多普勒超聲技術(shù)在評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員心臟功能方面的研究與應(yīng)用

孔祥生

（曲阜師范大學(xué)體育教研部，山東 曲阜 273165）

理論與方法探索

多普勒超聲技術(shù)在評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員心臟功能方面的研究與應(yīng)用

孔祥生

（曲阜師范大學(xué)體育教研部，山東 曲阜 273165）

多普勒超聲技術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)員心臟功能的評(píng)價(jià)已從整體發(fā)展到了局部，從定性發(fā)展到了定量。由于多普勒超聲心動(dòng)圖可實(shí)時(shí)顯示心臟的解剖結(jié)構(gòu)、室壁運(yùn)動(dòng)和血流信息，具有及時(shí)、準(zhǔn)確、安全的優(yōu)點(diǎn)，因而成為臨床心功能測(cè)量最常用的無(wú)創(chuàng)性技術(shù)。

多普勒超聲技術(shù)；血流頻譜；心室功能

1 多普勒超聲技術(shù)在評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員心臟功能方面的研究

1.1 對(duì)心輸出量的動(dòng)態(tài)測(cè)量研究

多普勒超聲技術(shù)能夠無(wú)創(chuàng)傷地研究安靜與運(yùn)動(dòng)中的心臟功能，而心輸出量是評(píng)價(jià)心臟收縮功能的重要指標(biāo)之一。安靜狀態(tài)下測(cè)量的心臟收縮功能有一定的局限性，而運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下可以更準(zhǔn)確地測(cè)量出心臟功能隨運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的增加而呈現(xiàn)的變化。1981年，Loeppky等人利用脈沖式多普勒超聲技術(shù)進(jìn)行了負(fù)荷多普勒超聲心動(dòng)圖的研究，他們?cè)趯?duì)8個(gè)健康成人的測(cè)量中得出結(jié)論，靜息狀態(tài)時(shí)臥位心搏量高于立位心搏量，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)立位比臥位的心搏量上升顯著。在立位運(yùn)動(dòng)20秒內(nèi)，立位心輸出量比臥位心輸出量增加兩倍，其心輸出量的增加主要是由于心搏量的增加；而臥位運(yùn)動(dòng)時(shí)，心輸出量的增加主要是由于心率的增加。狄克胡斯等人對(duì)12名健康男性坐、臥兩種體位下安靜及運(yùn)動(dòng)中超聲心動(dòng)圖的比較研究中發(fā)現(xiàn)，安靜狀態(tài)下臥位心搏量明顯高于坐位心博量；在次級(jí)負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)臥位、坐位心搏量均顯著上升；而極限負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)坐位心搏量增加顯著，而臥位心搏量無(wú)明顯增加；射血分?jǐn)?shù)無(wú)論是坐位還是臥位在由安靜至逐級(jí)負(fù)荷中均表現(xiàn)為持續(xù)增加。Gardin等人在對(duì)17例健康成年人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下主動(dòng)脈血流動(dòng)力學(xué)變化測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，主動(dòng)脈血流量最大速度、收縮期流速積分顯著增加，而射血時(shí)間明顯縮短。而張運(yùn)等人對(duì)20例健康成年人臥位次極量運(yùn)動(dòng)前后的測(cè)量結(jié)果表明，主動(dòng)脈血流最大速度、平均加速度、收縮期血流積分、心搏量4項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)量值均顯著增加。Takayama等人應(yīng)用多普勒技術(shù)與熱稀釋法技術(shù)，同步測(cè)量了8例正常人踏車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中主動(dòng)脈血流量與心輸出量，兩者相關(guān)系數(shù)為0.76。

1984年，勵(lì)建安等對(duì)堅(jiān)持長(zhǎng)跑鍛煉的中老年人左心室功能運(yùn)動(dòng)超聲心動(dòng)圖研究結(jié)果顯示，安靜與等量運(yùn)動(dòng)時(shí)每搏量、心輸出量均高于比普通組。隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷增大，差異顯著，表明堅(jiān)持長(zhǎng)跑的中老年人有較大的心力儲(chǔ)備，這提示長(zhǎng)跑鍛煉可以推遲左心射血功能衰退的過(guò)程。趙云蘭對(duì)健康的經(jīng)常運(yùn)動(dòng)和不愛(ài)運(yùn)動(dòng)的老年人多普勒超聲心動(dòng)圖比較分析表明，收縮期血流最大速度、平均加速度、最大加速度、流速積分、E/A、E和EDA兩組差異顯著，說(shuō)明愛(ài)運(yùn)動(dòng)老人的左室收縮功能和左室舒張功能比不愛(ài)運(yùn)動(dòng)老人的功能好，愛(ài)運(yùn)動(dòng)老人的左心功能優(yōu)于不愛(ài)運(yùn)動(dòng)的老人。

2001年周全等人采用彩色多普勒超聲心動(dòng)圖儀測(cè)量、分析了12名耐力項(xiàng)目大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員和12名普通大學(xué)生安靜狀態(tài)、定量負(fù)荷和極量負(fù)荷運(yùn)動(dòng)后主動(dòng)脈收縮期血流頻譜。結(jié)果顯示，安靜狀態(tài)、定量負(fù)荷運(yùn)動(dòng)后，實(shí)驗(yàn)組Vmax、PGmax、PGm、AVm明顯小，AT、ET明顯大；極量負(fù)荷運(yùn)動(dòng)后，兩組各參數(shù)無(wú)明顯差異；耐力鍛煉可使人體心臟左室收縮產(chǎn)生能量節(jié)省化，具備較大的功能潛力，泵血順暢，主動(dòng)脈瓣口面積增大。

1.2 心臟舒張功能的測(cè)量研究

隨著臨床生理學(xué)的進(jìn)展，無(wú)創(chuàng)性心功能監(jiān)測(cè)技術(shù)的提高，關(guān)于心臟舒張功能在心臟泵血功能中的作用，成為臨床研究的熱點(diǎn)。國(guó)家體科所杜宏凱等人，對(duì)我國(guó)高水平耐力運(yùn)動(dòng)員和常人臥位自行車(chē)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷中心臟血流動(dòng)力學(xué)變化特點(diǎn)和心功能儲(chǔ)備力進(jìn)行了比較和評(píng)定。結(jié)果表明，耐力運(yùn)動(dòng)員心率隨負(fù)荷強(qiáng)度的增加逐級(jí)增高，與對(duì)照組比較發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是安靜狀態(tài)還是每級(jí)等量負(fù)荷狀態(tài)，耐力組的心率均顯著低于對(duì)照組；耐力運(yùn)動(dòng)員心博量隨負(fù)荷強(qiáng)度的增加而增加，心博量無(wú)論是增長(zhǎng)的幅度上還是在持續(xù)增長(zhǎng)的能力均高于對(duì)照組。宋信勇等人采用彩色多普勒超聲技術(shù)，研究和分析了不同項(xiàng)群運(yùn)動(dòng)員不同狀態(tài)二尖瓣血流頻譜，研究表明，耐力鍛煉可使心臟左室舒張功能產(chǎn)生適應(yīng)性反應(yīng)；二尖瓣血流速度積分、平均壓差、A峰值、心率、每搏輸出量及極量負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)間存在緊密的關(guān)系；耐力鍛煉可使二尖瓣血流速度積分明顯增大，平均壓差和A峰值明顯減小。

1.3 心臟形態(tài)結(jié)構(gòu)的測(cè)量研究

20世紀(jì)70年代末國(guó)家體委科研所杜宏凱等人對(duì)高水平耐力運(yùn)動(dòng)員心室的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)定，發(fā)現(xiàn)左室收縮末期內(nèi)徑、左室舒張末期內(nèi)徑在安靜和同級(jí)負(fù)荷時(shí)都顯著大于對(duì)照組，而且兩組的差值隨負(fù)荷的增加而加大。孫力認(rèn)為，動(dòng)力性項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員的心臟左室舒張末期直徑和左室重量明顯大于常人，而室壁厚度與常人相同；而靜力性運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員的心臟左室舒張末期直徑基本沒(méi)有變化或略微減小，室壁厚度卻明顯增加，以單位體重來(lái)表示的數(shù)值與常人無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。1986年，馬為等人研究了長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)對(duì)老年男性心臟形態(tài)的影響。研究表明，耐力鍛煉對(duì)心臟形態(tài)的影響只限于左心室，而在左心室中以左心室舒張期末內(nèi)徑變化為主，右室無(wú)變化。

2 多普勒超聲技術(shù)在評(píng)價(jià)心功能方面的優(yōu)勢(shì)與局限性

2.1 組織多普勒顯像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與局限性

2.1.1組織多普勒顯像技術(shù)（TDI）是近幾年發(fā)展起來(lái)的檢測(cè)心室運(yùn)動(dòng)的新技術(shù)，TDI通過(guò)提取心肌運(yùn)動(dòng)多普勒信號(hào)來(lái)測(cè)量心室長(zhǎng)軸收縮功能的變化，對(duì)心室長(zhǎng)軸運(yùn)動(dòng)進(jìn)行定性、定量研究。用TDI脈沖多普勒速度頻譜顯像方法測(cè)量二尖瓣環(huán)沿心室長(zhǎng)軸的運(yùn)動(dòng)速度、方向、位移、時(shí)相等多項(xiàng)信息，可更準(zhǔn)確地反映左心室整體收縮功能。而通過(guò)TDI能較LVEF更敏感、更準(zhǔn)確地檢測(cè)到早期局部收縮功能的異常，對(duì)精確評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員心肌收縮功能、及早發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員潛在心功能減退及判定隨負(fù)荷的增加心功能的變化，有重要的臨床指導(dǎo)意義。

2.1.2TDI的局限性。TDI一個(gè)重要的局限性在于明顯的角度依賴(lài)性和無(wú)法評(píng)估左心室局部扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于左室心肌纖維螺旋環(huán)繞，左室心肌運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)為矢量、方向、角度、時(shí)相等復(fù)雜的空間三維運(yùn)動(dòng)，因此，TDI技術(shù)無(wú)法對(duì)心肌徑向和圓周運(yùn)動(dòng)以及心室扭轉(zhuǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。TDI還受到幀頻、應(yīng)變率-時(shí)間曲線的噪聲、呼吸的影響，從而影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。

2.2 定量組織速度顯像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與局限性

2.2.1定量組織速度顯像技術(shù)（QTVI）是在TDI的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的高幀頻顯像技術(shù)，由于QTVI可以對(duì)左室壁任意節(jié)段心肌在長(zhǎng)軸方向的收縮和舒張的速度及時(shí)間進(jìn)行定量測(cè)量與分析，能快速、敏感、準(zhǔn)確獲得左室壁心肌的運(yùn)動(dòng)曲線，是一種定量、定位檢測(cè)心肌運(yùn)動(dòng)及心臟非同步化運(yùn)動(dòng)的有效的方法，對(duì)及早發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員潛在心功能減退有重要的診斷價(jià)值。

2.2.2QTVI的局限性，QTVI技術(shù)是由多普勒頻移發(fā)展而來(lái)，因此它受到室壁運(yùn)動(dòng)方向、聲束夾角及呼吸的影響。

2.3 組織多普勒應(yīng)變與應(yīng)變率顯像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與局限性

2.3.1組織多普勒應(yīng)變或應(yīng)變率顯像技術(shù)（SRI）從時(shí)間和空間兩個(gè)方面反映心動(dòng)周期中心肌長(zhǎng)度隨時(shí)間的變化心肌組織受力后形變能力，是反映局部心肌收縮敏感、特異性指標(biāo)。通過(guò)對(duì)高幀頻普勒數(shù)據(jù)加工獲得的實(shí)時(shí)心肌超聲顯像數(shù)據(jù)，可準(zhǔn)確、定量分析評(píng)價(jià)心肌纖維應(yīng)變的程度和室壁運(yùn)動(dòng)及心肌供血。由于測(cè)量數(shù)據(jù)不受心肌形變及相鄰心肌節(jié)段運(yùn)動(dòng)或限制效應(yīng)的影響，而成為評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員心臟收縮功能和心肌供血的的新參數(shù)。

2.3.2SRI的局限性。因SRI受聲束與速度向量之間夾角的影響，不能同時(shí)獲得縱向和橫向形變的信息，只能測(cè)量縱向的應(yīng)變和應(yīng)變率，因此角度依賴(lài)性、應(yīng)變長(zhǎng)度選擇、噪聲干擾是SRI技術(shù)的不足。

2.4 二維斑點(diǎn)追蹤成像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與局限性

2.4.1二維斑點(diǎn)追蹤成像技術(shù)（STI）利用組成二維超聲圖像的聲學(xué)斑點(diǎn)，在室壁中選擇一定范圍的感興趣區(qū)，組織灰階自動(dòng)追蹤心肌組織聲學(xué)斑點(diǎn)的位置和運(yùn)動(dòng)軌跡，能夠定量獲取心肌組織運(yùn)動(dòng)的速度、位移、應(yīng)變率及旋轉(zhuǎn)角度等心肌運(yùn)動(dòng)參數(shù)，能更加敏感地識(shí)別節(jié)段性運(yùn)動(dòng)異常，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)感興趣區(qū)內(nèi)整體與局部心肌形變程度及心肌缺血時(shí)心肌局部的收縮功能。STI可用于定量評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)中所需運(yùn)動(dòng)耐力和強(qiáng)度；能準(zhǔn)確辨別運(yùn)動(dòng)員心臟的生理性肥大與無(wú)癥狀非梗阻性肥厚型心肌病，而后者是引起運(yùn)動(dòng)員猝死的主要原因。2.4.2STI的局限性。STI的局限性在于對(duì)圖像清晰性的要求較高，在低幀頻質(zhì)量較差的圖像中常不能成功追蹤心肌運(yùn)動(dòng)，因而在老年人、肺氣腫、肥胖等人群中的準(zhǔn)確性受到制約；同時(shí)對(duì)左心室短軸各節(jié)段心肌運(yùn)動(dòng)的顯示有局限性。

2.5 全方向M型超聲心動(dòng)圖的優(yōu)勢(shì)與局限性

2.5.1全方向M型超聲心動(dòng)圖（OME）是一種從超聲心電圖序列圖像中提取室壁運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)信息的實(shí)時(shí)成像技術(shù)。OME可以對(duì)所有部位和運(yùn)動(dòng)方向的心血管結(jié)構(gòu)進(jìn)行任意多條運(yùn)動(dòng)曲線的同步成像，是唯一可以同時(shí)同步記錄心臟內(nèi)任意結(jié)構(gòu)多個(gè)心動(dòng)周期的M型超聲圖像技術(shù)，同時(shí)減少了心臟擺動(dòng)及扭曲產(chǎn)生的影響及角度與時(shí)間不一致產(chǎn)生的誤差，提高了測(cè)量的精確性、準(zhǔn)確性和重復(fù)性。

2.5.2OME的局限性。OME仍依受二維圖像質(zhì)量、呼吸、心臟位移的影響，成像質(zhì)量不夠清晰，比傳統(tǒng)M型要略遜一籌。

隨著多普勒超聲技術(shù)的飛速發(fā)展，多普勒超聲心動(dòng)圖對(duì)心臟功能的評(píng)價(jià)已從定性上升到了定量，從整體上升到了局部，能更精確地評(píng)價(jià)心室整體和局部的收縮功能。將各種超聲心動(dòng)圖技術(shù)有機(jī)結(jié)合，互相彌補(bǔ)不足，為客觀、早期、準(zhǔn)確、全面地評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員心臟功能提供幫助。

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G808

A

1674-151X（2012）01-025-02

10.3969/j.issn.1674-151x.2012.01.012

投稿日期：2011-10-05

山東省教育廳基金項(xiàng)目（項(xiàng)目名稱(chēng)：多普勒超聲心電圖評(píng)價(jià)體育鍛煉對(duì)人體心血管系統(tǒng)功能的影響，項(xiàng)目編號(hào)：J03M01）。

孔祥生（1963 ～），副教授，本科。研究方向：體育訓(xùn)練學(xué)、體育人文社會(huì)學(xué)。