左心室渦流動力學作為心臟病早期診斷標記及其治療結果綜述

核心概念

左心室渦流動力學的變化可以作為心臟疾病（尤其是擴張型心肌病）的早期診斷標記，並有助於改善治療效果。

摘要

研究論文摘要

書目信息

Mahesh S. Nagargoje, Eneko Lazpita, Jesús Garicano-Mena, Soledad Le Clainche. Review on vortex dynamics in the left ventricle as an early diagnosis marker for heart diseases and its treatment outcomes.

研究目標

本綜述旨在探討左心室渦流動力學在心臟病，特別是擴張型心肌病 (DCM) 的早期診斷和治療結果評估中的作用。

方法

作者回顧了过去二十年中超過 129 篇關於心臟血流動力學，特別是左心室渦流動力學的文獻，比較了數值模擬、實驗和醫學數據，並探討了該領域的挑戰、機遇和未來方向。

主要發現

• 健康左心室中的非對稱渦流形成是血液有效運輸的關鍵，而 DCM 患者的渦流模式會發生改變，例如渦流強度降低、流動傳播速度減慢以及心尖部出現更多停滯區域。
• 渦流形成指數，如渦流形成數 (VFN)，可用於量化左心室渦流動力學的變化，並可能作為心臟功能監測的指標。
• 計算流體動力學 (CFD) 已成為理解左心室血流動力學和渦流模式的重要工具，但其在臨床實踐中的應用仍存在挑戰，例如需要更精確的模型和患者特異性邊界條件。

主要結論

• 了解左心室渦流動力學對於心臟病的早期診斷和治療至關重要。
• 結合渦流指數和數據驅動方法（如機器學習）的 CFD 模型有望成為評估心臟功能和預測治療結果的寶貴工具。

意義

本綜述為心血管領域的研究提供了有價值的見解，強調了渦流動力學在心臟健康中的重要性，並為未來開發更精確的診斷和治療工具指明了方向。

局限性和未來研究

• 需要使用更大規模的實驗數據和臨床觀察結果來驗證最佳和異常渦流模式。
• 開發更精確的 CFD 模型，包括考慮心臟瓣膜運動、患者特異性條件和疾病改變的影響。
• 探索數據驅動方法（如機器學習）在識別異常渦流模式和預測治療結果方面的潛力。

统计

全球約 31% 的死亡是由於心血管疾病 (CVD) 造成的。
在美國，心臟病和中風是導致死亡的主要原因，造成的死亡人數超過所有癌症和慢性下呼吸道疾病的總和。
健康左心室的渦流形成數 (VFN) 在 3.5-5.5 之間，超過此範圍會導致渦流不穩定和能量耗散過大。
與健康受試者相比，DCM 患者的渦流強度較低，流動傳播速度較慢，心尖部出現更多停滯區域。
與健康左心室相比，DCM 患者的射血分數 (EF) 降低。

引用

"The formation of an asymmetric vortex in a healthy LV shows an efficient way of blood transport."
"The vortex pattern changes before any change in the geometry of LV is noticeable."
"This flow change can be used as a marker of DCM progression."
"Understanding vortex dynamics in LV using various vortex indexes coupled with data-driven approaches can be used as an early diagnosis tool and improvement in DCM treatment."

从中提取的关键见解

Review on vortex dynamics in the left ventricle as an early diagnosis marker for heart diseases and its treatment outcomes

by Mahe... 在 arxiv.org 11-19-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.11441.pdf

更深入的查询

除了擴張型心肌病之外，左心室渦流動力學的變化還與哪些其他心臟疾病相關？

除了擴張型心肌病 (DCM) 之外，左心室渦流動力學的變化還與許多其他心臟疾病相關，包括：

肥厚型心肌病 (HCM): HCM 病人心室壁增厚，導致左心室腔室變小，舒張功能障礙。這種變化會影響渦流的形成和傳播，導致渦流強度增加、渦流環破碎以及多個小渦流的產生。
主動脈瓣狹窄 (AS): AS 患者主動脈瓣開口狹窄，阻礙血液從左心室流出。這會導致左心室壓力過高，進而影響渦流的形成，導致渦流強度降低、渦流環擴大和渦流傳播速度減慢。
主動脈瓣關閉不全 (AR): AR 患者主動脈瓣無法完全關閉，導致血液在心臟收縮時反流回左心室。這會導致左心室容積過載，影響渦流的形成，可能導致渦流環破碎、多個渦流的產生以及渦流方向的改變。
缺血性心臟病 (IHD): IHD 患者冠狀動脈狹窄或阻塞，導致心肌供血不足。這會影響心肌的收縮功能，進而影響左心室的形狀和運動，導致渦流動力學發生變化，例如渦流強度降低、渦流環擴大和渦流傳播速度減慢。
心臟衰竭 (HF): 心臟衰竭是各種心臟疾病的終末階段，其中心臟無法有效地泵血。這會導致左心室擴大和收縮功能障礙，進而影響渦流動力學，導致渦流強度降低、渦流環擴大和渦流傳播速度減慢，以及出現異常的渦流模式，例如渦流破碎和多個渦流的產生。
需要注意的是，這些變化並非所有患者都相同，並且可能受到許多因素的影響，例如疾病的嚴重程度、患者的年齡和性別，以及其他共存的疾病。

如何將基於左心室渦流動力學的診斷方法與現有的心臟病診斷技術（如超聲心動圖和心臟磁共振成像）相結合？

將基於左心室渦流動力學的診斷方法與現有的心臟病診斷技術相結合，可以提高心臟疾病診斷的準確性和早期診斷率。以下是一些結合方法：

超聲心動圖 (Echocardiography):

結合多普勒超聲心動圖: 多普勒超聲心動圖可以測量血流速度和方向，通過分析血流速度曲線，可以間接評估左心室渦流動力學。例如，通過測量二尖瓣血流速度，可以計算渦流形成時間 (VFT) 和渦流形成數 (VFN)，這些指標可以反映左心室舒張功能。
結合組織多普勒成像 (TDI): TDI 可以測量心肌運動速度和方向，通過分析心肌運動模式，可以間接評估左心室渦流動力學。例如，通過測量二尖瓣環運動速度，可以評估左心室舒張功能。
結合三維超聲心動圖 (3D Echocardiography): 3D 超聲心動圖可以提供更全面、直觀的左心室結構和功能信息，可以更準確地評估渦流動力學。

心臟磁共振成像 (CMRI):

結合四維流動心臟磁共振成像 (4D Flow CMR): 4D Flow CMR 可以直接測量和可視化整個心臟週期的三維血流速度場，可以直接評估左心室渦流動力學。例如，可以通過 4D Flow CMR 測量渦流強度、渦流環大小和渦流傳播速度，這些指標可以反映左心室舒張和收縮功能。
結合基於特徵追蹤的心臟磁共振成像 (Feature Tracking CMR): Feature Tracking CMR 可以通過追蹤心肌組織的運動來評估心肌的形變和運動，可以間接評估左心室渦流動力學。
通過結合這些現有的心臟病診斷技術，可以更全面、準確地評估左心室渦流動力學，從而提高心臟疾病診斷的準確性和早期診斷率。

如果將來可以通過非侵入性方式實時監測左心室渦流動力學，將會對心臟病的診斷和治療產生哪些影響？

如果將來可以通過非侵入性方式實時監測左心室渦流動力學，將會對心臟病的診斷和治療產生革命性的影響：
診斷方面：

早期診斷: 許多心臟疾病在早期階段沒有明顯的症狀，而左心室渦流動力學的變化往往早於結構和功能的改變。實時監測可以及早發現這些變化，實現心臟疾病的早期診斷。
疾病分型: 不同類型的心臟疾病會導致不同的渦流動力學變化模式。實時監測可以幫助醫生更準確地判斷疾病類型，制定更有效的治療方案。
病情監測: 實時監測可以動態地觀察治療效果，幫助醫生調整治療方案，提高治療效果。
治療方面：

指導藥物治療: 實時監測可以幫助醫生評估藥物治療的效果，例如評估血管擴張劑對左心室舒張功能的改善情況。
指導介入治療: 實時監測可以幫助醫生評估介入治療的效果，例如評估經皮冠狀動脈介入治療 (PCI) 或主動脈瓣置換術 (AVR) 對左心室血流動力學的改善情況。
個性化治療: 實時監測可以幫助醫生根據患者的個體差異制定個性化的治療方案，提高治療的精準性和有效性。
總之，非侵入性實時監測左心室渦流動力學將為心臟病的診斷和治療提供更豐富的信息，有助於實現心臟疾病的早期診斷、精準治療和個性化管理，從而改善患者的預後。