无创动脉硬化检测（共7篇）
无创动脉硬化检测 篇1
0 引言
心脑血管疾病一直是危害人类健康的重要因素,如何有效地检测和预防心脑血管疾病是全世界一直努力解决的重大课题[1]。相比于常被用来评估人体血压水平的上臂肱动脉压,中心动脉压(Central Aortic Pressure,CAP)能够更直接准确地反映左心室、冠状动脉和脑血管的负荷情况,从而预测主要心血管事件的发生和靶器官的损害[2]。研究表明,中心动脉压比外周动脉压具有更强的心血管病理生理联系[3]。然而,测量主动脉需要有创介入压力导丝不仅使病人承受很大的创伤和风险,而且需要巨额的花费,这给患者家庭带来沉重的医疗负担。因此,中心动脉脉搏波的无创检测具有重要意义。
Chen等[4]和Yoshinori[5]等都曾对传递函数方法进行了研究,他们在假定的模型架构基础上,通过反复的训练得到模型参数,然后利用外周桡动脉血压重建得到了中心动脉压。在此方法的基础上也形成了具有代表性的商业化产品,如At Cor Medical公司(澳大利亚)的Sphygmo Cor TM系统、欧姆龙公司(日本)的HEM-9000AI脉波分析仪,图1展示了产品实物图。
Sphygmo Cor TM系统采集桡动脉脉搏波,采用Pauca建立的传递函数[6]来估测中心动脉脉搏波。中心动脉脉搏波形同样采用检测前听诊器测得的袖带肱动脉压力进行校正。其传感器的设计虽然可以采集不同位置的脉搏波,但实际应用时测量结果与操作者的熟练使用程度有很多关系给用户带来了很大不便,更难以实现临床的自动化实时测量。欧姆龙的HEM-9000AI脉波分析仪则是通过拥有40个频道的微型传感器自动获取桡动脉脉搏波,并通过桡动脉脉搏波的重搏波波峰推断中心动脉血压[7]。这个系统在采集桡动脉脉搏波的同时采用袖带检测肱动脉压力,校准桡动脉脉搏波并估测中心动脉压。
注:a.澳大利亚Sphygmo Cor TM系统;b.日本欧姆龙HEM-9000AI脉波分析仪[8]。
这两款产品都是通过采集桡动脉脉搏波来估测中心动脉,并且采用检测前袖带测得的肱动脉压力进行波形校正。但是一方面由于其昂贵的价格这两款产品一直都没有得到广泛的应用,另外他们在临床上应用采集桡动脉数据时需要人工手动干预相比于本设备直接绑附袖带采集较烦琐,另一方面上面两种方法都是采取单个部位外周动脉(Peripheral Artery Pulse Wave,PAP)估测中心动脉压并单独用估测压力波计算CAP参数并没有考虑人体信号的相互联系性[8]。
本设备采用心音、心电辅助中心波形联合提取估测和有创中心动脉部分参数,结果更加可靠稳定。本系统采用传递函数法通过无创测量外周肱动脉的脉搏压力波,利用函数转换关系间接推导出CAP波形,然后联合心音、心电辅助提取中心动脉重要的12项心血管参数(图2)。
1 仪器的硬件及平台设计
无创检测仪的硬件架构见图3。整台仪器以一块基于ARM的嵌入式硬件平台为核心,包括MCU处理器(STM32F4系列)、心音采集电路、心电采集电路、肱动脉脉搏采集放大电路与血压测量电路。
1.1 MCU处理器(STM32F4系列)
STM32F4系列是高集成度、高性能的嵌入式存储器,主要用在医疗、工业与消费类应用。具有丰富的连接功能:通信接口多达15个(包括6个速度高达10.5 Mb/s的USART、3个速度高达42 Mb/s的SPI、3个I2C、2个CAN和1个SDIO),2个12位DAC、3个速度为2.4 MSPS或7.2MSPS(交错模式)的12位ADC,定时器多达17个:频率高达168 MHz的16和32位定时器,可以利用支持Compact Flash、SRAM、PSRAM、NOR和NAND存储器的灵活静态存储器控制器轻松扩展存储容量。
1.2 心电采集模块
采用双极点高通滤波器来消除运动伪像及肌电信号,利用有源低通滤波器滤除基线漂移。该滤波器与仪表放大器结构紧密结合,使用半电池电位作为心电信号的基线,可实现单级高增益及高通滤波,从而降低了电路供电电压节约了空间和成本。为了提高系统线路频率和其他不良干扰的共模抑制性能,使用一个放大器,用于右腿驱动(Right-Leg Driven,RLD)等受驱导联。
1.3 心音采集模块
通过高灵敏度拾音头获取心音,通过音频前置放大器进行放大后经过带通滤波器对环境噪音进行滤除。
1.4 脉搏波和血压采集模块
使用恒流源进行驱动压力传感器,通过仪表放大器将压力传感器的差分电信号放大,通过IIR低通滤波器提取袖带压力直流分量,通过FIR数字滤波器提取袖带压交流分量即肱动脉波。利用示波法与波形特征法计算人体血压。
1.5 仪器的用户界面
无创检测仪通过人机交互界面,实现受试者信息输入、血压测量和多生理信号波形采集等功能,图4为用户操作界面,在该界面上可查看受试者姓名、性别、年龄、身高、体重;首先点击开始测量血压,来得到受试者的血压信息,舒张压、收缩压、心率和袖带加压上限等值;然后点击开始采集波形按钮框可开始进行心音、心电、脉搏波形数据记录;图4(b)为测量结果显示界面,该界面上显示了受试者的血压、心率及心电、心音、脉搏波波形。
通过与电脑连接的无线发射器把无创检测仪采集到的信号存储在电脑里,最后通过我们建立的模型进行中心动脉压力波形估测及重要血流动力学参数的提取。
2 血流动力学参数及算法
本文研究的血流动力学参数包括SBP、DBP、MBP、HR、K值、SV、CO、Rs、PEP、LEVT/ED、SEVR、PWV。其中SBP、DBP、MBP、HR、K值、SV、CO、Rs、ED、SEVR可从中心动脉直接获取或计算得到(图5)用来做估测波形和有创中心的对比分析,PEP、LEVT通过心音、心电信号计算得到(图6)。PWV计算的是由肱动脉沿管壁传播至心脏升主动脉脉搏波的速率,通过臂部肱动脉处袖带中心点到心脏升主动脉点的距离(手动皮尺测量)与脉搏波传导时间(肱动脉起始点与中心动脉起始点的时间差)的比值得到。
3 实验设计与结果分析
3.1 重复性实验及结果
由于人体的血流动力学参数时刻都在一个范围内变化,考虑到仪器对同一个个体在不同条件下测量结果的重复性与再现性,依据JJF1033-2008计量标准考核规范[22]本文通过设计的一个重复性实验来证明本系统的可靠性(表1)。
注:Ps:收缩压;Pd:舒张压;Pm:平均压;ED:射血间期;T:心动周期;Ad为舒张期压力波形下的面积(压力时间乘积);As为收缩期压力波形下的面积(压力时间积),其中SEVR=Ad/As*100[9]。
注:PEP射血前期为心电Q波到第一心音(S1)最大点的时间间隔,LEVT左心室射血时间为第一心音(S1)最大点到第二心音(S2)起始点的时间间隔[10]。
为了评估无创检测仪的稳定性,选取了6名身体健康正常人(年龄:34±5.3;性别:男:女=3:3)作为受试者。每个人每隔5分钟测试一次每个人测量三次,共得到测试数据18组。在每次测试前,受试者需要静息5 min。测试时,受试者平躺在实验床上,安放袖带、心电导联及心音传感器(将臂带系在肘部,心电粘扣贴在两肩与左下腹处,心音器放在胸沟偏左),见图7。测量过程中,受试者需要放松并保持安静,测量过程大约3 min。这样得到18组数据,每组12项参数。使用MATLAB软件计算HR、SBP、DBP、MBP、K、SV、CO、Rs、LVET、PEP、SEVR、PWV的重复性(重复率=1-标准差/均值);对同一名受试者的测量结果进行统计学分析,求出每个人三次测量间的均值标准差及个体重复性(表2)。
注:传感器安放位置(右)与操作界面(左)。
通过每个人三次测量结果的均值标准差,最后求出各个参数总体的测量结果重复性。表3是总体重复率实验结果,SV、CO、Rs三个参数的重复率在90%~95%之间相对比较低,其原因是由于目前血压测量变化较大,SV、CO、Rs三个参数的计算结果与血压值直接相关受其影响严重。除了这三个参数外,其他参数的重复率结果都在95%以上,可靠性较高。
3.2 临床实验及结果
本研究的32例有创中心动脉数据,来源于中国医科大学附属第一医院介入导管室,有创中心动脉数据采集所用设备为St.Jude Medical公司的Radi Analyzer Xpress,介入动脉导管直接测压法[23]来测量升主动脉的压力波形,作为中心动脉压力的金标准(表4)。于此同时采用我们自己设计的血压、心音、心电一体测量模块,实时测量无创的肱动脉、心音、心电波形。然后通过ARX模型对中心动脉数据进行波形估计,最后联合心音心电进行中心动脉参数HR、SBP、DBP、MBP、K值、SV、CO、Rs、ED、SEVR的提取并对比。
本论文通过提取并计算与中心动脉压力波形直接相关的参数包括HR、SBP、DBP、MBP、K值、SV、CO、Rs、ED、SEVR,通过验证估测与有创中心动脉的这些参数的相关性见表5,来证明本论文所建模型对有创方法的可代替性。
表5为通过统计学软件SPSS对估测的中心动脉脉搏波参数与有创的中心脉搏波参数进行对比分析结果。估测的中心动脉脉搏波参数与有创的中心脉搏波参数Pearson相关性显著性(双侧)检验结果显示,HR、SBP、MBP、DBP、ED、SEVR的相关系数较高在0.91以上,估测方法能够代替有创方法。SV、CO、K值由于受血压影响较严重,其计算结果来自于血压的平方或者倒数误差很容易受到放大产生了一些偏差,但其估测值都在正常范围内并没有产生误报的情况在要求较低的情况下可以替代,作为一个参考值。对HR采用相关性分析的结果见图8。
模型计算的心率与有创得到的心率散点图如图8,通过计算,得出相关系数r=0.986,双侧Pearson检验P<0.001,有统计学意义,说明两种方法测得的心率值高度相关。
其他参数SBP、DBP、MBP、K值、SV、CO、Rs、ED、SEVR模型计算与金标准Bland-Altman图示法比较见图9。
32例模型估测与有创数据差值的Bland-Altman分析结果显示:从图9(a)中看出,SBP差值的均值Mean=1.1 mm Hg,差值的标准差SD=8.1 mm Hg,95%一致性界限为1.1±15.8 mm Hg,同时3.12%(1/32)的点在95%一致性界限以外;从图9(b)中看出,DBP差值的均值Mean=1.8 mm Hg,差值的标准差SD=5.1 mm Hg,则95%一致性界限为1.8±9.9 mm Hg,同时3.12%(1/32)的点在95%一致性界限以外;从图9(c)中看出,MBP差值的均值Mean=-0.3 mm Hg,差值的标准差SD=7.1 mm Hg,则95%一致性界限为-0.3±14 mm Hg,同时(0/32)的点在95%一致性界限以外;从图9(d)中看出,K值差值的均值Mean=-0.04,差值的标准差SD=0.06,则95%一致性界限为-0.04±0.12,同时(0/32)的点在95%一致性界限以外;从图9(e)中看出,SV差值的均值Mean=0.4 m L,差值的标准差SD=28.57 m L,则95%一致性界限为0.4±56 m L,同时3.12%(1/32)的点在95%一致性界限以外;从图9(f)中看出,CO差值的均值Mean=0.3 L/min,差值的标准差SD=2.14 L/min,则95%一致性界限为0.3±4.2 L/min,同时6.24%(2/32)的点在95%一致性界限以外;从图9(g)中看出,Rs差值的均值Mean=0 mm Hg.s/m L,差值的标准差SD=0.85 mm Hg.s/m L,则95%一致性界限为0±1.67 mm Hg.s/m L,同时3.12%(1/32)的点在95%一致性界限以外;从图9(h)中看出,ED差值的均值Mean=0 s,差值的标准差SD=0.005 s,则95%一致性界限为0±0.009 s,同时9.36%(3/32)的点在95%一致性界限以外;从图9(i)中看出,SEVR差值的均值Mean=-1.1%,差值的标准差SD=11.7%,则95%一致性界限为-1.1%±23%,同时(0/32)的点在95%一致性界限以外。因此认为传递函数法与有创方法测量的结果具有较好的一致性,在临床上可以相互替代。
4 结语
本文设计并实现了一种基于肱动脉的中心动脉压力波无创检测仪,该系统具有参数多样、体积小、操作方便、成本低等优点。特别适合家庭健康医疗及小型医疗单位的动脉硬化程度和心血管功能的无创检测。预计在下一步的研究中通过心血管专家的指导,实现自动检测的同时能够智能化的给出患者的心血管状态类似专家建议诊断结果。
注:参数给出为mean±SD的形式。其中,相关系数一列aP<0.05,bP<0.01;dP<0.001,如0.964d表示在0.001水平(双侧)上显著相关,相关系数为0.964。
摘要：目的 运用传递函数法通过外周肱动脉脉搏来估测中心动脉压力波,并联合心音、心电信号辅助估测中心动脉的血流动力学重要参数。方法 中心动脉压力波对分析人体心血管系统功能至关重要,然而它却不能直接无创测量。本文首先针对每个个体建立了从肱动脉到中心动脉的个体化传递函数模型,然后将个体模型整合成为通用的传递函数模型。结果 通过临床实验评估,发现运用传递函数法能很好的重建中心动脉压力波形。结论 该方法提供了一种实现无创检测中心动脉参数的简单手段。
关键词：传递函数法,肱动脉,中心动脉压力波,无创检测仪,ARX模型
无创动脉硬化检测 篇2
无创冠状动脉计算机断层血管造影 (CTA) 是一种具有成本低、无创的检查方法, 可以用来替代心导管检查, 适于那些冠状动脉疾病 (CAD) 率低于50%者。
冠状动脉疾病 (CAD) 是比较常见的一种心脏疾病, 如果患有CAD, 即心脏冠状动脉正在发生狭窄或阻塞, 心脏可能就得不到足够的血流供给, 可能会发生心脏病。病人如果心腔内压成阳性, 但没有与心脏病有关的症状, 或者有非典型胸痛, 将需要进行心导管检查时可用冠状动脉CTA来替代心导管检查。由于其无创成像检查, 成本低, 可以用筛选分流病人。
冠状动脉CTA是一个较便宜的替代心脏导管的检测方法。冠状动脉CTA的结果更有可能避免心导管检查, 从而降低了成本和有效辐射剂量。冠状动脉CTA检查假阴性率为2.5%, 辐射暴露平均为1 mSv-2 mSv。
无创动脉硬化检测 篇3
1 资料与方法
1.1 临床资料
收集2007年12月至2008年8月在我院行冠状动脉CTA64例,男42例,女22例,年龄45～67岁,平均54岁。其中疑诊或诊断冠心病58例,健康体检6例。
1.2 检查方法
窦性心率,能自主屏气至少20 s且无增强扫描禁忌证者纳入检查。心率大于70次/min者于检查前1 h服用倍他乐克25 mg,将心率控制在65～70次/min以下。无硝酸甘油过敏史者,于检查前15 min舌下含服硝酸甘油片剂0.5 mg扩张冠状动脉。检查前对患者进行呼吸训练,以达到理想的屏气状态。使用TOSHIBA Aquilion 16层MSCT机,管电压为120～135 kV,管电流350～400 m A,数据采集通道为1.0×16 mm,机架旋转速度2 r/s,螺距4.0,用双筒高压注射器以5.0～5.5 m L/s流速经肘静脉注入80～95 m L碘帕醇(碘的质量浓度:P(I)=370 g/m L),并以相同速率追加40～45 m L生理盐水,扫描采用Sure-Start软件触发,阈值设定为150 HU。扫描范围从气管隆突下至膈下2 cm,患者处于浅吸气下屏气状态,同步记录心电信号,扫描(患者屏气)时间16～23 s。
1.3 图像后处理方法
采用回顾性心电门控技术,在R-R间期75%以层厚1 mm,层距0.5 mm重建Volume数据。然后载入Volume数据,分别以容积再现(VR)、最大密度投影(MIP)、曲面重建(CPR)等后处理技术显示左、右冠状动脉及分支。若图像质量不满意,则分别在R-R间期40%、50%、60%、70%、80%相位上重建Volume数据,筛选出图像最优者作出血管管腔评价。心率60次/min或以下者采用单扇区重建;心率大于60次/min者选用多扇区重建。
1.4 冠状动脉评价标准
根据美国心脏协会(AHA)标准[2]将冠状动脉分为15个节段。图像质量分为3级,1级为冠状动脉显示清晰,无局部中断或错位;2级为冠状动脉有中断或错位,但管壁显示清晰,不影响狭窄评价;3级为血管壁明显模糊,或血管明显错位或中断,影响狭窄或斑块的评价。由2名有经验的高年资主治医师独立完成冠状动脉节段和图像质量评价,出现分歧时以取得一致意见为准。图像质量为1、2级者纳入评价范围。在MIP图像上分析冠状动脉狭窄时,以狭窄部位近、远两端相对正常的管腔直径作为参照值,对其狭窄程度(冠状动脉内径减少的百分比)进行定量评价,冠状动脉的狭窄程度分为:轻度狭窄(小于50%);中度狭窄(50%～75%);重度狭窄(大于75%)。
2 结果
本组患者显示血管直径大于2 mm的冠状动脉节段共960个,能满足影像学评价的节段共884个(92.08%);不能满足影像学评价的节段共76个(7.92%);64例患者中,58例(90.63%)图像质量为2级或1级,6例(9.37%)为3级,共发现冠状动脉存在中、重度狭窄者44例(68.75%),其中单支病变28例,双支病变16例(见图1,2);冠状动脉存在轻度狭窄者16例(25.00%),其中单支病变8例,双支病变8例(见图3);冠状动脉未见明确狭窄者4例(6.25%)(见图4)。
3 讨论
3.1 冠状动脉成像的影响因素
冠状动脉成像的影响因素较多,要获得优质的图像,必须注意以下几个主要方面的因素。
3.1.1 患者屏气状态
利用16层螺旋CT完成冠状动脉扫描时需屏气16～23 s,要求受检者在检查时于浅吸气状态下屏气20 s左右。若受检者不能屏气,则呼吸运动伪影明显,严重影响冠状动脉图像质量。故本研究中检查前常规先给受检者进行呼吸训练,不能屏气20 s者不纳入检查。
3.1.2 心率
16层螺旋CT图像质量受心率影响较明显,心率最好控制在65～70次/min以下。对于心率较快者(大于65次/min),需要重建多个时相,挑选出最佳图像,否则容易误诊。特别是右冠状动脉中段,由于右心房、心室的运动方向、幅度不一致,出现伪影的概率较高[2]。本研究中于检查前服用B受体阻滞剂以降低心率,减少心率波动,并常规舌下含服硝酸甘油片剂扩张冠状动脉故有效提高了冠脉图像质量。
3.1.3 心律不齐或心律失常
在冠状动脉CT扫描过程中,患者出现轻度窦性心律不齐通常难以避免,对冠状动脉CT图像质量影响不大,一般不影响影像学评价。少数患者在冠状动脉CT检查中出现重度窦性心律不齐、房性或室性早搏、心房扑动或心房颤动等心律失常,导致数据采集错录,降低冠状动脉CT图像质量,在二维或三维重建图像上,冠状动脉不连续或呈阶梯样表现,其影像学分析受到影响,甚至不能满足影像学评价[3]。本组研究中对明显心律不齐或心律失常者均不纳入检查。
3.1.4 冠状动脉的对比剂浓度过低
主要由于心功能不全、主动脉瓣重度关闭不全或CT扫描延迟时间设定不当所致。本研究中不用手动触发CTA扫描,而用对比剂实时跟踪技术Sure-Start软件自动触发(阈值设定为150 HU),有效地避免了对比剂浓度过低。
3.1.5 最佳重建相位窗
心电门控技术分为前瞻性和回顾性心电门控。回顾性心电门控技术的优点是可在心动周期内任意选择图像重建的相位窗。图像重建相位窗的优选有利于获得较高质量的冠状动脉CT图像。理论上讲,左冠状动脉回旋支(LCX)走行于左室心肌表面,其最佳重建相位应位于舒张中期(50%～70%)左心室壁相对静止的时期;左冠状动脉主干(LM)和左前降支(LAD)亦走行于左心室表面,但其运动幅度与LCX相比明显为低。右冠状动脉(RCA)的运动主要来自于右心房心肌的收缩,因此其相对最佳重建相位窗应位于收缩晚期和舒张早期(30%～60%)左心房相对静止的时期[4]。本临床应用结果显示不同冠脉重建最佳相位窗大部分位于心脏运动较弱的舒张中后期75%相位窗(见图5,6),其次为收缩晚期和舒张早期。
3.2 图像后处理技术
在本临床应用中,均常规应用CPR、MIP及VR显示冠状动脉,并结合轴位图像综合评价管腔狭窄、斑块性质及其他病变。
3.3 冠状动脉狭窄的评价
冠状动脉狭窄程度的定量评价有助于冠心病治疗方案的制定。Windecker等[5]报道,1995年欧洲有100万例患者行有创性CAG检查,其中只有28%的患者进行了介入治疗,而冠状动脉正常或其病变不适于介入治疗的占72%。由此可见,采用一种安全、有效、无创的影像学方法进行冠状动脉狭窄的定量评价和介入治疗前的筛选非常重要。国内外的初步临床应用已表明MSCTA对中等以上冠状动脉狭窄显示的敏感度为87%～95%,特异度为86%～97%,且阴性预测值达95%以上,这说明阴性的冠状动脉MSCTA结果基本可排除冠状动脉狭窄的存在。但是对冠状动脉钙化积分大于等于100分(Agatston积分)的节段,其诊断特异性和阳性预测值则显著降低,分别为63%和81%,说明严重钙化对MSCT诊断冠状动脉狭窄的准确性有严重不利影响[6]。
图5为40%时相右冠状动脉中段管腔模糊,似有异常图6为75%时相右冠状动脉中段管腔清晰,无异常改变
MSCT对冠状动脉狭窄的诊断具有较高的敏感度和特异度,能初步评价斑块性质,有助于冠心病的早期诊断;且尤以其阴性预测值可靠,避免了不必要的有创性导管法冠状动脉造影检查。另外MSCT可以清晰显示先天性起源异常或心肌桥,还可用于冠状动脉支架置入及冠状动脉搭桥术后随访,在一定程度上能满足冠心病临床诊断及介入治疗筛选的需要[7,8]。随着MSCT的发展,64层CT及双源CT亦逐渐进入临床应用,其较16层CT而言,明显提高了冠状动脉CTA检查时间分辨率及检查成功率。总之,MSCT是一种无创性的检查方法,但影响成像因素较多,联合应用回顾性心电门控和VR、MIP、CPR等后处理技术,并优选各成像参数,能获得高质量的冠状动脉图像,提高诊断准确性。
摘要：目的分析多层螺旋CT无创性冠状动脉造影图像质量的主要影响因素,以正确评价冠状动脉病变。方法64例患者行多层螺旋CT冠状动脉造影检查,用回顾性心电门控选择最佳相位窗,并分别以容积再现(VR)、最大密度投影(MIP)、曲面重建(CPR)等后处理技术将冠状动脉分为15个节段进行分析。结果显示血管直径大于2mm的冠状动脉节段共960个,能满足影像学评价的节段共884个(92.08%);不能满足影像学评价的节段共76个(7.92%);64例中的58例(90.63%)冠状动脉CTA图像质量均为2级或1级,其余6例(9.37%)冠状动脉CTA图像质量为3级,共发现冠状动脉存在中、重度狭窄者44例(占68.75%),其中单支病变28例,双支病变16例;另发现冠状动脉存在轻度狭窄者16例(占25.00%),其中单支病变8例,双支病变8例;冠状动脉未见明确狭窄者4例(6.25%)。结论高质量的MSCT无创性冠状动脉造影对冠状动脉病变有较高的诊断价值。
关键词：冠状动脉病变,图像质量,血管造影术,体层摄影术,X线计算机
参考文献
[1]Sieqel RJ,Birnbaum Y.Noninvasive coronary angiography using multislice computerized tomography[J].Rev Cardiovasc Med,2007,8(1):17-20.
[2]Austen WG,Edwards JE,Frye RL,et al.A reporting system patients evaluated for coronary artery disease:report of the Ad Hoc Committee for Grading of Coronary Artery Disease,council on cardiovascular surgery,American Heart Association[J].Circulation,1975,51(3):5-40.
[3]Nakanshi T,Kayashima Y,Inoue R,et al.Pitfalls in16-detector row CT of the coronary arteries[J].Radiol Graphics,2005,25(2):425-440.
[4]Achenbach S,Ropers D,Holle J,et al.In-plane coronary arterial motion velocity:measurement with electron CT[J].Radiology,2000,216(5):457-463.
[5]Windecker S,Maier Rudolph W,Bonzel T,et al.Interventional cardiology in Europe1995[J].Eur Heart J,1999,20(6):484-495.
[6]孙昊,高明明,马展鸿,等.冠状动脉钙化对64层螺旋CT诊断冠状动脉狭窄的影响[J].中华放射学杂志,2007,41(4):1023-1027.
[7]Maints D,Grude M,Fallenberg EM,et al.Assessment of coronary arterial stents by multislice-CT angiography[J].Acta Radiol,2003,44(6):597-603.
无创动脉硬化检测 篇4
资料与方法
2013年1月-2015年6月收治肝硬化患者62例, 男38例, 女24例, 年龄36~73岁, 平均 (55.2±3.9) 岁;所有患者均经临床、影像或病理确诊为肝硬化, 其中乙型病毒性肝炎后肝硬化30例, 血吸虫性肝硬化25例, 酒精性肝硬化3例, 丙肝后肝硬化2例, 原发性胆汁性肝硬化2例。按有无食管胃底静脉曲张破裂出血分为出血组32例及未出血组30例。出血组均经胃镜证实为食管胃底静脉曲张破裂所致, 出血者需待出血停止2周后病情稳定, 最后1次出血距检查日<3个月。另设正常的健康者30例作为正常对照组。3组一般资料比较, 差异均无统计学意义 (P>0.05) , 有可比性。
排除标准:有硬化剂注射或套扎术治疗史;有分流手术史或断流手术史;曾用盐酸普萘洛尔片等影响血流动力学药物者;门脉系统有血栓者;脾脏切除史;伴有心、肾疾病或糖尿病者。
仪器:采用HP Sonos4500型彩色多普勒超声诊断仪, 探头频率3.75 MHz凸阵, 一般范围在2~5 mm, 滤波50~100 Hz。内镜为日本Olympus Q260电子胃镜, 按顺序观察食管及胃底。
研究方法:彩色多普勒超声、电子胃镜检查时间间距不超过1周。因消化道出血入院者, 采用常规治疗, 在出血停止、病情稳定, 并停用血管活性药物72 h后再行彩色多普勒检查。行超声检查者检查前均禁食8~12 h以上, 检查时取仰卧位或半卧位, 尽量排除肠道气体干扰。胃左静脉通常在剑突下行斜纵切扫查, 多普勒声束与血管长轴间角度尽可能<60°, 血流测量在距起始部5.0 cm直行处, 门静脉血流以右前斜位第一肝门处获取, 然后分别测量胃左静脉及门静脉的内径、血流方向及流速, 连续测量3次取均值。以红色为向肝血流、蓝色为离肝血流标记来判定PV、LGV血流的方向, 观察并分析各统计值与发生食管胃底静脉曲张出血的关系[4]。
统计学方法:采用SPSS 15.0统计软件行数据处理, 各指标值以 (±s) 表示, 组间比较采用t检验。P<0.05为差异有统计学意义。
结果
各组间PV、LGV管腔内径和血流方向检测值:与正常对照组比较, Dpv、Dlgv值在出血组、未出血组均明显增宽, 差异具有统计学意义 (P<0.01) ;而肝硬化患者, 无论出血与否, PV、LGV管腔内径和血流方向比较, 差异不具有统计学意义 (P>0.05) ;3组间PV血流方向以向肝为主, 两两组间比较, 差异不具有统计学意义 (P>0.05) , 而LGV血流方向改变, 未出血组呈离肝血流者仅46.7% (14/30) , 而在出血组达94% (30/32) , 两组间差异具有统计学意义 (P<0.01) , 见表1。
胃左静脉最大内径与肝硬化食管静脉曲张破裂出血风险的关系比较:以超声测量胃左静脉内径值7 cm作为出血的分层指标, 出血组32例中, 27例胃左静脉最大内径>7 mm, 与未出血组比较, 差异具有统计学意义 (P<0.01) 。胃左静脉最大内径>7 mm为预测出血的标准, 其敏感性、特异性、准确性分别为81.8%、80%、82.3%, 见表2。
门静脉最大内径与肝硬化食管胃底静脉曲张破裂出血风险的关系比较:以超声测量门静脉内径值15 cm作为出血的分层指标, 出血组32例中, 29例门静脉最大内径>15 mm, 与未出血组比较, 差异具有统计学意义 (P<0.01) 。门静脉最大内径>15 mm预测出血, 其敏感性、特异性、准确性分别为90.6%、66.7%、79.0%, 见表3。
讨论
食管静脉曲张破裂出血是肝硬化门脉高压的一种严重并发症和主要死亡原因。肝脏门静脉正常流出道因各种原因受阻导致循环阻力增加, 从而使门静脉和脾静脉内径增宽。当门脉压力超过200 mm H2O时, 门静脉和体静脉之间的交通支扩张成曲张的静脉。其中胃左静脉和食管胃底静脉之间形成侧支循环, 随着压力增大, 静脉逐渐曲张, 血流速度减慢, 血流量减少[4]。本研究62例肝硬化患者Dpv较对照组显著增宽, 但Dpv与肝硬化是否存在出血无关。在出血组与未出血组门静脉内径差异无统计学意义, 这可能与门脉压力增高致侧支循环建立有关。胃左静脉的血管腔内径和血流方向的变化在3组间均有显著差异。出血组32例呈离肝血流者占94%, 而30例未出血组患者呈离肝血流者仅占46.7%。出血组Dlgv内径平均宽度0.7 cm, 较未出血组平均增宽约2 mm。鉴于以上结果, 我们认为正常情况下, 门静脉压力低于胃左静脉压力, 故而胃左静脉呈向肝血流。而肝硬化患者随着流出道梗阻的加重, 门静脉压力持续升高, 使门静脉系的胃左静脉压力随之升高, 门静脉血流易返入食管胃底静脉, 致侧支循环的开放而使Dlgv增宽并出现逆向血流, 超声测量呈现离肝血流[5,6]。当门静脉压力超过胃左静脉压力后, 门静脉压力越高, Dlgv增宽也就越明显。Dlgv的增宽和血流方向的改变与门静脉压力升高密切相关, 预测EV出血具有较高的诊断价值。国内学者也有类似的发现[7]。由此可推测, 侧支循环开放对减轻肝硬化门脉压力起着关键作用, 随着门体交通支的广泛开放及扩张, 胃左静脉分流量逐渐增大, 导致食管静脉曲张。曲张静脉受到食物的摩擦及胃内反流到食管的酸碱液体侵蚀, 最终后果是破裂出血, 严重者可以致死[8]。
应用彩色多普勒超声测定胃左静脉及门静脉血流参数, 当门静脉直径>15 mm时, 胃左静脉呈现离肝血流且直径>7 mm以上, 可认为肝硬化失代偿期门脉压力较高, 具有出血风险, 这对临床医师而言, 可以较早识别门脉高压患者食管静脉破裂出血风险, 具有一定的价值。
参考文献
[1]Amitrano L, Guardascione MA, Manguso F, et al.The effectiveness of current acute variceal bleed treatments in unselected cirrhotic patients:refining short-term prognosis and risk factors[J].Am J Gastroenterol, 2012, 107 (12) :1872-1878.
[2]Tang ZF, Pan CZ, Fang HP, et al.Targeted embolization of esophagus varix hemorrhage with nano-magnetic fluid[J].Chin J Exp Surg, 2011, 28 (8) :1337-1338.
[3]于中麟, 张澍田.食管静脉曲张内镜下分级的初步研究[J].中华消化内镜杂志, 2000, 17 (4) :201.
[4]崔星亮, 任海霞, 王建华, 等.超声测量胃左静脉预测肝硬化食管静脉曲张破裂出血的价值[J].胃肠病学和肝病学杂志, 2015, 24 (1) :118-120.
[5]Li D, Zhang Y, Zhu ZX, et al.Study on the correlation of left gastricvein blood flow parameters and esophageal variceal bleeding[J].Chin J Gen Surg, 2012, 27 (3) :242-243.
[6]Hino S, Kakutani H, Lkeda K, et al.Hemodynamic assessment of theleft gastric vein in patients with enophageal varices with color Doppler EUS:factors affecting development of esophageal varices[J].Gastrointest Endosc, 2002, 55 (4) :512-517.
[7]魏国, 温贤敏, 范合璋, 等.彩色多普勒预测食管静脉曲张破裂出血风险的价值[J].四川省卫生管理干部学院学报, 2008, 11 (4) :256-258.
心脏猝死的危险分层及无创检测 篇5
心脏猝死 (SCD) 是指任何心脏疾病引起的发生在院外、急诊室内的突然死亡, 并且死亡时间必须在有症状出现后1h内通常称瞬间死亡。SCD可能由于室速 (VT) /室颤 (VF) 、心脏停搏或者非心律失常性原因所致。但在近期心脏死亡病例中显示, 多数SCD并非像术语解释的那样瞬间死亡, 而是在其之前的相当长一段时间内即有预警信号出现, 只是未被患者或医生引起注意而已。所以识别是否有心源性猝死的早期征兆, 进行心脏猝死的分层, 无创心电检测起到一定的判断作用。为全面检测各类心脏病及其严重程度, SCD的危险因素, 对合理治疗各种原因引发的室性心律失常, 预防SCD的发生有重要的意义。
1心脏猝死的危险分层
心源性猝死是心血管疾病研究的重要课题。多数研究学者认为, SCD与室性心律失常、心功能低下、缺血性心脏病, 心肌病、恶性心律失常有密切关系。
1.1 缺血性心脏病
目前最常见的心血管疾病-冠心病。冠心病的死亡者接近50%以上是SCD[1]。有3/4的SCD者尸检发现至少1支以上冠状动脉有≥90%的狭窄病变。另有2/3的尸检病例中可见陈旧性心肌梗死病灶。左前降支与近端严重狭窄为SCD的高危病变因素。临床观察: (1) 不稳定型心绞痛频繁发作伴ST段压低≥2mm者。 (2) 过去有原发性心室颤动的冠心病 (无心肌梗死) 患者, 在心脏复苏后1年内约30%复发心室颤动而猝死。 (3) 冠心病等心脏患者存在心室颤动阈降低的因素:如过度吸烟、过度疲劳、过度激动, 均可加重心肌缺血和增加儿茶酚胺的释放, 而致室颤发生诱发SCD[2]。
1.2 心功能低下
许多SCD患者与心脏功能有关。心功能越差, 病死率越高。以下因素可能和心力衰竭患者易发生SCD有关: (1) 心功能的分级:据最近的一个医学论坛[3]认为心功能Ⅱ级者 (NYHA心功能分级) 年病死率为5%～15%, 心功能Ⅲ级者年病死率为29%, 而心功能 Ⅳ级者年病死率为30%～70%。 (2) 左室射血分数 (LVEF) :是一个客观测定患者心功能的指标。LVEF<35%以下, 可作为心肌梗死后发生SCD最重要的预测指标。对心功能低下者, LVEF<30%以下也可作为预测SCD的主要预测指标[4,5]。 (3) 心力衰竭伴心律失常:如心力衰竭患者有频发的室性心律失常, 特别是室性早搏连发, 多源性室性早搏、室性心动过速, 则SCD发生率增高。
1.3 心肌病
肥厚性心肌病 (HCM) 和致心律失常性右室心肌病 (ARVC) 是青少年和运动员猝死的主要原因。
1.3.1 肥厚性心肌病者猝死高危患者:
(1) 室颤存活者; (2) 自发性持续性心动过速; (3) 未成年猝死的家族史; (4) 晕厥史; (5) 运动后血压反应异常, 收缩压不升高反而降低者; (6) 左室壁或室间隔厚度≥30mm;流出道压力阶差>50mm Hg (1mm Hg=0.133kPa) [6]。
1.3.2 致心律失常性右室心肌病 (ARVC) :
ARVC是一种以心律失常、心力衰竭、心源性猝死为表现的非炎性非冠状动脉心肌疾病, 多见于青少年时期。下面几个因素是SCD发生的高危患者: (1) 以往有心源性猝死事件发生; (2) 存在晕厥或记录到血流动力学障碍的室性心动过速。 (3) 经超声心动图或心脏核磁共振证实的严重右心室扩张。 (4) 累及左室, 如局限性左室壁运动异常或扩张伴有收缩功能异常。 (5) 疾病早期即有明显症状, 特别是有晕厥前症状者[7]。
1.4 心律失常
恶性室性心律失常是引发SCD的最主要的危险因素。恶性室性心律失常是指有血流动力学异常, 可能恶化为室性心动过速或室颤的室性心律失常, 通常又称为高危室性心律失常或致命性心律失常。包括: (1) 频率在230次/min以上的单形性室性心动过速; (2) 心室率逐渐加快, 有发展成心室扑动或室颤的趋势的加速型室速; (3) 室速伴血流动力学紊乱, 出现休克或左心衰竭; (4) 多形性室速, 发作时伴晕厥; (5) 特发性心室扑动或室颤[8]。
2无创心电检测
2.1 左室射血分数 (LVEF)
LVEF是最常用的检测左室收缩功能衡量指标, 可以通过放射核素、心室造影后二维超声心电图进行衡量。采用放射性核素造影测量的准确性大约为±2～6, 超生心电图目测和Simpson法准确性超过±10。LVEF降低是心力衰竭患者总体死亡和SCD最重要的危险因子。已经明确证实左室功能不全与由于心力衰竭进展及室性心律失常导致的死亡之间存在相关性。
很多学者研究都认为在心肌梗死患者中LVEF≤40是识别高危患者的分界线, LVEF在30～40的患者发生心律失常性事件的风险较低为4.3%, 其敏感性为59.1%, 特异性为77.8%。MUSTT试验发现LVEF<30的患者具有更高的总体病死率和心律失常性死亡, 心脏骤停的发生率。心肌梗死发生40d内SCD的发生危险就更高。而置入ICD并不能降低总体死亡率。这就提示了LVEF的降低可能对预测由泵衰竭进展导致死亡的预测价值就更大或者是梗死心肌在愈合过程中提供了心律失常的发生和维持基质。而ICD对这种心律失常进行的干预较小。
2.2 心电图的检测
心电图的发明和使用是心血管疾病在诊断上的一个飞跃, 至今也是我国特别是农村基层医疗机构采用最多、最经济最便捷的检测方法。
2.2.1 QRS波的增宽:
QRS波的宽度在12导联心电图 (ECG) 上反映心室激动时间和室内或室间传导延迟的简单衡量指标, 其重复性好, 变异系数<5。QRS波增宽可以单纯地作为心肌疾病进展程度较高的一个替代标志, 但是QRS波增宽也可能和病死率增加直接相关, 因为心室激动的不同步可以导致心功能下降, 而室内传导减慢和伴发的心室复极离散度又将增加直接促发心室心律失常。在LVEF降低的患者中, QRS波增宽是预后不良的一个显著标志。
在美国加利福尼亚一个卫生保健系统对接受ECG检查的患者进行抽样调查, 结果显示44 280例患者中有801例QRS>120ms, 另外2 300例出现右束支阻滞或者左束支阻滞。据统计, 慢性充血性心力衰竭患者中QRS波增宽的发生率为20%～50%, 这与QRS波增宽在进展性心脏病患者中更加常见的观察结果是相一致的。
2.2.2 Q波:
Q波异常心电图形与已发生SCD的风险有很大关系。男性ST段下降并伴有左心室肥厚与发生SCD风险最高, 而女性的风险最高指标为室性传导阻滞。
2.2.3 室性早搏:
室性早搏在心电图常见的异常现象, 有学者认为有器质性心脏病患者伴发室早, 是室速、室颤的前驱表现, 控制室早可以预防室速、室颤的发生, 减轻了SCD风险。
2.2.4 T波异常:
有关学者对数百例冠心病患者进行调查, 结果显示Ⅰ导联T波振幅是心血管死亡最强的预测因子, 强于ST段下降, 左心室肥厚、QRS时限和T波电轴额面偏移对SCD的发生是高风险因素[9]。
2.3 心室晚电位 (VLP)
位于QRS波终末部的高频低幅的碎裂电位, 是心室肌内存在有非同步性除极和延迟传导的电活动表现。据报道VLP预测心肌梗死伴恶性心律失常的敏感性为58%～92%, 特异性为72%～100%。其阳性预测准确率偏低, 有时出现假阳性, 有一定局限性。而目前关于预测SCD发生的无创性心脏结构检测指标主要包括:左心室舒张末内径 (LVEDD) 、左心室射血分数 (LVEF) 等。LVEF对SCD的预测能力已被很多临床试验证实, 但其敏感性和特异性不佳, 阳性预测值约为16%。LVEF联合VLP后可增加其对心律失常事件的预测价值, 很多临床研究结果提示是多种心脏病患发生室性心律失常的独立预测因子, 而且其结果与心内电生理检查结果高度一致。
2.4 心率震荡 (HRT) HRT
是近年来发现的一种与心脏猝死有密切关系的心电现象, 是评价心脏自主神经功能预测死亡危险性的指标。窦性心率震荡是指在室性早搏发生后, 窦性心率出现短期的波动现象, 是自主神经对单发室性早搏后出现的快速调节反应, 反映了窦房结的双向变时功能。1999年首次有研究发现HRT是心肌梗死后患者死亡的独立危险因素, 可用于心肌梗死患者危险分层且效果明显。震荡初始 (TO) 和震荡斜率 (TS) 两项指标对心肌梗死高危患者有一定预测价值, TO表示患者室早后初始阶段窦性心律出现加速, 判断标准为:TO<0为正常;TO>0为异常。TS是定量分析室早后是否存在窦性心律减速现象, 其判断标准为:TS>2.5ms/RR为正常;TS<2.5 ms/RR为异常。TO和TS均异常时其阳性预测值分别为33%和31%, 阴性预测值可达到90%左右, 均高于其他检测。TS值灵敏度、特异度又明显高于TO值, 是更强的预测死亡的单变量指标。
以上相关SCD危险因素的分层和几项无创性技术检测的方法, 对预测恶性心律失常, 联合多项指标进行综合评估, 以早期识别SCD的潜在因素, 对指导临床诊断合理治疗室性心律失常、缺血性心脏病、心功能低下、心肌病和预防心脏性猝死有重大意义。
参考文献
[1] Zipes DP, Camm AJ, Borgg refe M, et al.ACC/AHA/ESC 2006 guide-lines for management of patients with ventricular arrhythmias and theprevention of sudden cardiac death-executive summary[J].Eur HesrtJ, 2006, 27 (17) :2 099-2 140.
[2]杨钧国.心律失常性猝死的预测[J].临床内科杂志, 2001, 17 (1) :9-11.
[3]陈明龙.心力衰竭合并室性心律失常的治疗进展[J].心血管病学进展, 2007, 28 (3) :351.
[4]张来虎, 李凯.心脏性猝死发病现状及其防治动向[J].中国急救学, 2003, 23 (3) :166-167.
[5] Cleland JG, Daubert JC, Erdmann E, et al.The effect of cardiac resyn-chroniza-tion onmorbidity and mortality in heart failure[J].N Engl JMed, 2005, 352:1 539-1 549.
[6]中国心肌病诊断与治疗建议工作组.心肌病诊断与治疗建议[J].中华心血管病杂志, 2007, 35 (1) :5-16.
[7] Turrini P, Corrado D, Basso C, et al.Noninvasive risk stratification inarrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy[J].Ann NoninvasiveElectrocardiol, 2003, 8 (2) :161-169.
[8]张新超.正确处理室性心律失常, 预防心源性猝死[J].世界急危重病医学杂志, 2007, 4 (2) :1 795-1 797.
无创动脉硬化检测 篇6
世界范围内许多机构均进行过FFRCT研究,如英国的谢菲尔德大学心脏中心(VIRTU-1研究)[6]及新加坡国家心脏中心等均利用有限元技术实现了FFRCT计算[7],但在临床验证方面仍然存在不足。美国Heart Flow中心联合荷兰Cardialysis中心以及鹿特丹伊拉斯姆斯大学在无创FFR的方法学研发与临床试验方面均处于世界前列。
1 FFRCT的原理
CTA影像的数字模型三维重建技术可以模拟循环系统中的冠状动脉血管床、主动脉、脑动脉、肺动脉、肾动脉等特殊结构的形态。计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)是利用计算机进行流体力学计算的学科。CFD被普遍用于医学影像三维重建模型中,进而计算血流动力学指标,如流速、压力、能量衰减与管壁剪切应力等。快速而精细的动态血管建模依赖于三维技术及有限元技术与超级计算机对复杂的血流控制方程的计算。
通过对CCTA三维模型的CFD计算,模拟出冠状动脉血流动力学特点,进而利用得到的参数计算FFR[8,9],即FFRCT。这种无创冠状动脉血流模拟可以得到流经冠状动脉树血流压力及速度等许多信息。FFRCT的计算与有创FFR相同,是近似冠状动脉狭窄处远端的压力与主动脉压力的比值。ICA术中单压力导丝只能对1支血管进行FFR测定,而FFRCT理论上可以同时计算出冠状动脉血管任何部位的FFR值。
FFRCT的具体计算方法是结合多种算法求解来描述流体流动特征的控制方程。血液可以比作是一种牛顿流体——具有恒定的密度和黏度,因此,血液流动可以应用流体力学基本控制方程——不可压缩Navier-Stokes方程计算。NavierStokes方程是一种描述黏性不可压缩流体动量守恒的非线性偏微分方程,其一般矢量表达形式为:
其中,ρ是流体密度,ρ是压力,μ是动力黏性常数,F是外力,v为在t时刻在此点的矢量速度。Navier-Stokes方程是流体力学中的基本方程,其求解过程非常复杂,一般借助计算机求解[10]。
而对于血管腔的模拟,遵循Murray定律,即:
式中Q代表冠状动脉血流量,d代表管腔直径,k为常数。冠状动脉管腔可以近似模拟为阻力模型即满足Poiseuille定律。其表达式为:
其中τ为管壁剪切应力。
此外,根据异速比例法则,心肌质量与形态、解剖以及生理特性有关,可以表达为:
其中Q代表冠状动脉血流量,M代表心肌质量。由此可见,冠状动脉血流量与心肌总质量、管腔直径的3次方以及管壁剪切应力成正比,与流体动力黏性常数成反比[10]。
心脏血流动力学尤其是左心室和升主动脉特征的准确模拟尤为重要,因为心动周期中心脏的收缩与舒张状态会影响冠状动脉血流。为了求得血流压力及流速,患者冠状动脉血管壁以及血流或血管的物理性质,如密度、黏度、血流方向等流体力学边界条件也代入方程中。在FFRCT计算中,血液流动性质与入口(主动脉)和出口(冠状动脉远端)的准确定义有密切关系。逼真的入口条件模拟是为了反映整个系统随着心动周期的变化[11]。研究者还分别定义了在最大充盈条件下各个分支血管不同的出口条件,以模拟注射腺苷所带来的血管最大充盈效果,进而避免了有创FFR中无法达到最大充盈而产生的误差。
综上所述,求解FFRCT的过程为:1提取CCTA图像后,对冠状动脉、左心室及升主动脉进行计算机三维重建;2在模拟最大充血条件下定义入口、出口及管壁的边界条件;3使用计算机计算整个冠状动脉树的流体控制方程;4创建一个冠状动脉血液流速及压力显示在冠状动脉解剖结构中的三维云图,得到心动周期中主动脉以及冠状动脉树中任意点的压力,继而计算出FFR值[10]。
2 FFRCT的临床有效性
虽然FFRCT技术日益完善、有广泛的临床应用前景,但是其临床有效性仍需要严格评价。目前,无创FFRCT的临床有效性可以通过与有创FFR结果进行对比而得出。Heart Flow中心以及鹿特丹伊拉斯姆斯大学的研究证明,与单纯CCTA相比,FFRCT显著提高了诊断准确率[12,13]。所有入组患者均行CCTA检查以及FFRCT计算,使用ICA中的FFR检查结果作为参考标准。这些研究的冠心病功能学或影像学参考诊断标准为FFR≤0.8[4]、在CCTA以及ICA中显示狭窄程度≥50%。
2.1 DISCOVER-FLOW研究DISCOVER-FLOW研究是对FFRCT计算结果评价的首次研究[12],该研究包含5个临床中心,103个患者(159处病变)。在评价单支血管时,敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值与FFRCT准确度分别为88%、82%、74%、92%、84%, 相对的单 纯CCTA为91%、40%、47%、89%、59%。尽管单纯CCTA扫描有较高的敏感度和阴性预测值,但其特异度及阳性预测值较低。FFRCT在识别狭窄处血流动力学特征的特异度由单纯CCTA的40% 提高到82%。总体上,诊断精确度由59% 提升到84%,提示在诊断精确度上提高了42%,而且降低了70% 的假阳性率。根据受试者工作特征(ROC)曲线的曲线下面积(AUC)(FFRCT为0.90,CCTA为0.75,P=0.001)可以看出,FFRCT在辨别狭窄病变是否造成缺血方面的能力显著提高[12]。
冠状动脉临界病变:DISCOVER-FLOW的亚组分析评价了FFRCT对于ICA证实有解剖临界病变血管的血流动力学特征的分析能力[14]。FFRCT使单纯CCTA的诊断准确度由56%提高到86%,而特异度约提高了3倍(83% 与26%)。在诊断临界病变方面,与单纯CCTA比较FFRCT ROC曲线的AUC为0.95(P<0.0001)。后续几项临床试验仍然包括对于临界病变的深入研究。
图像质量:FFRCT诊断准确度与CCTA影像的质量有密切关系。Min等[15]评价了信噪比、患者运动、钙化、对比度对FFRCT诊断性能的影响,在单支血管水平研究中,整体图像质量差时,FFRCT与单纯CCTA的准确度分别为87.5%和64.6% ;当心率 >65次 /min时,准确度分别为100.0% 和52.9% ;不同信噪比时准确度分别为84.4% 和66.7% ;若患者在CT扫描时身体移动,准确度分别为95.0% 和57.1% ;图像低对比度时准确度分别为100.0% 和71.4%。同理,对于患者个体水平冠状动脉系统评价准确度,FFRCT对于图像质量的容错能力也比单纯CCTA高。
此外,Min等[15]研究中的亚组分析表明,结合42例患者(66处病变)反映钙化程度的Agatston评分结果,在Agatston评分 <100分、101~400分、>400分时,FFRCT的准确率分别为82.5%、95.0%、100.0%。上述结果提示,FFRCT对于由于钙化影响的图像质量降低有很强的容错能力。
2.2 De FACTO研究De FACTO研究主要 涉及FFRCT与CCTA联合对冠状动脉狭窄处血流动力学特点的诊断能力的评估[13]。本研究包括可疑或确诊冠心病患者252例,在入组的患者中,137例(54%)有创FFR结果≤0.80,提示有冠状动脉血运障碍,结果表明CCTA与FFRCT联合诊断局部血运障碍提高了单纯应用CCTA的诊断准确率(73% 和64%),前者与后者相比敏感性(90% 和84%)与阴性预测值(84%和72%)较高,表明前者具有较低的假阴性率。上述结果提示临床医师可以在CCTA与FFRCT结果均正常时确定患者不需行有创检查。然而FFRCT的特异度(54%)与阳性预测值(67%)低于预期结果,表明即使假阳性率有所降低,对于FFRCT阳性结果的患者,可能仍有必要进行有创FFR检查[13]。后续的NXT研究对这一问题进行了更深入的研究[16]。
FFRCT在辨别冠状动脉临界病变患者方面,ROC曲线的AUC为0.81,而单独CCTA为0.68(P<0.001)。在临界病变方面,FFRCT的诊断能力也高于单独CCTA。FFRCT与CCTA的诊断准确率分别为71% 和57%,敏感度分别为82% 和37%,且两者特异度相近,均为66%。尽管FFRCT未能达到实验设计的主要终点,FFRCT与单独CCTA结果比较,前者诊断性能更优越,优于其他所有非侵入性检查结果。FFRCT可以提高稳定型心绞痛及可疑冠心病患者的诊断准确性[13]。
2.3 NXT研究NXT研究是一项前瞻性、国际性、多中心研究[16,17],其主要目的是评估FFRCT对可疑稳定型冠状动脉疾病的诊断价值。在NXT研究中,纳入254例冠状动脉狭窄程度30%~90% 的患者(484支血管),其优点为参与研究的各中心均可以更加严格地遵循最新指南进行规范化的患者管理,在计算机三维建模和计算软件方面均有所升级。结果显示,FFRCT与CCTA相比ROC曲线下面积(分别为0.90和0.81,P<0.001)以及准确度(81% 和53%)、特异度(79%和34%)、阳性预测值(65% 和40%),均高于单纯CCTA。在临界病变方面FFRCT对比CCTA也显示了更高的诊断性能:准确度分别为80% 和51%,特异度分别为79% 和32%,阳性预测值分别为63% 和37%。此外,FFRCT在诊断可疑冠心病方面有很高的价值,并且比单纯CTA具有较高的特异度。在Agatston评分 >400分的患者中FFRCT与CCTA对比准确度(75% 和44%)和特异度(69% 和23%)显著提高。FFRCT诊断能力的提升尤其是特异性方面与患者的标准化管理、FFRCT计算技术、生理模型及CT图像质量的提高密切相关[16]。
另外,NXT研究还根据先前对其他心脏无创功能学检查(如心脏MRI、多巴酚丁胺超声心动图负荷试验)与FFRCT在敏感度与特异度方面进行对比,间接比较这两种无创功能学检查与FFRCT的诊断能力,结果表明FFRCT的敏感度与特异度在诊断多支病变以及可疑心绞痛方面均高于这两种心脏无创功能学检查[16]。
2.4现场操作FFRCT的临床有效性研究随着技术的成熟,FFRCT的运算可以实现在进行CCTA检查后立即进行CFD计算,即现场操作FFRCT,此技术可以在本地CT工作站中操作,极大地加快了诊断效率。鹿特丹伊拉斯姆斯大学放射及心血管中心进行的研究主要目的是检验现场操作FFRCT的临床诊断能力。该研究涉及入组106例患者的189支冠状动脉血管。对于管腔狭窄≥50% 的患者,实时FFRCT与CCTA相比,AUC分别为0.83和0.64、敏感度 分别为87.5% 和81.3%、特异度分别为65.1% 和37.6%、准确度分别为74.6%和56.1%。在临界病变患者中FFRCT的敏感度与特异度分别为87.3% 和59.3%。上述结果反映了现场操作FFRCT良好的诊断效能,但是此技术仍需要改进以及更大规模的临床验证[18]。
3 FFRCT的局限性
CT伪影及患者个体因素均可能对图像质量产生不利影响,如严重钙化、金属支架影等,甚至可能会使相当一部分部分患者无法进行FFRCT计算。另外,FFRCT有着庞大的计算量,需要较长时间的图像处理及几何建模[7,13]。今后应在血管模型分割与计算程序优化方面继续提高,以更高效地应用于临床实践中。FFRCT依然无法个体化输入血液黏度、管壁硬度、心肌特性等参数,只能根据现有研究的人群平均情况,导致结果产生误差,可以通过引入个体校正参数(如钙化积分、血液生化指标等)使之更加接近患者的真实情况。另外,目前研究的入组患者未涉及30 d内罹患急性冠状动脉综合征以及行冠状动脉搭桥手术者[19]。FFRCT仍需进一步的临床研究证实。
4 FFRCT未来可能的应用
安全、无创、快速、准确、经济等优点可能会扩大FFRCT的应用。未来可能用于临床诊断方面:1对可疑冠心病患者进行无创形态学与功能学的联合检查,确定是否进行介入干预;2对已确诊的冠心病患者尤其是多支病变患者的功能学评估;3冠状动脉旁路移植术桥血管的血流功能评价,利用计算机假设模拟介入干预后的血流动力学恢复情况;4对于大规模临床试验不适合于有创随访而CCTA可以获得清晰冠状动脉影像者,如在完全可吸收支架临床研究——ABSORB队列研究的随访中的应用[20];5在其他动脉血管中的应用,如在脑血管功能、肾动脉跨狭窄压力梯度(TSPG)研究中的尝试等[21]。
5 展望
无创动脉硬化检测 篇7
1 系统结构
系统是依据Lambert-Beer定律,即生物组织中个成分对于光的吸收和散射有着不同的特征,根据光透过人体手指时被吸收的量来计算血红蛋白浓度值[3]。该文设计的装置由红外发射装置、几部分构成,具体系统结构图如图1所示。利用至少3个发光二极管照射受测者手指指定部位,红外接收装置中设置有与发光二极管的个数相同的光敏二极管,且每一个发光二极管一一正对红外接收装置的光敏二极管,红外接收装置的每一个光敏二极管均经一路信号处理电路与AD采样模块连接,该AD采样模块的数字输出端与单片机连接,单片机上还连接有GPRS/GSM模块,GPRS/GSM模块用于向服务器或手机终端传送检测信息。由于血红蛋白和水对红外线波的吸收量的不同,光敏二极管接收到的红外光波有所减少,红外接收装置将信号经信号处理电路传送到单片机,经单片机处理后,得出人体内血红蛋白的浓度,并通过无线传送方式传送到服务器或手机终端(见图1)。
2 硬件构成
2.1 发射光源
该设计中,由于不同波长的光源对人体的穿透能力不同,所以,在LED发射电路中选择了3种波长LED集成光源[4]。结合入射光源波长选择的原则:尽可能的使除血红蛋白外的物质吸收率低,而血蛋白的吸收率高,从而提高信噪比。选用了LED光源如图2所示。
2.2 光电接收器和前置放大电路
光电接收器又名光电二极管,在该设计中,与LED发射光源相对应,将接收到的光信号转换为电流信号,输出的电流信号为微安级,而AD采集的信号大小为0~3 V电压,因此,余姚将电流信号转换为电压信号并进一步放大。为此根据以上新能要求,选择了AD公司的AD820运放放大器置于每个光电接收器所在电路如图3所示。
2.3 参数选择
近红外光的波长范围为700~1400 nm,选用的波长个数越多,得到的结果会越准确,但是系统的分析能力会下降,稳定性降。所以,对于测量波长参数的选择,参考日本Sysrnex的astrim,选择3个波长:660 nm、805 nm、880 nm[5]。
3 结构设计
考虑到该装置多场景的应用,对装置结果进行了精密的设计。该装置材质采用的是PA66聚碳酸酯保证了强度的同时又能保持较轻的质量,两侧的弧度设计充分的考虑到了各类人群手指的不同尺寸都能舒适的放置的同时又确保密不透光。具体结构设计如图4所示[4]。
在该装置中,信号处理电路、AD采样模块7、单片机8与GPRS/GSM模块9均设置在电路安装腔3内。检测口2的端面面积小于电路安装腔3的端面面积,检测口2的口壁与电路安装腔3的腔壁之间的左、右连接面通过凹弧型曲面过渡。而在检测口2的口壁上相对设置有两块长条状的电路安装板,其中一块电路安装板安装一排红外发射装置4,另一块电路安装板安装一排红外接收装置5。最后在检测口2的口壁处相对开设有两个缺口10作为观察口。
4 结语
装置具有体积小,重量轻,应用场景广,无创检测,避免了伤口感染的问题,且在检测过程中,无需化学过程和医疗器具,检测速度快、成本低。意义,该设计的装置优点。能够非常方便卫生的实时检测出人体血红蛋白浓度,具有较高的医疗价值。
摘要：血红蛋白浓度一直以来都是人体生命特征中的一个非常重要的参数,但是传统的检测方法都是对人体血液样本进行采集,然后用血红蛋白浓度计进行分析,不仅检测程序复杂还给受测者带来身体上和心理的痛苦。该文针对无创血红检测对光线和温度的特殊要求,考虑到测量的舒适度和准确度,设计并开发了一种无创检测人体血红蛋白浓度的硬件装置。
关键词：血红蛋白,无创,硬件结构
参考文献
[1]赵显峰,荫士安.测定血红蛋白含量的两种方法[J].卫生研究,2003,12(5):217-218.
[2]袁洪福,陆婉珍.近红外光谱技术正在掀起一场分析效率革命[J].现代装置,1999(5):19-24.
[3]刘庆珍.近红外光谱法无创测量人体血红蛋白浓度的研究[D].天津:天津大学,2005.
[4]曾博.基于分布式近红外多波长传感信息融合的无创血糖监测系统[D].兰州大学,2012.