经航天医学研究证实,在太空失重和模拟失重的去负荷条件下,体液往头部、上肢转移,航天员会不同程度出现心脏做功减少、心肌萎缩、心率下降、心律不齐等心脏结构和功能的改变。当宇航员返回地球以后会出现立位耐力不良和立位晕厥。因此,失重所导致的心脏重塑对心脏收缩功能的影响和评估至关重要。由于太空实验空间有限,目前,超声设备成为唯一可安装在太空舱内的医学影像设备。研究表明,心肌超声弹性成像有望形成心肌收缩超声功能成像新技术。因此,借助心肌超声弹性成像研究失重心脏重塑,将有助于深入了解失重对心肌力学特性和收缩兴奋传导的影响,探索失重所导致的心肌结构重塑机制,为对抗性力量训练及返回地球后康复训练的心脏功能提供一个可视化评价新技术、新方法。为了探究失重环境下左心室在血液流动的作用下的力学特性的影响,采用计算机辅助模拟的有限元方法分析失重环境下血流对左心室的力学变化。建立基于正常人的心脏短轴核磁共振图像的心脏左心室的三维模型,并利用此三维模型进行正常重力环境和失重环境下左心室模型流固耦合分析。结果发现血液灌注左心室时,失重引起血流流场、应变与应力分布的改变,以及左心室中段和基底段的应变与应力变小。心肌弹性成像算法估算的位移的准确度是定量评估心肌功能的关键,为了验证弹性成像的有效性和可行性,通过仿真实验模拟左心室模型收缩时的弹性成像,对不同的弹性成像算法的成像结果进行比较。结果发现基于矢量化的归一化互相关系数弹性成像算法的准确度高于基于动态规划和最小化解析方法的弹性成像。最后采用小鼠尾部悬吊模型模拟失重下的体液头向分布、下肢不荷重及心脏的低动力状态,利用超声弹性成像技术、M型超声心动图和苏木精-伊红染色切片图像参数提取,对正常和模拟失重下小鼠左心室进行分段评估和对比。结果发现模拟失重组左心室基底段的力学功能有所下降,以及左心室的后壁厚度和心室质量显著减小,而细胞水平下并未发现病理性改变。总的来说,心肌超声弹性成像可为航天员提供一个可视化评价局部心肌收缩能力的新方法。本研究为今后寻找有效的防护措施或医疗干预提供理论基础与方法学支撑,对航天医学超声发展具有意义。