能在相应调节机制的作用下将泵血功能进行上调,以满足机体增加的血液需求.对心脏功能做出客观正确的评价,将

5、对人群健康的评估,疾病诊断的依据以及危重病人的预后等产生深远的影响.1评价心脏功能的指标及常用检测方法评价心脏功能的指标有:心输出量(cardiacoutput,co),每搏输出量(strokevolume,sv),如将个体体形差异考虑在内,把每平方米体表面积的心输出量定义为心指数(cardiacindex);射血分数(ejectionfraction,ef),是指心脏每次收缩搏出的血液容积和收缩前总容积的比例.在临床上,评价心脏功能的主要检测方法有fick氧消耗量法,热稀释法,指示剂稀释法,超声心动图法以及心阻抗图法等.1.1flck氧消耗量法fick氧消耗测量心输出量的方法由fick在18

6、70年提出.其理论基础为,在一定时间内,呼吸消耗的氧气量应该等于血液中增加的氧气量,后者就是这段时间内心脏搏出血量和血液中氧气浓度差的乘积,从而可计算心输出量:作者简介:杨彦,本科;郭兴明,副教授,博士,主要从事生物医学信号检测及处理,医学成像及图像处理等方面的研究.本课题由重庆大学生物工程学院创新人才培养基金项目资助.1医疗卫生装备?2005年第26卷第1期-0chinesemedjcaiequipmentjournal?2oo5vol26no.1出量=面骄fick法虽然在理论上简单易行,但是实际测量起来却有一定的困难.主要问题是气体体积不易测量.另外血液样本的采集必须是富含氧气的动脉血和经

7、过新陈代谢的静脉血,需采用有创测量,该方法不能被反复使用.1.2swanganz导管及热稀释法应用swanganz导管热稀释法测定心排量,是目前临床及动物试验中使用最广的有创监测心功能的方法之一.swan-ganz导管用于监测心排量,可指导临床治疗,疗效评价及临床辅助诊断治疗等【1-21.将swanganz导管从周围静脉(肘静脉,锁骨下静脉或股静脉)插入,利用气囊漂浮导向,将导管随血流送入右心房,右心室,肺动脉,可获得人体血流动力学的多种重要参数.其直接测定的指标有右房压,右室压,肺动脉压,肺毛细血管压和心输出量;其间接计算出的指标有心脏指数,每搏输出量,每搏输出指数,全肺血管阻抗和肺小动脉血

8、管阻抗,在各种疾病的诊断和心脏功能的评估中有广泛和重要的应用价值.热稀释法是国际公认的测定心输出量的金标准.该方法的原理是:利用swanganz导管向右心房注入室温水(18.c一20.c的水或0.c5.c的液体),然后由热敏电阻测量记录肺动脉处血液温度稀释曲线.因注入右心房的液体热量已知而且血液和液体混合后温度下降的速度与心输出量呈线性关系.故可以根据温度稀释曲线计算出心输出量co.co:vli(tb-t1)k一1k2/xtb(t)dt综述一co为心排量,v1为注入溶剂容量,tb为血温,t1为注入溶剂温度,k1和k2为常数.热稀释曲线上升很快,随后呈指数性下降逐渐趋向基线,有时会再出现一较小的

9、波为指示剂再循环所致.热稀释法测定心排量简便,快速,安全,准确,重复性好.1.3超声心动图法超声心动图(ultrasoundcardiography)是近代发展起来的新型诊断技术.它利用雷达扫描技术和声波反射的特性,在荧光屏上显示超声波通过心脏各层结构时发生的反射,形成灰阶图像,借以观察心,大血管的形态结构和搏动状态,了解房室收缩,舒张与瓣膜的关闭和开放活动的规律,为临床提供具有重要价值的参考资料.超声心动图有以下3种常用检查方法:二维超声心动图(twodimensionalechocardiography):能显示心,大血管的断面轮廓和各种结构空间关系的断面形态,大小,联结关系与活动状态,为

10、断面灰阶图像.脉冲多普勒超声心动图(pulseddopplerechocardiography):观察血流的运动规律,确定血流紊乱的部位和方向.对于心间隔缺损,瓣膜的狭窄与关闭不全等具有较大的诊断价值.造影超声波心动图(contrastechocardiography):将超声检查用造影剂(锭氰蓝绿,双氧水,二氧化碳,碳酸氢钠+维生素c)经静脉或导管注射.由于造影剂在血液内产生微小气泡,致使超声波产生强烈的反射,形成云雾状影像,能观察各种心脏病的血液动力学改变,对临床诊断具有重大价值.webe等提出用经气管多普勒超声测量c0的方法,该方法测量出血流速度和血管直径,由血流速度乘以血管截面积算出c

11、0.这个方法假设比较粗略.主动脉内的血流速度在一个心动周期内各个时间段并不是相同的,而且同一时间内血管内同一横截面血流速度也不一样,中心血流快,边缘血流慢.为了克服这一缺陷,brandberg等提出了一种更精确评估血流量的方法,表面速度向量积分法(surfaceintegrationofve.1ocityvector,sivv),用血管横截面上各点血流速度对截面进行积分,就可以得到较精确的血流体积流量.gopalt等比较了三维心动图rhr一dimensionalechocar-diography)和一般心脏功能测量方法的准确性.使用三维心动图可以对心脏腔室三维几何形状进行比较精确的重建,根据这

12、一形状就可以计算每次搏动心脏腔室的容积大小变化,再加上心率的数据就可以计算出心输出量.gopal等将用三维心动图和放射性同位素血管造影测量了44个患者的心输出量指标,两组数据的相关度为o.97.并且三维心动图结果的一致性和重复性都很高,它是比二维超声更优越的评价心功能的测量方法.1.4心阻抗图心阻抗图(impedancecardiogram,icg)r0,是根据胸腔电阻抗的动态变化,来测定心功能的一种非创伤性方法.它反映了血管容积或血流变化引起的阻抗变化.在每个心动周期内,血流变化量是引起主动脉阻抗变化的唯一因素,而且二者成反比关系.早在上世纪5o年代初nyboer等就应用直接式阻抗血流图技术

13、探求一种测定心搏出量的方法,在1996年kubicek提出了着名的应用心阻抗图法测定心搏出量的公式一kubicek公式,并将之用于宇航医学的研究.kubicek公式和其变换形式patterson公式如下:sv2一.17h).qvvetdz4.2z0dtm)c式中p血液电阻率,l为胸腔长度,式中h为受测者身高,z为胸腔阻抗,zo为基础阻抗,dz/dtmx为阻抗一次微分的最大值.vet(射血时间)的测量是关键和难点.kubicek提出的计算方法存在着一定不足:它可适用于部分健康人,不适用于过胖或过瘦者;不适用于胸腔体液增多,如肺水肿,输液过量等;临床实践证明早期的胸腔阻抗法血流动力学检测设备的适用

14、范围十分有限,多数情况下存在着准确性低,重复操作的误差大等问题,不适合临床应用.继ku.bicek之后,为了使阻抗法能适用于临床,许多欧美的专家学者对kubicek法进行改进.美国学者sramek提出了kubicek法的修正式,推出了sramek算法.与kubicek法比,sramek法在适用范围,准确性和可靠性等方面有了较大的进步.sramek算法应用叠加平均法对信号进行处理,提高了信号的信噪比.上世纪7o年代后,国内外学者对kubicek公式及方法有过众多的争议,其结果却促进了icg的发展,目前该技术已用于临床及基础研究问.新一代胸腔阻抗法血流动力学监测技术已经达到准确可靠,适合临床应用的

15、阶段.2心音强度在评价心脏功能方面的应用心音是在心动周期中,瓣膜开启或关闭时,血流形成湍流和冲击血管壁发出的声音.心音包含着重要的诊断价值.国际上已经进行了大量研究,证明第一心音幅值的大小与心肌收缩能力强弱密切相关.hansonpl等研究了麻醉剂和强心剂对狗的第一心音强度和心肌收缩力的影响,结果表明:第一心音幅值的变化和左心室压力上升最大速率的变化呈正相关fr=09551,p<0.001).durand等研究了狗的左心室压与第一心音强度的关系.结果表明:心肌收缩力的改变剧烈地影响第一心音强度,左心室压变化率是控制第一心音强度的独立因素.rice和doylej认为:第一心音强度是心肌收缩力

16、的标准量度,他们在围手术期同时记录气管内,食管内和体表心音图,比较了用第一心音强度来监测心肌收缩力的3个部位,认为从病人安全和使用方便角度看,宜选择体表心音图.肖守中等进行了心音图运动试验(phonocardiogramexer-cisetesting,pcget)】,提出用运动前后第一心音幅度值的变化比值来评价心力储备,这样就消除了心音传导过程中的个体差异.把完成规定运动量运动后s1幅值对安静时s1幅值的倍数定义为心力变化趋势(cardiaccontractilitychangetrend,ccct).实验时分别记录受试者在安静状态下平静呼吸时和进行了一定量运动后的心音幅度.心音脉搏传感器置

17、于心前区心尖搏动最明显处记录心音图,并且注意保持运动前后测量时受试者体位一致,以消除2次测量的传导差异.通过医疗卫生装备?2005年第26卷第1期,)chinesemedicalequipmentjournal?2oo5vo1.26no.1一一一一综述对体育系学生和普通学生进行实验的结果表明,ccct和氧耗有很好的相关性.3心输出量评估方法的发展方向和展望无论是对疾病进行诊断,还是对正常人心脏功能进行评价方面,心输出量的检查都有非常重要的意义.但是早期的检查方法,tlfick法等,方法实现比较困难,不能进行连续实时的检测,这就无法应用于对病人进行的生理参数监护.被认为是心输出量检测金标准的热稀

18、释法等,虽然在理论上可以实现实时的监护,但是不得不使用心脏导管,一般的小型医院难以实施,而且无论使用电阻丝加热或者注入冰水都有一定的限度,否则将会损伤被检测者的健康,甚至由于心腔内温度变化过大危及被检者生命安全.这样实质上也是限制了进行检测的时间和次数.用超声心动图和心阻抗图进行心输出量的检查,克服了先前检测方法的缺点,具有无创性和实时性的优点,而且和用热稀释法等经典方法的检测结果相关性极高,特别是心阻抗图,实施只需使用电极,使用起来十分方便,可以配合使用遥测技术,将其制作成便携式仪器供在病房外使用,如对在赛场上的运动员进行实时心功能测量.超声成像也可应用于检测心输出量,高分辨率足可以获得精确

19、的测量结果.随着心输出量这一指标的完善和发展,越来越多的病理和生理的变化情况将和这个指标的变化联系起来,它将具有更加深刻的意义更加广泛的临床应用价值.而用于对这个指标的检测方法和相关仪器的发展,应该是向着2个方向.首先,在医院中用于疾病诊断或危重监护的心输出量检测方法,要力求做到更加高准确度,实时性.另一方面,由于心输出量是心脏功能的一个基本参数,可以用来衡量一个人的健康情况,所以应该需要一种简单易行的筛查方法,可以对大量人群使用,比如社区居民健康的监护,这样有利于疾病的提早发现,对提高我们全民身体素质有重要的意义.因此,我们从事心输出量测量方法和理论依据的研究,将对医疗卫生的发展起到积极的推

20、进作用.并且,我们对于心输出量测量新方法的研究也将为我们的后续研究一新型仪器开发工作提供理论基础和支持.本课题受重庆大学生物工程学院创新人才培养基金资助,在此表示感谢.参考文献1feglerg.measurementofcardiacortputinanaesthetizedanimalsbyathermodilutionmethod.quarterlyjournalofexperimentalphysiology,1954,39:153642nicoh.j,eta1.coronarythermodilutiontoassessflowreserve:validationinhulnalls.

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24、isetestandcarotidarteriogramexercisetest.j.instrumentandmeter,2000,21(5):123126(2oo408o9收稿)(上接第20页)chutatape,eta1.designofamobiletelemedicinesystemithwirelesslan.ieee,2002(2):313-3164kevinhung,yuan-tingzhang.implementationofawapbasedtelemedicinesystemforpatientmonitoring,ieeetransactionsonineormatio

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