心肌声学造影在冠心病诊疗中研究进展

心肌声学造影在冠心病诊疗中的研究进展
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综述.
心肌声学
《临床荟萃》2005年12月5日第2O卷第23期ClinicalFocus,December5,2005,V ol20,No.23
造影在冠心病诊疗中的研究进展
杨军,杨源,肖践明
(昆明医学院第一附属医院心内科,云南昆明650032)
关键词:冠状动脉疾病;心肌声学造影;诊断;治疗
中图分类号:R541.4
文献标识码:A
文章编号:1004—583X(2OO5)23—1372—04
心肌声学造影(myocardialcontrastechocardiography,
MCE)是指直接经冠状动脉或外周静脉注射含微气泡的声学
造影剂,当微泡通过心肌微血管床时,用二维或多普勒超声技
术接收微气泡的反射信号,从而使心肌微循环显影.近年来,
随新型声学造影剂的不断推出及超声显像技术的发展,使心
肌声学造影取得突破性进展,运用MCE观察心肌血流灌注, 评定冠脉血流储备及冠脉血运重建术后疗效等的研究不断深人,现就其在冠心病诊疗中的运用作一综述.
1声学造影剂的研究
声学造影剂是MCE的决定性因素之一.1968年
Gramiak和Shah经心腔注射经振动的生理盐水,观察到主动脉根部显影,首次报道了心脏声学造影现象.1972年Ziskin
揭示了该现象的机制是由于液体包裹了气体形成气泡所致, 并认为造影效果取决于液体的物理和化学特性[1].此后,人
们开始了声学造影剂的研制.早期的声学造影剂,如二氧化碳,过氧化氢,双氧水等微气核,气泡直径大,不能通过肺循环进人左心室,经静脉注射后仅能产生短暂右心室显影,其用途局限于认定右心腔结构及诊断分流性及返流性疾病.
1984年Feinstein等0]首次发明了声振人血白蛋白制作
的声学造影剂,使微泡平均直径大大缩小至4～6”m,能通过肺循环毛细血管网进人左心室,使左室显影,但该造影剂持续时间短,不能产生理想的心肌显影.1993年Demaria等[3经
静脉注射2的全氟戊烷产生了心肌显像,至此微气泡的气
体构成开始得到重视.1995年Poter提出了微气泡气体构成理论[4],认为改变微气泡造影剂的气体构成能产生不同的心腔及心肌显像效果.随着人们对声学造影剂的认识不断深人,微气泡直径大小,外壳构成,气核组成及表面特性等成为
研究的重点.迄今为止,研制了两代声学造影剂.
第一代声学造影剂:气核成分为空气,由于空气分子量
小,弥散性和溶解性高,当空气微泡与血液接触后,易变小,破裂,微泡的散射作用与半径的6次方呈正比,半径的减小将极大影响显影效果,故空气微泡造影剂的主要作用仍为经静脉左室声学造影.其代表有Albunex,1989年由美国Molecular Biosystems公司生产,它是第一个通过美国食品与药品管理局(FDA批)准用于临床的商用左心室声学造影剂.随后德
国Shering公司研制的Echovist(SHU454),Levovist
(SHU508),Sonovist(SHU563A)也相继用于临床.Levovist
是我国第一个批准应用于临床的声学造影剂.国内张远等[5 报道,经静脉注射Levovist,结合采用间歇能量触发成像及多普勒技术,也可观察到良好的心肌显像.
第二代声学造影剂:气核成分主要为氟碳气体,分子量
大,血液溶解度低,形成的微泡造影剂非常稳定,浓度高,静脉注射后左室造影作用明显强于空气微泡,且能产生清晰而持久的心肌显影.主要有PESDA,Echogen(QW3600),Optison (FSO69),Aerosmes(MRX115),NC100100等.1998年FDA
批准上市的第一个含氟碳气体的声学造影剂是Optison.我国第一军医大学南方医院自行研制的”全氟显”,分子结构与Optison相同,心肌显像良好[6].意大利Bracco公司生产的SonoVue(BR一1),一种新型的二代声学造影剂,由磷脂外壳
包裹六氟化硫气体组成,微泡直径1～10p.m,平均直径2.5 “m,浓度2×1O个/ml,具有高度稳定性及抗压性,能够明显
改善心内膜边缘显像及心肌血流灌注显像效果,临床证实安全,耐受性好[7].2004年已经我国批准应用于临床.
理想的声学造影剂应具备以下条件:①经静脉注射能产
生良好心肌声学显像;②心肌显像稳定,均匀而持久;③反射性好,衰减伪差小;④无不良反应,剂型稳定,便于保存,运输和使用目前含有大分子量,低溶解度,低弥散度气体的微泡声学造影剂较有前景.
2显像技术的研究
MCE的发展是由声学造影剂的改进与超声显像技术的
进步共同决定的.近年来超声显像技术的新发展改善了图像质量及心肌显影效果.
2.1二次谐波显像(secondharmonicimaging,SHI)二次
谐波显像的理论基于超声波与微泡的相互作用,在声场中微气泡可产生第二次共振,即二次谐波,只接收二次谐波信号, 不接收组织结构的反射信号,能明显提高微泡造影剂显影心肌微循环的敏感性,改善心肌声学造影显示心肌血流灌注的能力,为临床测定心肌血流灌注提供了有利工具.
2.2瞬间反应成像(transientresponseimaging,TRI)1995
年Poter等首先观察到MCE中,在恢复暂停的超声波发射瞬间心肌造影效果明显增强.原因在于微泡在声压的作用下
瞬间破坏,超声波发射能量越高,照射时间越长,微气泡破坏
越明显,短暂超声停歇可减少微泡破坏,使未被声束破坏的新
微泡补充灌注心肌,从而增强了心肌显影效果.基于该原理
的成像技术即为TRI.
二次谐波成像技术与瞬间反应成像技术的结合,促成了
间歇谐波成像技术(intermittentharmonicimaging,IHI),使
经静脉心肌声学造影得以实现,成为MCE显像技术的革命
性发展.
2.3多普勒能量组织成像(dopplerpowertissueimaging,
DPTI)DPTI是以室壁运动的多普勒组织信号强度为信息
来源,以它的平方值表示其能量,得到能量一频率曲线,将曲
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线下面积进行彩色编码,形成二维彩色心肌组织运动图像,能
量信号的强弱反映心肌组织的灌注状态.DPTI能有效评价
声学造影剂进入冠脉微循环后所引起的心肌细微能量变化,
提高心肌灌注的显像能力,清楚显示心肌缺血时的心肌灌注
缺损区.
2.4脉冲反向成像(pulseinversionimaging,PII)超声探头
发射正向脉冲时,还发生与之振幅相同,相位相差180.的反向
脉冲信号,心肌组织主要产生线性回声信号,因此,两个相位
完全相反的基波脉冲信号的回波信号也是完全相反的同振幅信号,它们相加的结果为零.造影剂微气泡的反射为非线性, 产生非线性回波信号,这两个反相基波信号产生的谐波信号叠加后增强,提高了信噪比,改善了声学造影图像质量.
2.5实时成像(real-timeimaging,RTI)1999年出现了实
时成像技术,它采用极低的超声发射能量,几乎不破坏造影剂微气泡,保证了较高的成像帧频实时观察心肌灌注成像.同
时它兼有闪烁造影显像技术,成像过程中,可以发射一个或几个高机械指数脉冲”打碎”心肌内的造影剂微泡,然后自动转回低机械指数状态,观察再次充盈过程,以正确评估心肌血流灌注情况.其优点是在观察心肌血流灌注的同时可显示室壁运动情况,一次造影过程中可多切面观察同一节段的灌注状态lg],提高了诊断的准确性,成为MCE成像技术的又一里程碑.
3定量测定研究
心肌声学造影的测量方法分为定性和定量两种.心肌灌
注定性分析已相当可靠,定量分析不断完善.最初以目测评
分法半定量评定心肌显影的强度,该法主观性强,不准确.此
后随造影剂和显像技术的发展及数字减影技术,计算机编码技术的应用,心肌声学造影的定量方法取得了一些进展.定
量方法包括利用视频密度计(vedeodensitometry),声学密度(acousticdensitometry,AD)软件及全功能声学密度定量技术
(globalacousticdensity,GAD),对造影图像进行空间参数和
时间参数的分析,通过同屏连续多帧图像的感兴趣区采样,进行灰阶分析,拟合出时间一强度曲线,计算峰值视频强度(peakintensity,PI),曲线下面积(areaundercurve,AUC),曲
线上升,下降速率,来定量局部组织的血流量,估测心肌的血
流灌注,反映组织的灌注状态l1.Leistad等测定了不同
程度的冠状动脉狭窄时相应部位的AUC,PI,其结果与荧光
素微球所测得组织血流量呈良好正相关,认为AUC和PI可定量估计心肌的血流灌注.
实时成像心肌造影技术的出现,使心肌声学造影定量评
定心肌微循环更加准确,该技术使用微泡破坏补偿法定量测定心肌血流量.持续均速静脉滴注微泡,当视频强度达到最
大并保持稳定状态时,使用高能量的超声波破坏微泡,观察其被补充到下一个最大视频强度所需的时间间隔,采用指数函数Y—A(1-e)+C表示高能超声闪烁后的系列图像信号强
度与时间的关系.Y是任意时间的心肌视频密度,A是峰值
视频强度,反应心肌微血管横截面积,可用于估计心肌的血容量,b为信号增加率(曲线斜率),反应心肌血流速度,t为闪烁
后的时间,C为最终信号强度.微泡的补充时间与心肌的血
流速度成反比,也可用于定量估计心肌的血流速度,补充时间t与A的乘积可精确定量心肌血流量.Masugata等的研
究也表明测定微泡的补偿速度可定量心肌的血流量和冠状动
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脉的狭窄程度.
4MCE在冠心病领域的应用
4.1确定心肌危险区急性冠状动脉闭塞时,该血管供应区
的心肌因缺血而易发生坏死的区域称为危险区.由于心肌内存在广泛的侧支循环,冠状动脉闭塞后是否发生及发生多大范围的心肌梗死取决于梗死相关动脉(infarct-relatedartery, IRA)供血区域的范围及该区域的侧支循环,MCE可精确测定危险区面积.Kaul等在左回旋支闭塞的狗模型中,于冠
状动脉内注射造影剂微泡后,发现MCE估计的危险区范围与TC一放射自显影结果呈明显正相关.二次谐波触发显
像配合持续静脉滴注心肌声学造影剂可评定危险区面积,但需注意触发间期这一影响参数,查道刚等在经静脉持续静
脉滴注氟碳造影剂,观察心肌声学造影触发间期对急性心梗危险区范围测定的影响中发现,触发间歇的延长,使造影剂充填时间延长,局部心肌内微泡的数量通过侧支循环得到补充, 直至微泡进出局部微血管达到平衡,声学造影强度达平衡,因此随触发间歇延长,危险区面积逐渐缩小.Mills等应用
MCE观察慢性缺血冠状动脉侧支循环的建立,结扎狗左前降支,建立不同程度狭窄模型,于结扎当天及结扎后每隔1O天复查MCE,持续6周,结果显示,危险区心肌显影百分比逐渐
减少,结扎42天后,左前降支放射性微粒所测血流较结扎当天明显增加,提示MCE不仅能测定危险区面积,而且能追踪侧支循环的生长.
4.2监测心肌再灌注梗死相关动脉IRA的再通常作为急
性冠状动脉闭塞再通治疗的终点,但研究表明IRA的再通未必代表实际组织灌注或心肌存活l1.近年来的研究认为, MCE对判断急性心肌梗死(acutemyocardialinfarction, AMI)后再灌注期间心肌微血管水平心肌组织有无血流,评价心肌存活性和心功能的恢复有极大作用.Rocchi等应用
能量多普勒心肌声学造影观察急性心肌梗死AMI患者心肌再灌注,并与核素心肌灌注显像(SPECT)对比,3O例患者AMI第2天利用MCE观察左室16节段心肌灌注,结果显示,能量多普勒超声MCE的敏感性和特异性分别为82和95%,与SPECT结果相似.6周后行二维超声心动图观察室壁运动的恢复情况,AMI第2天无功能但有血流灌注的心肌与无功能无灌注的心肌相比,前者室壁运动恢复较好(P<
0.001).
MCE还可以从心肌灌注水平评价经皮冠状动脉成形术(PTCA)的效果,指导冠状动脉旁路移植术(cABG)方案的制定,评价CABG是否成功.赵静等报道了Levovist经静脉MCE在CABG疗效评价中的价值,认为MCE为无创评价cABG的疗效提供了简便,安全和可靠的途径.
4.3评估存活心肌微血管的声学密度和心肌收缩功能可
反映心肌存活性.Ragosta等用MCE随访评价101例
AMI患者微血管灌注情况,结果显示心肌梗死后微血管的开
放与心肌存活性呈密切正相关.MCE的PI反映血管密度,
Ito等研究表明,在陈旧性前壁心肌梗死患者,前壁心肌PI
值与后壁心肌PI值之比与前壁收缩功能密切正相关,提示
PI可作为估计心梗区心肌存活的指标.Swinburn等采用
触发成像观察AMI患者发病3～5天后室壁无运动区的心肌
血流灌注情况,并随访观察,结果表明造影剂充填均匀的无运
动区3～6个月后功能多有恢复.提示注射造影剂后无运动
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心肌节段出现血流灌注是确认存活心肌的主要方法.张稳柱
等_22]应用MCE定量心肌血流判断存活心肌取得满意效果.
4.4评定冠脉储备MCE已在临床成功地应用于冠脉血流
储备(CFR)的测定.Caiati等_2以冠脉内超声多普勒为对
照,用Levovist作造影剂,结合潘生丁扩张血管,经胸谐波彩
色多普勒和脉冲多普勒技术相结合,测定56例患者LAD血
管扩张前后的血流.结果表明:该方法可准确探测LAD血
流,所测CFR值与冠状动脉内超声多普勒测值有良好相关
性,相关系数O.88,提示可用于无创性评价冠状动脉血流储备.应用心肌造影实时成像,计算注射血管扩张剂前后指数
函数Y—A(1一e)+C中反映心肌血流速度的b值,可测定
出CFR值,实现无创评定冠脉血流储备.近来,杨源等静
脉滴注苯肾上腺素制作高血压猪模型,对9只非开胸猪持续静脉滴注SonoVue,行实时超声心肌造影,评定血压升高前后CFR的变化,并与荧光微球技术测定的CFR值进行对比,结果表明两种方法所得的CFR值有良好相关性,相关系数O.8, 并且观察到苯肾上腺素导致的高血压可降低心肌超声造影所评定的冠状动脉储备值.提示生理变异如高血压在心肌超声造影评定冠状动脉储备时可能产生一定影响,值得进一步探讨.
4.5评定心肌炎性病变近年来大量研究表明捌,心肌
缺血缺氧坏死或冠脉有病变时,其内皮细胞首先发生一系列生化变化,释放白细胞趋化因子,使白细胞聚集于病变部位并被激活,产生病变部位的炎性反应,在声学造影剂微气泡表面整合入针对内皮细胞黏附分子的单克隆抗体,使其能特异地黏附于病变部位,利用超声造影显像技术,确定微气泡的聚集部位,可实现无创性早期评定心肌或冠状动脉的病变部位,范围.
4.6局部药物或基因转导应用造影剂的特殊表面特性及
造影剂微泡所具有的能被超声波破坏的特性使其可以用于局
部药物或基因转导.有研究表明,将基因药物整合在微气
泡外壳上或包被在气泡内,由于其特殊的表面特性,可黏附于病变部位或被炎性细胞吞噬,利用超声仪接收气泡的反射信号后,发射高能超声击破微气泡,释放基因药物,实现病变心肌,血管的定向治疗.
5结语
随着声学造影剂的不断改进,超声技术的目益发展和计
算机图像处理功能的加强,无创的超声方法评价心肌血流灌注及冠状动脉储备将成为最佳临床选择,研制可携带药物或基因的造影剂,应用微泡的黏附特性研究血管内皮细胞的功能及应用微泡的弹性和共振特征估测心腔和大血管内的压力等MCE新途径的开辟,将会给冠心病的诊治带来广阔的前景.
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收稿日期:2005—04—01修回日期:2005—10—31编辑:张雷心肌超声造影联合负荷超声心动图
评价冠心病的研究进展
黄灿亮,边波,万征
(天津医科大学总医院心内科,天津300052)
关键词:冠状动脉疾病;超声检查;超声心动描记术
中图分类号:R445.1;R540.45
文献标识码:A
文章编号:1004—583X(2005)23—1375-03
冠心病(coronaryheartdisease,CHD)的病理生理机制是
冠状动脉狭窄引起心肌供血供氧与耗氧不平衡,从而改变心肌代谢,引起心脏功能障碍,出现临床症状.CHD治疗的关
键措施是重建血运.但无论是介入还是搭桥能否显着缓解心绞痛症状,提高心功能,改善预后均取决于狭窄血管供血区是否存在存活心肌及完整的微循环系统.负荷超声心动图(stressechocardiography,SE)和心肌超声造影(myocardial contrastechocardiography,MCE)能简便,经济,无创地用于
诊断CHD,鉴别存活心肌和评价心肌微循环灌注,并具有高度敏感性及特异性.二者联合优势互补,使诊断价值进一步提高.
1负荷超声心动图
1.1SE临床应用SE是利用运动或药物等手段提高心肌
耗氧量,使冠脉狭窄区心肌耗氧与供氧失衡,诱发心肌缺血并引起心脏功能障碍.在超声心动图上表现为节段性室壁运动障碍,室壁收缩期增厚率下降等,有助于确诊CHD并初步评价冠脉狭窄程度.运动负荷使超声图像质量下降,因此临床常应用药物负荷超声心动图.常用药物有多巴酚丁胺,腺苷, 潘生丁等.在与核素心肌显像(SPECT)及冠状动脉造影(coronaryarteriography,CAG)等技术比较中显示,药物SE
诊断CHD具有良好的敏感性和特异性.小剂量多巴酚丁胺SE可评价存活心肌j.
1.2SE局限性SE结果解读依赖于好的声学条件清楚显
示心室内膜,亦依赖于操作者经验且带有较强的主观性.应用药物负荷后由于患者呼吸,心率加快,心脏位移明显,图像
质量欠佳,尤其在肥胖,存在慢性肺疾患或其它胸壁畸形的患者口].以不能清楚显示心内膜边界大于2个以上节段为图像质量差,在普通二维超声中2O静息超声不能清楚显示心内
膜边界,在负荷试验时该比例可上升至30.虽然应用谐波
技术可以提高图像质量,但仍存在5%～10的病例图像质
量欠满意∞].Hoffman等报道图像质量下降使不同观察者
间结果可重复性降至43.MCE有助于提高图像质量,提
高诊断准确性,可重复性及效率.
2心肌超声造影
2.1MCE发展心肌超声造影是经周围静脉或经冠脉注入
超声造影剂,随血流进入心腔及心肌,利用造影剂在超声能量作用下发生膨胀,压缩产生超声信号而更清楚的显示心腔轮廓,并可提供心肌血流灌注信息l_5].1968年Gramiak和Shah 将振荡后的生理盐水注入升主动脉,利用其产生的微泡进行声学造影显示主动脉和心腔,是人类第一次对声学造影进行报道.1984年Feistein等应用白蛋白作为造影剂微壳,造影
剂得以通过肺循环使左侧心腔声学造影成为可能.90年代
以后更加稳定的氟碳气体被引入到声学造影剂制造中, Optison,Definity,Imagent和SonoVue等商用造影剂相继投
入临床,使超声评估心肌血流灌注成为可能,开创了MCE时代.目前心肌超声造影技术主要应用于显示心内膜边界和心刀
『=1。