两种超声组织定征方法的比较：视频法和射频法
作者：胡英 潘文明 沈学东 蔡乃绳 陈灏珠 许玉芳 施广德
单位：胡英 潘文明 沈学东 蔡乃绳 陈灏珠(200032 上海医科大学中山医院，上海市心血管病研究所)；许玉芳(江苏省江阴市人民医院)；施广德(江苏省江阴市中医院)
关键词：胶原；声学组织定征
中国超声医学杂志990301 摘 要 目的：以病理学为对照，比较射频分析法及视频分析法两种超声组织定征方法的准确性。方法：分别对10只自发性高血压大鼠(SHR)和10只Wistar大鼠进行超声视频分析，观察大鼠心肌灰阶均值、灰阶离散度等指标；同时进行射频分析，观察大鼠心肌整合后散射(IB)的最大值与最小值之差(PPI)、均值(AII)和离散度(SDI)等指标。同时测定大鼠心肌Ⅰ型、Ⅲ型胶原的容积分数。并将超声组织定征的结果与胶原容积分数进行相关分析。结果：SHR组的视频分析法指标灰阶均值高于Wistar大鼠组(P<0.05)。与免疫组化分析的Ⅰ型、Ⅲ型胶原的容积分数结果一致。超声心肌灰阶均值与两型胶原容积分数呈正相关(r＝0.80和0.73，P<0.001)。然而射频分析法不能显示同一对比组间的各指标差别(P>0.05)，同时与免疫组化分析的Ⅰ型、Ⅲ型胶原的容积分数不相关(P>0.05)。结论：视频分析法在反映心肌胶原变化方面较射频分析法敏感。
, 百拇医药
Comparison between Two Methods of Ultrasonic Tissue Characterization:
Video-Frequency type and Radio-Frequency type
Hu Ying,Pan Wenming,Shen Xuedong,et al
Shanghai Institute of cardiovascular Diseases,Zhongshan Hospital,Shanghai Medical University 200032
ABSTRACT Objective:To compare the sensitivity and accuracy of the ultrasonic tissue characterization between video-frequency and radio-frequency analysis on the basis of the pathology.Methods：Ten wistar rats and ten spontaneously hypertensive rats (SHR) were studied by ultrasonic video-frequency analysis and radio-frequency analysis,respectively.Meanwhile the collagen volume fraction(CVF)of type Ⅰ and type Ⅲ were also measured by immunohistochemistry.The relationship between ultrasonic tissue characterization and the CVF were evaluated.Results:By video-frequency analysis,the mean myocardial gray scale in SHR was higher than Wistar rats(P<0.05)，which consisted with the results of immunohistochemistry.Both the CVF of type Ⅰ and type Ⅲ were higher in SHR than in Wistar rats.The mean myocardial gray scale correlated with CVF(both of type Ⅰ and type Ⅲ)quite well(r＝0.80 and 0.73，P<0.001).However,the radio-frequency analysis did not show the difference between the two groups.Conclusion:The video-frequency analysis may be more sensitive than the radio-frequency analysis in detecting interstitial collagen changes in the myocardium.
, http://www.100md.com
KEY WORDS Collagen Ultrasonic tissue characterization Video-frequency analysis Radio-frequency analysis
目前超声组织定征的方法主要有视频分析和射频分析两种。本文旨在以病理为对照比较两种方法判断心肌组织特征的敏感性和准确性。
资料与方法
取26周Wistar大鼠及26周自发性高血压大鼠(SHR)各10只。分别由上海医科大学动物实验中心、上海市高血压病研究所动物中心提供。
1、视频分析法 采用美国惠普公司的HPSONOS 2500超声诊断仪和频率7.5MHz探头。记录舒张末期左室乳头肌水平短轴切面于录像带上，通过视霸卡将图像存入586 PENTIUM 90个人计算机待用。为排除增益、近程抑制、远程补偿等因素的影响，在行大鼠超声检查时，上述指标均保持不变。
, 百拇医药
采用Window 95 支持下的Photo Shop 3.05 软件对超声资料进行分析(该软件将各像素的灰阶强度分成0-255，共256级)。首先以心腔的灰阶水平为本底对图像进行校正，每个切面分成室间隔、前壁、侧壁及后壁四个节段。在每一节段中分别随机圈取3个排除心内膜、心外膜在外的固定大小圆形感兴趣区，分析不同区域内的心肌灰阶均值、灰阶分布离散度指标，三次的平均值代表该节段的心肌密度。同一切面四个节段的平均值为该切面的整体灰阶水平。
2、射频分析法 采用的仪器同视频法，带有声学数字定量(AD)功能。研究对象与视频法同组。所取切面与视频法相同。超声诊断仪处在AD-IBS状态下，保持侧向及纵向增 益不变，将心肌分为前壁、后壁、室间隔及侧壁四个节段，每个节段圈取排除心内膜及心外膜的圆形感兴趣区(约21×21 pixels),随心脏舒缩而移动感兴趣区，超声诊断仪可自动得出该节段心肌整合后散射(IB)的最大值与最小值之差(PPI)、均值(AII)和离散度(SDI)等指标，三次的平均值代表该节段的心肌IB。同一切面的四节段的平均值为该切面的整体IB。同样为排除其它因素的影响，在行大鼠超声检查时，增益调节、近程抑制、远程补偿等指标均保持不变。
, 百拇医药
3、大鼠心肌间质胶原容积分数 取大鼠乳头肌水平横断切面，常规制作石蜡切片，进行ABC法免疫组化检查：经脱蜡、梯度酒精入水，0.3% H2O2/甲醇去内源性过氧化物酶、0.1%胰蛋白酶暴露抗原、1∶50正常羊血清封闭后，然后依次加一抗(兔抗鼠Ⅰ型胶原抗体或兔抗鼠Ⅲ型胶原抗体，由上海医科大学病理教研组提供)、二抗(马抗兔IgG抗体)、ABC(1∶50)，最后经DAB显色，显微镜下观察。Ⅰ型、Ⅲ型胶原的容积分数用四星图像处理软件进行半定量分析。
4.统计 计量资料以均数±标准差表示；数据统计采用Windows 95支持下的SPSS 6.0软件，组间比较采用t检验。
结 果
1、超声组织定征结果(表1) 两组视频分析指标间比较有差别，SHR组的灰阶均值高于Wistar大鼠组(P<0.05)，而两组的离散度无差别(P>0.05)。然而两组间射频分析指标比较差别无统计学意义(P>0.05)。
, 百拇医药
表1 两组大鼠的超声组织定征结果 方法
组别
Wistar大鼠
SHR
视频分析法
射频分析法
均值
离散度
PPI
AII
SDI
15.27±3.11
4.88±1.11
, 百拇医药
4.43±0.64
13.10±3.41
1.30±0.29
22.40±2.42*
5.44±0.98
4.38±1.07
15.60±2.32
1.20±0.30
注：*表示两组间比较差别有意义(P<0.05)
2、胶原容积分数测量结果(表2) SHR组的胶原含量高于Wistar大鼠组(P<0.05)，两组的胶原浓度无差别。SHR组的Ⅰ型、Ⅲ型胶原的容积分数高于Wistar大鼠组(P<0.05)。
, 百拇医药
表2 两组大鼠胶原容积分数的比较 组别
Wistar大鼠
SHR
Ⅰ型胶原
Ⅲ型胶原
4.86±1.02
4.30±0.88
7.35±0.64*
7.10±1.70*
注：*表示两组间比较差别有意义(P<0.05)
3、胶原容积分数与超声组织定征结果的相关性分析 胶原容积分数仅与视频分析心肌灰阶均值相关，Ⅰ型、Ⅲ型胶原容积分数均与心肌灰阶均值的相关系数(r)分别为0.80和0.73(P<0.001)，与射频分析结果无线性相关(P>0.05)。
, 百拇医药
讨 论
超声心动图是根据组织的超声反射原理进行心脏解剖成像的一种技术，不同的组织结构因其对超声不同的反射、衰减、吸收等特点有不同的超声特征，当超声界面大于入射超声的波长时，主要引起反射，而当超声界面小于超声波长时产生散射，因此超声的反射及散射信息中包含了组织特征的某些特点，这也就是超声心肌组织定征的基础〔1〕。目前超声组织定征的方法主要有视频分析法、射频分析法两种〔2，3〕。前者是通过计算机对超声二维图像数字化处理，计算每个像素的灰阶强度(主要取决于心肌纤维的排列，血供及间质胶原的含量〔4，5〕)，分析某区域的灰阶分布直方图来反映心肌的组织密度。Mimbs等曾在1980年经一系列的研究证实组织胶原的含量与超声反射信号强度呈高度相关，胶原含量高者超声反射信号增强，反之亦然。射频分析法则通过直接分析未经过处理的散射波信号，计算后散射积分值(IBS)、后散射随心动周期的变化幅度(CVIBS)等指标来评价心肌组织的超声特征。此方法运用简便、省时、重复性好，目前在临床上已被广泛采用。上述两种方法在具体运用中有何不同目前尚无相关报道。
, 百拇医药
本文的动物实验研究结果表明，在26周的SHR中，其心肌的胶原容积分数明显高于同周龄的Wistar大鼠，说明已有胶原的过多堆积，提示有心肌纤维化的发生。当同时用两种不同的超声组织定征方法进行分析时，发现视频分析法可测及两组间灰阶均值的不同，而射频分析的各项指标却未能显示差别。这一现象在临床高血压左室肥厚患者的检测中也同样存在。我们曾对30例高血压向心性肥厚的患者用视频分析法进行研究，发现心肌的声学密度高于正常对照，与Ciulla等的研究一致〔6〕；而同样有学者用射频分析法对高血压左室肥厚的患者进行研究，却未见有后散射的不同〔7〕。为寻找超声组织 定征技术的病理基础，本研究进一步将胶原容积分数与两种方法的各项指标进行相关分析，发现灰阶均值与胶原变化呈高度相关，说明视频分析法的结果是有病理学基础的。说明在检测心肌中胶原变化时，视频分析较射频分析方法敏感。其原因可能与视频分析主要分析反射信号，而射频分析则分析散射信号为主有关。当然射频分析法简单省时，影响因素少，在临床上实际运用中仍有很大优势。此两种方法在检测不同病变的心肌特征时的价值尚有待更多的研究加以明确。
, http://www.100md.com
本课题受江苏省卫生厅科研经费资助
参考文献
[1]Bergman I,Loxley R.Two improved and simplified methods for the spectrophotometric determinant of hydroxyproline.Anal Chem,1963,35(2):1961～1965
[2]Schecter SO,Teichhloz LE,Klig V,et al.Ultrasonic tissue characterization.Echocardiography,1996,13:415～430
[3]刘汉英。综合超声技术对心肌疾患的诊断价值。中国循环杂志，1996，11(4)：252～254
, 百拇医药 [4]Mimbs JW,ODonnell M,Baunens D,et al.The dependence of ultrasonic attenuation and backscatter on collagen content in dog and rabbit hearts.Circ Res,1980,47:49～58
[5]Doering CW,Jalil JE,Janiki TS,et al.Collagen network remodeling and diastolic stiffness of rat left ventricle with pressure overload hypertrophy.Cardiovasc Res,1988,22:686～695
[6]Ciulla M,Paliotti R,Hess DB,et al.Echocaridiographyic patterns of myocardial fibrosis in hypertensive patients:Endomyocardial biopsy versus ultrasonic tissue characterization.J Am Sic Echocardiogr,1997,10(6):657～664
[7]Gagli G,Lattanzi F,Lucarini AR,et al.Normal ultrasonic myocardial reflectivity in hypertensive patients.A tissue characterization study.Hypertension,1993,21(3):329～334
(1998-08-13收稿), 百拇医药
单位：胡英 潘文明 沈学东 蔡乃绳 陈灏珠(200032 上海医科大学中山医院，上海市心血管病研究所)；许玉芳(江苏省江阴市人民医院)；施广德(江苏省江阴市中医院)
关键词：胶原；声学组织定征
中国超声医学杂志990301 摘 要 目的：以病理学为对照，比较射频分析法及视频分析法两种超声组织定征方法的准确性。方法：分别对10只自发性高血压大鼠(SHR)和10只Wistar大鼠进行超声视频分析，观察大鼠心肌灰阶均值、灰阶离散度等指标；同时进行射频分析，观察大鼠心肌整合后散射(IB)的最大值与最小值之差(PPI)、均值(AII)和离散度(SDI)等指标。同时测定大鼠心肌Ⅰ型、Ⅲ型胶原的容积分数。并将超声组织定征的结果与胶原容积分数进行相关分析。结果：SHR组的视频分析法指标灰阶均值高于Wistar大鼠组(P<0.05)。与免疫组化分析的Ⅰ型、Ⅲ型胶原的容积分数结果一致。超声心肌灰阶均值与两型胶原容积分数呈正相关(r＝0.80和0.73，P<0.001)。然而射频分析法不能显示同一对比组间的各指标差别(P>0.05)，同时与免疫组化分析的Ⅰ型、Ⅲ型胶原的容积分数不相关(P>0.05)。结论：视频分析法在反映心肌胶原变化方面较射频分析法敏感。
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Comparison between Two Methods of Ultrasonic Tissue Characterization:
Video-Frequency type and Radio-Frequency type
Hu Ying,Pan Wenming,Shen Xuedong,et al
Shanghai Institute of cardiovascular Diseases,Zhongshan Hospital,Shanghai Medical University 200032
ABSTRACT Objective:To compare the sensitivity and accuracy of the ultrasonic tissue characterization between video-frequency and radio-frequency analysis on the basis of the pathology.Methods：Ten wistar rats and ten spontaneously hypertensive rats (SHR) were studied by ultrasonic video-frequency analysis and radio-frequency analysis,respectively.Meanwhile the collagen volume fraction(CVF)of type Ⅰ and type Ⅲ were also measured by immunohistochemistry.The relationship between ultrasonic tissue characterization and the CVF were evaluated.Results:By video-frequency analysis,the mean myocardial gray scale in SHR was higher than Wistar rats(P<0.05)，which consisted with the results of immunohistochemistry.Both the CVF of type Ⅰ and type Ⅲ were higher in SHR than in Wistar rats.The mean myocardial gray scale correlated with CVF(both of type Ⅰ and type Ⅲ)quite well(r＝0.80 and 0.73，P<0.001).However,the radio-frequency analysis did not show the difference between the two groups.Conclusion:The video-frequency analysis may be more sensitive than the radio-frequency analysis in detecting interstitial collagen changes in the myocardium.
, http://www.100md.com
KEY WORDS Collagen Ultrasonic tissue characterization Video-frequency analysis Radio-frequency analysis
目前超声组织定征的方法主要有视频分析和射频分析两种。本文旨在以病理为对照比较两种方法判断心肌组织特征的敏感性和准确性。
资料与方法
取26周Wistar大鼠及26周自发性高血压大鼠(SHR)各10只。分别由上海医科大学动物实验中心、上海市高血压病研究所动物中心提供。
1、视频分析法 采用美国惠普公司的HPSONOS 2500超声诊断仪和频率7.5MHz探头。记录舒张末期左室乳头肌水平短轴切面于录像带上，通过视霸卡将图像存入586 PENTIUM 90个人计算机待用。为排除增益、近程抑制、远程补偿等因素的影响，在行大鼠超声检查时，上述指标均保持不变。
, 百拇医药
采用Window 95 支持下的Photo Shop 3.05 软件对超声资料进行分析(该软件将各像素的灰阶强度分成0-255，共256级)。首先以心腔的灰阶水平为本底对图像进行校正，每个切面分成室间隔、前壁、侧壁及后壁四个节段。在每一节段中分别随机圈取3个排除心内膜、心外膜在外的固定大小圆形感兴趣区，分析不同区域内的心肌灰阶均值、灰阶分布离散度指标，三次的平均值代表该节段的心肌密度。同一切面四个节段的平均值为该切面的整体灰阶水平。
2、射频分析法 采用的仪器同视频法，带有声学数字定量(AD)功能。研究对象与视频法同组。所取切面与视频法相同。超声诊断仪处在AD-IBS状态下，保持侧向及纵向增 益不变，将心肌分为前壁、后壁、室间隔及侧壁四个节段，每个节段圈取排除心内膜及心外膜的圆形感兴趣区(约21×21 pixels),随心脏舒缩而移动感兴趣区，超声诊断仪可自动得出该节段心肌整合后散射(IB)的最大值与最小值之差(PPI)、均值(AII)和离散度(SDI)等指标，三次的平均值代表该节段的心肌IB。同一切面的四节段的平均值为该切面的整体IB。同样为排除其它因素的影响，在行大鼠超声检查时，增益调节、近程抑制、远程补偿等指标均保持不变。
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3、大鼠心肌间质胶原容积分数 取大鼠乳头肌水平横断切面，常规制作石蜡切片，进行ABC法免疫组化检查：经脱蜡、梯度酒精入水，0.3% H2O2/甲醇去内源性过氧化物酶、0.1%胰蛋白酶暴露抗原、1∶50正常羊血清封闭后，然后依次加一抗(兔抗鼠Ⅰ型胶原抗体或兔抗鼠Ⅲ型胶原抗体，由上海医科大学病理教研组提供)、二抗(马抗兔IgG抗体)、ABC(1∶50)，最后经DAB显色，显微镜下观察。Ⅰ型、Ⅲ型胶原的容积分数用四星图像处理软件进行半定量分析。
4.统计 计量资料以均数±标准差表示；数据统计采用Windows 95支持下的SPSS 6.0软件，组间比较采用t检验。
结 果
1、超声组织定征结果(表1) 两组视频分析指标间比较有差别，SHR组的灰阶均值高于Wistar大鼠组(P<0.05)，而两组的离散度无差别(P>0.05)。然而两组间射频分析指标比较差别无统计学意义(P>0.05)。
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表1 两组大鼠的超声组织定征结果 方法
组别
Wistar大鼠
SHR
视频分析法
射频分析法
均值
离散度
PPI
AII
SDI
15.27±3.11
4.88±1.11
, 百拇医药
4.43±0.64
13.10±3.41
1.30±0.29
22.40±2.42*
5.44±0.98
4.38±1.07
15.60±2.32
1.20±0.30
注：*表示两组间比较差别有意义(P<0.05)
2、胶原容积分数测量结果(表2) SHR组的胶原含量高于Wistar大鼠组(P<0.05)，两组的胶原浓度无差别。SHR组的Ⅰ型、Ⅲ型胶原的容积分数高于Wistar大鼠组(P<0.05)。
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表2 两组大鼠胶原容积分数的比较 组别
Wistar大鼠
SHR
Ⅰ型胶原
Ⅲ型胶原
4.86±1.02
4.30±0.88
7.35±0.64*
7.10±1.70*
注：*表示两组间比较差别有意义(P<0.05)
3、胶原容积分数与超声组织定征结果的相关性分析 胶原容积分数仅与视频分析心肌灰阶均值相关，Ⅰ型、Ⅲ型胶原容积分数均与心肌灰阶均值的相关系数(r)分别为0.80和0.73(P<0.001)，与射频分析结果无线性相关(P>0.05)。
, 百拇医药
讨 论
超声心动图是根据组织的超声反射原理进行心脏解剖成像的一种技术，不同的组织结构因其对超声不同的反射、衰减、吸收等特点有不同的超声特征，当超声界面大于入射超声的波长时，主要引起反射，而当超声界面小于超声波长时产生散射，因此超声的反射及散射信息中包含了组织特征的某些特点，这也就是超声心肌组织定征的基础〔1〕。目前超声组织定征的方法主要有视频分析法、射频分析法两种〔2，3〕。前者是通过计算机对超声二维图像数字化处理，计算每个像素的灰阶强度(主要取决于心肌纤维的排列，血供及间质胶原的含量〔4，5〕)，分析某区域的灰阶分布直方图来反映心肌的组织密度。Mimbs等曾在1980年经一系列的研究证实组织胶原的含量与超声反射信号强度呈高度相关，胶原含量高者超声反射信号增强，反之亦然。射频分析法则通过直接分析未经过处理的散射波信号，计算后散射积分值(IBS)、后散射随心动周期的变化幅度(CVIBS)等指标来评价心肌组织的超声特征。此方法运用简便、省时、重复性好，目前在临床上已被广泛采用。上述两种方法在具体运用中有何不同目前尚无相关报道。
, 百拇医药
本文的动物实验研究结果表明，在26周的SHR中，其心肌的胶原容积分数明显高于同周龄的Wistar大鼠，说明已有胶原的过多堆积，提示有心肌纤维化的发生。当同时用两种不同的超声组织定征方法进行分析时，发现视频分析法可测及两组间灰阶均值的不同，而射频分析的各项指标却未能显示差别。这一现象在临床高血压左室肥厚患者的检测中也同样存在。我们曾对30例高血压向心性肥厚的患者用视频分析法进行研究，发现心肌的声学密度高于正常对照，与Ciulla等的研究一致〔6〕；而同样有学者用射频分析法对高血压左室肥厚的患者进行研究，却未见有后散射的不同〔7〕。为寻找超声组织 定征技术的病理基础，本研究进一步将胶原容积分数与两种方法的各项指标进行相关分析，发现灰阶均值与胶原变化呈高度相关，说明视频分析法的结果是有病理学基础的。说明在检测心肌中胶原变化时，视频分析较射频分析方法敏感。其原因可能与视频分析主要分析反射信号，而射频分析则分析散射信号为主有关。当然射频分析法简单省时，影响因素少，在临床上实际运用中仍有很大优势。此两种方法在检测不同病变的心肌特征时的价值尚有待更多的研究加以明确。
, http://www.100md.com
本课题受江苏省卫生厅科研经费资助
参考文献
[1]Bergman I,Loxley R.Two improved and simplified methods for the spectrophotometric determinant of hydroxyproline.Anal Chem,1963,35(2):1961～1965
[2]Schecter SO,Teichhloz LE,Klig V,et al.Ultrasonic tissue characterization.Echocardiography,1996,13:415～430
[3]刘汉英。综合超声技术对心肌疾患的诊断价值。中国循环杂志，1996，11(4)：252～254
, 百拇医药 [4]Mimbs JW,ODonnell M,Baunens D,et al.The dependence of ultrasonic attenuation and backscatter on collagen content in dog and rabbit hearts.Circ Res,1980,47:49～58
[5]Doering CW,Jalil JE,Janiki TS,et al.Collagen network remodeling and diastolic stiffness of rat left ventricle with pressure overload hypertrophy.Cardiovasc Res,1988,22:686～695
[6]Ciulla M,Paliotti R,Hess DB,et al.Echocaridiographyic patterns of myocardial fibrosis in hypertensive patients:Endomyocardial biopsy versus ultrasonic tissue characterization.J Am Sic Echocardiogr,1997,10(6):657～664
[7]Gagli G,Lattanzi F,Lucarini AR,et al.Normal ultrasonic myocardial reflectivity in hypertensive patients.A tissue characterization study.Hypertension,1993,21(3):329～334
(1998-08-13收稿), 百拇医药