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编号:10272633
心肌声学造影与二次谐波技术
http://www.100md.com 《中国超声医学杂志》 1999年第12期
     作者:陈爱华

    单位:650011 昆明市第一人民医院

    关键词:

    中国超声医学杂志991239 1.二次谐波显像的基本原理

    目前测定左、右室血流的方法是用Doppler技术,而心肌内的血流由于量少(仅占心肌的6%),血流速度很低,很难用Doppler技术测出。一些研究用冠脉内注射造影剂与常规超声结合,也不能明确区分出正常心肌与缺血心肌〔1〕。为了区分血流与周围组织,现发明一种新的技术—Harmonic成像技术〔1、2〕,使用新型声学造影剂静脉内注射和二次谐波技术相结合,经胸超声即可证实心肌灌注的情况。二次谐波显像又称谐波显像,其理论基于超声波与声学造影剂的微泡的相互作用。在声场交替声压的作用下,微泡会发生收缩与膨胀,并产生机械性共振现象,这种共振作用可以大幅度增加散射的强度。而能诱导出最大散射强度的超声频率称为共振频率。微泡的共振现象,称为基波反应,或称为第一次谐波,在声场中微泡还可以产生第二次共振或称二次谐波,其发生频率正好是基波频率的1倍。如基波频率为1.6MHz,则二次谐波的共振频率为3.2MHz。特别重要的是,二次谐波发生的频率是基波频率的一倍,但其所产生的散射强度仅比基波产生的强度降低很少,二次谐波显像正是利用了微泡对声波非线性反应,通过改变超声探头的发射与接收,可以只提取二次谐波的信号,抑制周围组织的回波,从而明显提高了微泡造影剂显像的敏感性,可以很敏感地发现组织器官血流灌注的变化,特别适合于心肌声学造影的研究〔3、4〕
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    2.二次谐波与心肌显像

    许多研究已经证实,新型声学造影剂经静脉注射后,可以非损伤性估价心肌血流灌注。虽然这种造影剂可以可靠地产生心肌对比作用,但强烈的声影作用妨碍了后方结构的显示,而减少注射剂量可减轻声影作用,但心肌内的对比作用明显减弱,为了克服这一缺点,许多仪器如HP5500都采用了先进的Harmonic技术,其最大优点是造影剂剂量减少,而心肌显像效果不减,能够非常敏感地发现心肌血流分布状况,这样有两个益处:1)将声影作用的影响降低到最小,以便显示心腔后方的心肌灌注;2)减少了造影剂潜在的副作用,加强临床应用的安全性。

    3.心肌显像的潜在影响因素

    理论上,微泡的理化因素决定二次谐波的散射强度。

    1)较大微泡对较低频率的反应更强,而较小微泡则对较高的频率反应更敏感;微泡的直径越大,在血循环中持续的时间越长,而微泡的密度越大,在血循环中持续的时间越短。
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    2)外壳弹性较好的微泡有更强的二次谐波反应,而外壳坚硬的微泡二次谐波反应较弱。

    3)超声波具有破坏微泡的作用〔5〕。声学造影剂微泡的“存活率”与探头发射超声波的能量成负相关。随着探头发射超声波能量(MI)的增加,微泡破坏就增加,心肌内微泡的声学密度就降低。心腔内造影:用实时显像,希望造影剂半衰期长,此时的超声能量应较小;心肌造影:希望造影剂半衰期短,尽快击碎微泡,所以超声能量应尽量大一些。

    4)血压、声学压力(当大量造影剂进入时)、大气压增加时,对微泡也有破坏作用。

    5)血中微泡半径的衰退率与微泡中气体的弥散常数直接相关,如微泡内气体的分子量大,则其弥散慢,这样就可防止气泡皱缩而保存其反射的特性〔6〕

    4.瞬间反应成像(Transient response imaging,TRI):
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    指中断探头发射超声信号后再次启动时,心肌声学造影效果明显加强,超声心动图仪的心电图R波触发技术能够控制探头间歇发射超声信号,即瞬间反应成像(TRI),使用TRI时,无论基波或谐波显像,增加超声能量(MI),超声波对微泡的破坏作用都较小,原因可能是:

    1)超声波能够改变白蛋白微泡的形状,使微泡处于变形状态,瞬间发射的超声波使白蛋白产生凹状变形然后恢复稳定形状,即呈现“变形—恢复—变形—恢复”的过程,这种“变形—恢复”的作用增强了超声波的反射信号;

    2)超声波对气泡有破坏作用,但由于间歇期的存在,更多的气泡进入心肌而补充了前次声波所造成的破坏;

    3)发射时间缩短,超声波对微泡的破坏作用减小。

    Porter〔7〕和谢峰〔8〕等在动物试验上观察到,用TRI可使心肌影像强度增加;同时,用TRI方法较常规的心肌造影方法和Harmonic成像方法所测到的峰值心肌视频信号强度均明显提高,且持续时间延长。
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    5.心肌声学造影(MCE)的分析方法:

    肉眼法:直观地评价心肌血流灌注范围;

    视频密度分析法:根据指示剂稀释原理评价心肌血流灌注。

    目前应用的声学密度定量(AD)分析软件,可对资料进行定量分析。该软件克服了常规视频密度法对原始图像资料进行对数压缩和后处理的缺陷,可使原始资料以线性方式显示。分析时,将储存于光盘中每次心肌造影图像调出,将ROI放在感兴趣区,如将ROI放在左室腔和左室前壁等部位。感兴趣区的形状为椭圆形或其他形状,取样大小可大可小,多为41×41像素,对心肌不同区域的造影效果进行定量测定,从而得到其时间强度变化曲线,根据时间强度曲线可计算出峰值密度(PI),曲线下面积(AUC),平均转运时间(MTT),取样间期(SI)、声学强度降半时间(HT)等指标。

    6.二次谐波技术和左心声学造影在临床的应用:
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    冠状动脉疾病最基本的病理生理改变就是心肌血流灌注异常。目前,核医学是临床估价心肌血流灌注的唯一方法。二次谐波技术的问世,与核医学相比,显示出更多的优越性:如无放射性;不受半衰期的限制;分辩力高;检查费用低;可将仪器推到床边检查。这意味着可以在导管室、急诊室、手术室对介入疗法和手术治疗的前后进行即时估价,许多重要问题可以及时得到解决。

    与负荷超声心动图联用,提高左室内膜的分辩率:负荷超声心动图可以检出室壁运动异常和室壁增厚异常,常用于冠心病的诊断与筛选,但相当一部分患者因图像质量差而心内膜显示不清,如果使用造影剂使左室腔被微泡充填,则心内膜轮廓易于识别。1993年Crouse〔9〕等报告了Phase Ⅲ Albunex多中心研究结果显示有87%患者左室内膜边界加强,提高了室壁运动分析的准确性。

    心肌声学造影估测冠脉微循环储备能力〔10〕:冠脉血流储备是指心肌需氧量增加到最大限度时的冠脉血流量与静息时的冠脉血流量之比,它是评价冠脉微循环和冠脉狭窄后心肌血流灌注变化的敏感指标,对冠心病治疗决策和疗效估价具有重要意义。冠脉血管扩张剂通过增加心肌血管容积来增加冠脉血流,当冠脉微循环病变时由于血管容积不能增加而影响血管扩张剂产生的冠脉血流的改变。二次谐波显像技术利用声学造影剂微泡对声波的非线性传播及二次谐波成份较其他组织明显增多的特点,使微泡灌注的心肌区域成像明显,改善了声学造影显示心肌血流灌注的能力。心肌造影显示的时间-强度曲线能估价血流/容积关系,真实地反映冠脉储备能力。
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    心肌声学造影测定“危险区”心肌:动物实验证明,冠状动脉闭塞后,经左房或右房注射造影剂所显示的心肌造影缺损范围与放射性核素测定的范围呈线性相关;当恢复再灌注后,心肌声学造影显示的缺损常为非透壁性,且与梗塞面积相一致〔11〕

    心肌声学造影(MCE)判定心肌梗塞后存活心肌〔12〕:心肌声学造影的峰值强度(PI)应与造影剂的微泡浓度呈正比,即微泡浓度与微血管的密度直接相关。闻根〔13〕等用6条犬建立心肌顿抑模型,用超声造影、多巴酚丁胺负荷试验及SPECT显像检测心肌存活情况,实验完毕后对心肌进行病理分析,结果显示心肌超声造影与多巴酚丁胺负荷试验均较核素显像有更高的敏感性。Meza〔14〕用心肌声学造影对35条犬进行研究,认为用MCE及负荷超声时节段壁增厚两者结合可以提高对心肌存活性诊断的敏感性和特异性。有学者〔15〕选择31例陈旧性前壁心梗伴梗塞相关冠状通畅的患者,观察经左冠注入声学造影剂后,左前壁心肌与后壁心比值与左前壁运动的关系,显示梗塞区PI比值与局部收缩功能密切相关(r=0.88)。提示心肌声学造影的峰值强度是估计梗塞区心肌存活性的一个简单而可靠的指标。
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    MCE估计侧支循环〔16〕:从正常冠脉内注入声学造影剂后,若同时使狭窄或闭塞冠脉的供区显影则证明存在侧支循环。有人选择31例心梗伴心梗相关冠脉完全闭塞的患者,从冠脉内注入微泡造影剂,对比MCE和冠脉造影显示的侧支循环与闭塞冠脉供血区心肌室壁运动的关系。结果证明,闭塞冠脉供血区心肌室壁运动能力与MCE显示的侧支循环量相关,而与冠脉造影显示的侧支循环量不相关。

    MCE评价PTCA、搭桥术、AMI再灌注治疗及钬激光心肌再血管化治疗的疗效:MCE可用以反映AMI溶栓患者的再灌注是否完全,也可用于了解PTCA前后及搭桥术前后局部心肌血流灌注的情况。谢峰等〔17〕用11条犬在二次谐波显像条件下分别于正常、缺血及心肌激光打孔后经静脉注射造影剂,结果显示:正常心肌MCE显像良好,心肌灌注均匀。缺血后显示缺血区明显,缺血部位与结扎的冠脉供血范围一致。心肌打孔后造影效果显示,心肌供血改善并可清晰见到造影剂沿透壁隧道注入心肌。用AD技术定量不同情况的心肌声学密度,也显示出正常与缺血的不同以及激光打孔后心肌供血的改善。
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    MCE评估冠脉内皮功能,在探索之中。在冠脉粥样斑块形成前,血管内皮功能就已异常;发生声学效应的白蛋白微泡能快速通过心肌,而内皮功能不良时清除较迟。

    不用造影剂的二次谐波显像技术(又称自然组织谐波)的临床应用〔18〕:1)观察超声云雾:了解心内血流状态,易于显示心腔内叠连的红细胞,对心腔云雾显示有较大的帮助。

    2)增强心肌和心内膜显示:因能降低噪音,减弱胸壁和肺组织的干扰,所以常用于老年人、肥胖、肋间隙狭窄和肺气肿患者。

    3)减低心腔内金属物回声:如起搏器电极回声减弱,心脏金属瓣的回声减弱,有助于周围附着血栓的判断。

    7.二次谐波显像的局限性:

    由于二次谐波显像的探头发射频率较低,接收频率较高,故图像的分辩力较低,加之组织结构的回声也较弱,所以图像总体质量不如基波显像。
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    因二次谐波对微泡特别敏感,故左室腔内的对比回声很强,致使心肌和心腔的分界线不甚清晰。

    因对心瓣膜的显像明显,可造成心瓣膜增厚的假像。

    8.左心声学造影剂的研究进展:

    声学造影剂与其他造影剂的不同点是必须含有气泡。它必须具备以下特性:1)无生物活性;2)不影响正常冠脉血流;3)经周围静脉注射能稳定通过肺循环达到左心室;4)要有足够长的半衰期(至少30秒至数分钟);5)能使左室心肌显影。目前的造影剂微泡壳可由蛋白、脂多糖、脂肪等组成,内有气体。经批准用于人体的第一代声学造影剂有①Albunex(美国Molecular Biosystems公司),其制作方法是将人体白蛋白行超声波振动,使之充满空气微泡,并具有稳定的蛋白外衣;②Levovist(德国Schering AG公司),1g Levovist含999mg半乳糖和1mg棕榈酸,它溶解于水,产生空气微泡,而棕榈酸使微气泡稳定。第一代造影剂可使左心室显影,不能满意见到心肌显影;第二代心肌声学造影,如Echogen,FS069,PDSDA(直径4.7um,Optison(直径3.6um)等,经静脉注射可使心肌血流成像获得成功。目前又有FDA已批准或将要批准的第三代造影剂即将用于临床。
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    (1999-06-28收稿), 百拇医药