二维斑点追踪成像技术评价冠状动脉慢血流患者左室心肌分层应变

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复旦学报(医学版)
F udan U niv J M ed Sci2018 Jul. #45(4)467
二维斑点追踪成像技术评价冠状动脉慢血流
患者左室心肌分层应变
邢雨蒙1史静1颜彦2李清2陈海燕1舒先红12潘翠珍123
(#复旦大学附属中山医院心脏超声诊断科上海200032; 2上海市心血管病研究所上海200032;
3上海市影像医学研究所上海200032)
【摘要】目的应用二维斑点追踪成像技术(two-dimensionalspeckle tracking echocardiography,2I9S T E)分析
冠状动脉慢血流(coronary s low f l o w,C S F)患者左室心肌分层应变,研究2D-S T E在临床上评估C S F患者左室
各层心肌收缩功能的准确性及应用价值。

方法设定C S F组41例(C S F患者)及对照组59例(冠状动脉造影检
查结果正常者),分别采集存储)个切面观(心尖左室长轴、心尖四腔、心尖两腔及二尖瓣、乳头肌、心尖水平左室
短轴)的动态二维超声图像,利用软件于各切面观脱机分析C S F组和对照组左室3层心肌(心内膜下、中层和心
外膜下)的分层应变,分别计算出两组左室3层心肌整体纵向应变(global longitudinal strains,G L S)和整体环向
应变(global circumferential strains,G C S)以及相应的跨壁应变梯度A G L S、A G C S%结果C S F组及对照组左室3层心肌(心内膜下层、中层、心外膜下层)G L S和G C S均保持由内向外逐层递减的跨壁梯度特征;C S F组
G L S、A G L S较对照组减低,差异有统计学意义(P<0. 05),尤以心内膜下层G L S和A G L S降低更为显著(P<
0. 001) ;C S F组G C S、A G C S减低,但与对照组相比差异无统计学意义。

应用R O C曲线计算分层应变参数预测
C S F左室收缩功能,A G L S的曲线下面积最大(A U C- 0. 766,P<0. 001),当A G L S取截断值为-4. 87%时,灵
敏度及特异度分别可达66. 7%及76. 3〇%结论2D-S T E可通过评估心肌分层应变识别C S F患者左室3层心
肌收缩功能受累的差异(心内膜下层为甚)%心肌纵向应变跨壁梯度A G L S可早期识别C S F患者的心肌收缩功
能异常,具有临床诊断的应用前景%
【关键词】二维斑点追踪成像;冠状动脉慢血流;左室;分层应变
【中图分类号】R445 【文献标识码】A doi:10. 3969/j. issn. 1672-8467. 2018. 04. 005 Assessment of left ventricular layer-specific myocardial strain
in patients with coronary slow flow by two-dimensional
speckle tracking echocardiography
XING Yu-meng1,SHI Jing1,Y A N Yan2,L IQ in g2,CHEN Hai-yan1,
SH U Xian-hong1,2,PAN Cui-zhen1,2,3A
(^ D epartm ent o f E chocardiography,Zhongshan H o sp ita l,Fudan U niversity,Shanghai200032 , C hina;
2 Shanghai Institute o f Cardiovascular D isease,Shanghai200032 , C hina;
3 Shanghai Institute o f M edical Im a g in g,Shanghai200032 , China')
【Abstract】Objective To discuss the clinical value and accuracy of two-dimensional speckle tracking echocardiography (2D-STE) for the evaluation of lett ventricular systolic function of the coronary slow
Corresponding author E-mail: pan. cuizhen@zs-hospital. sh. cn
468复旦学报(医学版)2018年7月,45(4) flow (CSF) by assessing left ventricular layer-specific myocardial strains in patients with CSF.
CSF group contained 41 patients with CSF^and 59 patients with normal coronary angiography results
were involved as the control group. All 2-dimensional (2D) echocardiographic images from 6 standard
views (apical views of long-axis,4-chamber,and 2-chamber; parasternal short-axis views of mitral
valve,papillary muscle, and apical level) were acquired for offline analysis. Layer-specific strain from
endocardium,nid-myocardium and epicardium of LV wall was analyzed by 2D-STE software. Layer-
specific global longitudinal strains (GLS) and global circumferential strains (GCS) were assessed at
endocardium?midmyocardium and epicardium by 2D-STE. The transmural gradient between endocardial
and epicardial ( A GLS ^ A GCS) were calculated. Results GLS and GCS of each myocardium showed
gradient descent,which is subendocardium% midmyocardium% subepicardium in both CSF group and
control group. As comparing to the control group, GLS and A GLS in CSF group were significantly
lower (!〈0. 05) ; especially the endocardial GLS and A GLS (!〈0. 001 ). There were no significant
difference in both G CS and A GCS between CSF group and control group. The AUC of A GLS was
biggest (A U C= 0.766 !〈0. 001),and when the cut o f value was —4. 87%,the sensitivity and the
speciicityw as 66. 7O and 76. (O,respectively. Conclusions2D-STE can identify left ventricular 3-
layer contractility(especially the subendocardium) by assessing left ventricular layer-specific myocardial
strains in p atients with CSF. M eantime,lognitudinal transmural gradient A GLS can identify the
abnormity of left ventricular contractility in patients with CSF and have the promising prospect of
clinical diagnosis.
【Key words】two-dimensional speckle tracking echocardiography; coronary slow flow; left
ventricule; layer-specific strain
冠状动脉慢血流(coronary slow flow,C SF)是 指冠状动脉造影(coronary angiography,CA G)显示 冠状动脉主要分支血管远端出现灌注延迟,但该血 管无明显狭窄性病变,表现为正常或接近正常[1]。

由于C S F患者血流灌注缓慢,且正常情况下3层心 肌(心内膜下、中层和心外膜下)肌纤维分布和排列 各不相同[],C S F可能对不同心肌层造成不同程度的 心肌缺血、从而导致不同程度的损伤。

但目前国内外 鲜有针对C S F患者左室心肌功能进行逐层观察的研 究报道。

本研究旨在应用二维斑点追踪技术(two-dimensional speckle tracking echocardiography,2D-S T E)评估C S F患者左室各层心肌收缩期应变特点,研究分层应变评估C S F患者心肌早期收缩功能 异常的准确性及临床价值。

资料和方法
研究对象收集2015年3月至2017年6月在 复旦大学附属中山医院经C A G确诊的C S F患者41例(C S F组),男28例,女13例。

纳人标准$1)存在胸闷、胸痛等典型或不典型心绞痛症状;(2)造 影显示冠状动脉无狭窄但存在血流灌注缓慢:校正 的心肌梗死溶栓血流帧数法(corrected TIM I frame count,cTFC)存在至少1支及以上冠脉血管cTFC %27帧[]。

同一时期选取年龄与C S F组相匹配且 C A G结果完全正常者59例(设为对照组),男39 例,女20例。

排除标准$1)合并严重心力衰竭、冠状动脉瘤扩 张、心脏瓣膜结构功能失调、先天性心脏病、心律失常 等;(2)冠状动脉夹层、动脉畸形、心肌桥等;(3)有甲 亢、心肌梗死、脑卒中或难治性高血压病史等;(4)血 液系统功能紊乱、严重肺、肝、肾功能不全或重度营养 不良'5)合并恶性肿瘤、感染、免疫系统缺陷等。

仪器和方法选用GE Vivid E9彩色超声诊断 仪(M5s探头,频率1.7&3. 3 M H z,美国G E公 司)。

嘱患者左侧卧位,于胸前贴电极片并连接心电 图,待呼吸平稳后,检查者于6个切面观(心尖左室 长轴、四腔、两腔以及二尖瓣、乳头肌、心尖水平左室
邢雨蒙,等.二维斑点追踪成像技术评价冠状动脉慢血流患者左室心肌分层应变469
短轴)采集清晰的动态二维超声图,每个切面观连续 采集5个心动周期,存盘供脱机分析。

常规超声心动图于舒张期末和收缩期末,分 别在心尖四腔和心尖两腔切面观勾勒出左室心内膜 边界,运用双平面Sim pson法获取左室收缩末容积(left ventricular endsystolicvolum e,L V E S V),左 室舒张末容积(+6(6%2—11$2+%##331:〇1—volume,LV E D V)及左室射血分数(left ventricular ejection fraction,L V E F)。

并于标准胸骨旁左室长轴切面观测量舒张期末室间隔厚度(interventricular septum thickness diastolic,IV ST d)和左室后壁厚度(left ventricular posterior wall thickness at end-diastole,LVPW Td)。

心肌分层应变的脱机分析选中E c h o P a c软 件中的Q-analysis选项,打开2D-strain界面,系统 根据操作者描记的上述6个切面观的左室心内膜轮 廓自动追踪并生成感兴趣区(region of interest,R O D,适当调整R O I宽度以保证分析效果。

软件 根据R O I范围将左心室壁心肌自动划分为内、中、外3层,记录上述6个切面观相应各节段的分层应变参数,通过分别计算左室长轴3个切面观心肌整体纵向分层应变(global longitudinal strains,G L S)和短轴3个切面观心肌整体环向分层应变(global circumferential strains,GCS)的平均值,获得左室 3 层G L S和G C S,计算其相应外膜与内膜应变间的差值,得到相应跨壁应变梯度A G L S、A G C S。

所有 分层应变参数均取3个不同心动周期分析结果的平 均值。

所有图像的分析由2名医师分别进行。

慢血流数据的分析处理在分析两组冠状动脉造影结果差异时,因为左前降支(left anterior descending branch,LAD)比左回旋支(left circumflex artery,L C X)和右冠状动脉(right coronary artery,R C A)长,根据上述 Gibson 等[3]推 荐的方法将其T F C除以1.70,得到L A D校正后的 T F C,用c L A D表示。

冠状动脉平均T IM I帧数值 (mean TIM I frame count,m TFC)由cLA D、L C X、R C A三者T F C之和除以3得到[]。

统计学处理使用SPSS22.0软件进行数据分 析,计量资料以+ 表示,所有计量数据进行正态检验,符合正态分布的计量资料采用独立样本均数^检验,非正态分布的计量资料采用非参数Mann-Whitney U检验。

应用受试者工作特性曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)计算分层应变参数预测C S F左室收缩功能的曲线下面积(A U C),P<0.05为差异有统计学意义。

观察者 间和观察者内左室3层心肌G L S和G C S的变异性 用组内相关系数(intraclass correlation coefficient,ICC)和 Bland-Altman分析表示。

结 果
一般临床资料及冠脉造影结果比较一般临床资料诸如年龄、性别、体重、身高、心率(heart rate,HR)、舒张压(diastolic blood pressure,DBP)、收缩压 (aystolic blood pressure,SBP)、体表面积(body surface area,BSA)、体重指数(bodymass index,BM I),CSF组 和对照组间差异无统计学意义。

两组的冠状动脉造 影结果差异有统计学意义(p<0. 001,表1)。

表 1 一般临床资料及冠状动脉造影结果比较
Tab 1 Clinical characteristics and coronary angiography results
(土 s) Characteristics CSF ) = 41)Control () = 59)P Gender (F/M)13/2820/390. 828 Age (y)57. 42 ±6. 8854. 83 ± 8. 220. 118 HR (bpm)67. 28 ± 10 1168. 75 ± 10. 010.491 SBP (mmHg)117. 69 ± 12. 29113.29 ±11. 510. 081 DBP (mmHg)76. 03 ± 7. 0872. 85 ± 9. 250. 080 Height (cm)166. 50 ± 8. 03168. 51 ± 7. 220. 211 Weight (kg)68. 08 ±9. 1468. 31 ±9. 670. 912 BMI (kg/m2)24. 50 ± 2. 4924. 06 ±3. 090. 470 BSA (m2)1 78 ± 0.971 78 ± 0.140. 869 TFC cLAD42. 39 ± 11. 7719. 98 ± 2. 10<0. 001 LCX36. 33 ± 8. 4420. 36 ± 2. 33<0. 001 RCA44. 81 ± 14. 3219. 95 ± 2. 35<0. 001 Mean TFC48. 93 ± 13. 7120. 11 ± 1 24<0. 001
1 mmHg - 0. 133 kPa.
常规超声心动图参数比较比较两组间常规超声心动图参数IV S T d、LV PW Td、L V E D V、L V E S V、L V S V、L V E F,差异无统计学意义(表2)。

表2常规超声心动图参数比较
T a b0<〇+^1#〇+2parameter*
(土 s) Characteristics CSF ( = 41)Control ( n= 59)P IVSTd (mm)9. 81 ± 0. 929. 51 ±0.880. 120 LVPWTd (mm)9. 33 ± 1 079. 46 ±1.020. 573 LVEDV (mL)78. 33 ± 17. 0183. 49 ± 17. 640. 164 LVESV (mL)29. 69 ±6. 9131. 03 ± 7. 210. 375 LVSV (m L/m2)48. 64 ± 10. 8752. 46 ± 11. 170. 106
L V E F(O)62. 53 ± 2. 8362. 97 ±2. 920. 475
470复旦学报(医学版)2018年7月,45(4)
左室心肌纵向和环向分层应变参数比较左室3层心肌(心内膜下层、中层、心外膜下层)G L S和 G C S,C S F组与对照组均存在由内向外逐级递减的梯度特征。

C S F组左室3层心肌D L S及跨壁应变 梯度A G L S均较对照组减低,差异有统计学意义(P C0.05),其中以心内膜下层D L S和跨壁应变梯 度A D L S降低更为显著(P C0. 001),G C S及跨壁 应变梯度A D C S与对照组之间差异无统计学意义(图1,表3)。

II
CSF group Control group ■■■■■■■■■■■■■■■
GLS for the apical left ventricular long axis.
图1 C S F组和对照组的左室心肌二维应变参数图
Fig 1 L eft ventricular 2D strain param eters of CSF and control group
表3左室心肌纵向和环向分层应变参数比较
Tab 3 L eft ventricular layer-specific m yocardial
strain param eters (〇,_+± s) Parameters CSF (n 二 41)Control (n 二 59)P GLS
Endocardial- 20. 69 + 3. 13— 23. 25 ±2. 93〈0.001 Mid-Layer-19. 03 + 2. 83- 20.37 + 2.720.025 Epicardial-16.32 + 2.47-17.88 + 2.570.005 GCS
Endocardial-33.63 + 5.58-33. 84 + 4. 580. 842
Mid-Layer-20. 27 + 2. 83-20. 36 + 3. 400. 893
Epicardial-11.98 + 2.45-12.11+ 2.860. 822 AGLS-4.37± 1. 11-5.37 + 0.84<0.001
A G CS-21.65 + 5. 16-21.80 + 3.440. 865
预测C S F应用R O C曲线计算分层应变参数 预测C S F左室收缩功能的A U C,结果显示左室3 层心肌G L S以及A G L S减低均能预测C S F左室收 缩功能(P C0.05);其中A G L S的A U C最大(AUC= 0. 766,P<0. 001),在截断值为-4.87〇时,灵敏度 为66. 7〇,特异度为76. 3%(图2)。

重复性检验观察者内左室心内膜下层、中层、心外膜层心肌G L S的IC C值分别为0. 95、0. *2、0.91,左室3层心肌G C S的IC C值分别为0. *2、0.88、0.91;观察者间左室3层心肌G L S的IC C值 分别为0. 88 0 87 0 83,左室3层心肌G C S的ICC 值分别为0. 91、0. 84、0. 88。

观察者内和观察者间左室3层心肌G L S、G C S的Bland-Altm an分析结 果见图3。

GLS:Global longitudinal strain;GCS:Global circumferential strain ; ENDO : Endocardial ; MID : Mid-layer ; EPI : Epicardial.
图2应变参数预测C S F左室收缩功能的R O C曲线
Fig 2 The ROC curve of strain param eters to predict the left ventricular systolic function of CSF
讨 论
C S F是指在冠状动脉造影时出现末端冠状动脉血管显影延迟的现象,其检出率为1%〜 7 %[5-6]。

尽管其冠状动脉正常或接近正常且仅

邢雨蒙,等.二维斑点追踪成像技术评价冠状动脉慢血流患者左室心肌分层应变471
obal circumferential strain ; ENDO : Endocardial ; M ID : Mid-layer ; E P I :L S 和 G C S 的 Bland-Altman 图
r a nd inter-observer reliability of G L S and G C S
D C S 及"D C S 相比,C S F 组仅较对照组有减低趋 势,但差异无统计学意义。

心肌缺血时最先影响心 内膜下层,随着病变及缺血程度加重,将逐渐由内向 外累及至中层及心外膜下层心肌。

研究证实呈螺旋 形排列的心内膜下心肌与心肌纵向应变有关,呈环 形排列的中层心肌影响心肌环向应变,故当缺血程 度较轻纵向应变受损减低时,环向应变可能仍保持 正常,即心肌缺血时心肌纵向应变异常早于环向应 变,是更为敏感的评估指标[1°]。

因此,对于临床中 具有典型或不典型胸痛症状而冠状动脉造影检查结 果正常的早期C S F 患者,可通过检测左室心内膜下 层G L S 及A D L S 是否减低协助评估左室收缩 功能。

此外,由于不同心肌层心肌纤维排列和走向存 在差异,导致收缩时左室(层心肌的纵向应变和环 向应变都存在一定的跨壁梯度,即心内膜下层>中 层>心外膜下层[11]。

本研究中,C S F 组这一跨壁应 变梯度特征仍然存在,D L S 和D C S 在心内膜层仍 保持最大,但A D L S 显著低于对照组,其原因可會g 是由于正常情况下,心内膜下心肌收缩以及室壁增 厚幅度都较心外膜下层大[12_13],且承受更大的室壁
Intra-observer average (%) Inter-observer average (%)
SD : Standard deviation ; GLS : Global longitudinal strain ; GCS : Gl Epicardial.
图3
观察者内和观察者间G Fig 3 Bland-Altman analysis for intra-observe 现为血流缓慢,在临床中仍有很多C S F 患者表现出 不同形式的心肌缺血,如不稳定性心绞痛、室性心动 过速、心肌梗死等,生活质量受到严重影响。

因此, 早期诊断出C S F 对准确制定治疗方案和改善预后 具有重要的临床意义。

但由于心电图和常规超声心 动图识别C S F 时特异性和敏感性较低,检查结果常 为阴性,故临床漏诊率较高[7_8]。

在本研究中,CSF 组与对照组之间的常规超声心动图参数(IV S T d 、 L V P S T d 、L V E D V 、L V E S V 、L V S V 、L V E F )差异 同样无统计学意义,这可能与早期缺血程度较轻,导 致的左室壁收缩活动异常难以被检查者肉眼发现 有关。

2D -S T E 无角度依赖性,可通过识别和追踪不 同心动周期内心肌组织的形变信息评价心肌收缩功 能,它不仅可以定量评价心肌纵向、环向及径向运 动,还可以通过分析左室心肌分层应变[9],定量评估 左室各层心肌收缩功能。

本研究通过比较2D-STE 获取的2组间左室心肌分层应变参数发现,与对照 组相比,C S F 组左室3层心肌D L S 和A D L S 的降 低差异具有统计学意义,其中心内膜下层心肌DLS 和A D L S 降低最为显著;而两组间左室3层心肌
-24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 1
Intra-observer average (%)
-24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10
Inter-observer average (%)
642024680一 I
=-l (
%)a >s 2(D A c d J (D A J (u ^0-2;u H H 6
42024680
2
-I
I I
l -l -l (%)a >s s <L >A 2a )A <D s q o -J B c
H
H
472复旦学报(医学版)2018年7月,45(4)
张力以及做功量,对氧的需求量更高,因此心内膜下 心肌对早期细微缺血更为敏感[14],心肌受损程度也 更为严重,故降低最早、最明显的是心内膜下层G L S;同时,为弥补心内膜下心肌受损所造成的心肌 收缩活动减弱,心外膜下心肌增加自身做功以维持心肌收缩力可能也起到一定作用,5]%此时,心外膜 层G L S可能保持不变甚至轻度增加,这两方面因素 共同导致C S F组的"G L S明显降低。

本研究ROC 曲线分析结果也显示了左室G L S及3层心肌"G L S对于C S F具有诊断效力,其中"G L S的A U C最大,诊断准确性最高。

而W ang等,)]研究 认为,C S F组的"G L S虽也较对照组降低,但未达 到统计学差异,这一结果可能与两项研究中选取的C S F组患者各节段心肌病变程度、冠状动脉血流帧数以及受累冠状动脉分支分布不同而导致获取的左 室心内膜下层与心外膜层心肌G L S的降低程度存 在差异有关。

本研究的不足在于由于当前分析软件尚不能分 析左室3层心肌径向分层应变,故只对左室3层心 肌G L S和G C S进行了分析,目前对短轴心尖水平 尚无确切定义且病例组样本量较少,分析图像时容 易受主观及检测机器影响,研究结果可行性有待更大规模的样本量进一步证实。

综上所述,2D-S T E可通过评估心肌分层应变识别C S F患者左室各层心肌收缩功能的受累程度。

在心肌分层应变各个相关指标中,左室心内膜下层 G L S及"G L S最为敏感,其中"G L S甄别C S F患 者左室心肌早期收缩功能异常的准确性较高,具有 较好的临床应用前景。

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(收稿日期:2017 - 06 - 12;编辑:王蔚)。

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