微泡声学造影剂气体构成对二次谐波显像的作用
李澎 谢峰 勒斌 刘汉英
摘要 目的：探讨二次谐波成像条件下改变微泡造影剂的气体构成是否能够增强经静脉注射后的心肌显像效果。 方法：对10条开胸犬经静脉注射含有不同气体的声振右旋糖酐白蛋白微泡造影剂RA(空气，room air)、 SF6(六氟化硫，sulfur hexafluoride)、 FX系列(含有氟碳气体C3F8、 C4F10、 C5F12)。 二次谐波显像条件下取左心室短轴切面观， 观察心肌造影效果。 结果：含有氟碳气体的微泡造影剂经静脉注射后二次谐波显像下产生强烈的心肌显影， 心肌声学密度分别为(14.72±2.7)dB(FX330)、 (14.3±2.4dB)(FX430)、 (13.78±2.24)dB(FX530)； 氟硫气体仅存在轻微的心肌显像[(6.24±1.58)dB]， 但心腔显影强烈[(29.48±6.02)dB]， 空气造影剂经静脉注射后几乎不产生心肌显影[(2.53±0.78)dB]， 心腔内造影剂亦较弱[(11.3±4.96)dB]。结论：不同气体构成的微泡声学造影剂二次谐波显像效果差异显著。 氟碳气体声振右旋糖酐白蛋白是较好的经静脉声学造影剂。
, http://www.100md.com
关键词：超声检查 介入性 二次谐波成像 声学造影剂 化学 心血管造影术
无创的方法评价心肌血流灌注对缺血性心脏病的诊断极为重要。 既往的声学造影剂需要直接注入冠状动脉内方能产生心肌显影[1-3]， 属创伤性诊断方法。 Porter、 谢峰的研究发现， 改变微泡造影剂的气体构成能够产生不同的心腔及心肌显影效果， 血液溶解度及弥散度较低的大分子量惰性气体的微泡经静脉注射后能产生较强的对比效果[4]。 气体构成理论指导了新型造影剂的研究与制作， 实现了心肌声学造影向无创伤性的飞跃。 文献报道均为基波显像条件下的结果， 不同气体对二次谐波显像的影响目前尚无报道。 本研究旨在探讨不同气体构成的声振微泡在二次谐波显像条件下的不同作用并为寻找理想造影剂微泡的气体构成提供依据。
材料与方法 一、 声学造影剂
, 百拇医药
本研究使用我们实验室研制的造影剂， 包括三种氟碳气体造影剂： C3F8、 C4F10、 C5F12。 此外， 还包括硫化合物(SF6)及空气(room air, RA)。 造影剂的制作条件如室内温度、 湿度、 溶液混合程度、 声振能量等均不同。
二、 仪器及设备
超声心动图仪采用美国HP Sonos 2500-LE型样机。 该机配有二次谐波技术(second harmonic imaging,SHI)及声学密度定量分析软件(acoustic densitometry, AD)， 探头发射频率1.8 MHz， 接收频率3.6 MHZ。
三、 动物模型制备及实验步聚
, http://www.100md.com
10条健康杂种犬， 雌雄不限， 体重16～25 kg。 2.5%硫喷妥钠加安定经静脉全身麻醉后行左侧开胸术， 切开心包， 将水囊置于心脏表面， 探头置于水中， 取左心室短轴切面观并固定探头至实验结束。 连接心电图机， 心内导管联接八导电生理记录仪同步记录心电图， 测量左心室、 主动脉及肺动脉压力。 热稀释法测定心输出量。
二次谐波成像及心电图R波触发式间歇发射， 每一心动周期探头发射并接收一次超声信号， 固定MI、 增益、 TGC、 LGC和深度等仪器条件， 经静脉注射造影剂。 除RA外的其它造影剂注射剂量为0.01 ml/kg， RA每次注射5 ml(约相当于0.2～0.3 ml/kg)， 两次注射间隔至少5分钟， 不同药物注射前冲洗注射通道， 注射过程分别记录于光盘及录像带。
数据处理： 分别进行定性及定量分析。 定性分析由2名医师独立完成， 0级=无显影， 1级=轻微， 2级=明显， 3级=强烈。 定量分析采用AD技术， ROI采用41×41像素， 分别计算左室前壁及心腔内声学密度。 采用Microsoft Excel 5.0统计软件， 定性分析采用卡方检验， 定量分析采用配对t检验， P<0.05为有统计学意义。
, 百拇医药
结果 一、 视觉观察
68次氟碳化合物造影剂(FX330、 FX430、 FX530)注射中64次(94%)视觉观察产生明显的心肌显像(2～3级)， 心腔内因造影剂浓度较大而产生声影； 17次氟硫化合物造影剂注射中6次(35.3%)明显(2级)， 7次(41.2%)轻微(1级)， 4次(23.5%)无视觉可见的造影效果但心腔内有强烈的造影效果； RA的14注射中仅5次(35.7%)出现轻微的造影效果(1级)， 其余均无视觉可见的心肌显像， 心腔内造影效果亦轻微(图1)。
图1 经静脉注射含有空气的微泡声学造影剂RA后仅心腔内出现轻微显影， SF6气体则出现心肌显影， 心腔内显像显著增强；三种氟碳气体均可产生强烈的心肌显像， 心腔内高浓度造影剂产生明显声影
二、 声学密度定量分析
, http://www.100md.com ①氟碳化合物FX330、 FX430、 FX530[(14.72±2.70)dB、 (14.30±2.40)dB、 (13.78±2.24)dB]>氟硫化合物[(6.24±1.58)dB]>空气[(2.53±0.78)dB]， P<0.01；②左心室腔内声学密度定量分析显示同样的结果， 氟碳化合物FX330、FX430、FX530[(33.88±4.08)dB、(33.78±4.45)dB、(33.63±3.70)dB]>氟硫化合物[(29.48±6.02)dB]>空气[(11.30±4.96)dB]，P<0.05、0.01；③氟碳化合物之间无论心肌显像或心腔内声学密度均无显著性差异。
另外， 不同气体构成的微泡造影剂注射前后左心室压力、 主动脉压力、 肺动脉压力及心输出量无显著性差异(表1)， P<0.05。
表1 声学造影剂对左室、 主动脉、 肺动脉及心输出量的影响
左心室压
, http://www.100md.com
(mmHg)
主动脉压
(mmHg)
肺动脉压
(mmHg)
心输出量
(L/min)
注射前
46.0±1.01
80.0±2.7
15.8±0.61
1.79±0.07
, 百拇医药
注射后
46.5±1.03
83.8±7.7
16.1±0.65
1.83±0.05
讨论 理论上， 气体的弥散度与气体分子量的平方根成反比， 因此当右旋糖酐白蛋白微泡包裹的气体分别是氟碳气体(分子量>188)、 六氟化硫(分子量为146)以及空气(分子量约为30， 按75%氮气和25%氧气计算)时， 空气最容易从微泡中逸出而氟碳气体微泡最稳定。 本研究显示含空气的声振白蛋白仅能够产生轻微的左心室显影而不产生心肌显像， 说明空气微泡进入动物体内后迅速破坏， 难以用于心肌声学造影剂的制作； 经静脉注射 SF6心腔显影明显增强并出现轻微的心肌造影效果， 但持续时间较短亦不是理想的微泡声学造影剂气体； 含有氟碳气体的微泡造影剂的造影效果较氟硫化合物明显加强， 造影剂在心肌内分布均匀， 持续时间亦较长(100秒左右)， 能够很好地显示心肌血流灌注， 是较好的心肌声学造影剂。
, http://www.100md.com
具有弹性外壳的气体微泡在声场中发生共振现象， 能够产生二倍于发射频率的超声波， 心肌组织无此特征。 如果探头只接收二倍于发射频率的声波， 就会增强对造影剂的敏感性。 这种成像方法称作二次谐波成像(second harmonic imaging, SHI)(图2)。 本研究显示不同性质气体构成的微泡声学造影剂对非损伤性二次谐波显像的作用不同， 其中以氟碳气体的心肌显影效果最佳。 三种氟碳气体制成的造影剂FX330、 FX430、 FX530经静脉注射剂量较低(0.01 ml/kg)时二次谐波成像能够产生理想的心肌成像效果。 本组资料亦显示， 虽然分子量不同(C3F8为188， C4F10为238， C5F12为288)， 但其相应的造影剂之间心肌显影效果并无显著性差异。
图2 气体微泡在声场中具有谐振作用， 能够产生二倍于探头发射频率的超声波。 基波显像时探头接受频率与发射频率相同； 二次谐波成像则接受二倍于探头发射频率的信号进行成像， 能够增加超声对气体微泡的敏感性
, 百拇医药
心腔内显影强度亦与气体构成有密切关系， 本实验心腔声学密度定量分析发现， 含有氟碳气体造影剂心腔显影效果较氟硫化合物强， 而后者又优于空气说明了与上述同样的结论。 另外， 全部试验中所有动物的左心室压、 主动脉压、 肺动脉压以及心输出量均无明显变化， 说明微泡造影剂是安全的。
总之， 改变微泡的气体构成， 使用大分子量低弥散度和溶解度的惰性气体能够提高声学造影剂经静脉注射后的心肌造影效果。 含有氟碳气体的声振右旋糖酐白蛋白是一种较为理想的经静脉心肌声学造影剂， 其造影效果优于其它气体。
本课题受国家自然科学基金及人事部回国人员研究基金资助
作者单位：100037 北京 中国协和医科大学阜外医院超声室
参考文献 1 Rovai D,Ghelardini G, Lombardi M, et al. Myocardial washout of sonicated ipamidol reflects coronary blood flow in the absence of autoregulation. J Am Coll Cardiol, 1992, 20：1417-1424.
, http://www.100md.com
2 Kaul S, Jayaweera AR, Glasheen WP, et al. Myocardial contrast echocardiography and the transmural distribution of flow: a critical appraisal during myocardial ischemia not associated with infarction. J Am Coll Cardiol,1992,20：1005-1016.
3 Desir RM, Cheirif J, Bolli R,et al.Assessment of regional myocardial perfusion with myocardial contrast echocardiography in a canine model of varying degrees of coronary stenosis. Am Heart J, 1994, 127：56-63.
4 Porter TR, Xie F. Visually discernible myocardial echocardiographic contrast after intravenous injection of sonicated dextiose albumin microbubbles containing high molecular weight, less soluble gases. J Am Coll Cardiol, 1995,25：509-515., 百拇医药
摘要 目的：探讨二次谐波成像条件下改变微泡造影剂的气体构成是否能够增强经静脉注射后的心肌显像效果。 方法：对10条开胸犬经静脉注射含有不同气体的声振右旋糖酐白蛋白微泡造影剂RA(空气，room air)、 SF6(六氟化硫，sulfur hexafluoride)、 FX系列(含有氟碳气体C3F8、 C4F10、 C5F12)。 二次谐波显像条件下取左心室短轴切面观， 观察心肌造影效果。 结果：含有氟碳气体的微泡造影剂经静脉注射后二次谐波显像下产生强烈的心肌显影， 心肌声学密度分别为(14.72±2.7)dB(FX330)、 (14.3±2.4dB)(FX430)、 (13.78±2.24)dB(FX530)； 氟硫气体仅存在轻微的心肌显像[(6.24±1.58)dB]， 但心腔显影强烈[(29.48±6.02)dB]， 空气造影剂经静脉注射后几乎不产生心肌显影[(2.53±0.78)dB]， 心腔内造影剂亦较弱[(11.3±4.96)dB]。结论：不同气体构成的微泡声学造影剂二次谐波显像效果差异显著。 氟碳气体声振右旋糖酐白蛋白是较好的经静脉声学造影剂。
, http://www.100md.com
关键词：超声检查 介入性 二次谐波成像 声学造影剂 化学 心血管造影术
无创的方法评价心肌血流灌注对缺血性心脏病的诊断极为重要。 既往的声学造影剂需要直接注入冠状动脉内方能产生心肌显影[1-3]， 属创伤性诊断方法。 Porter、 谢峰的研究发现， 改变微泡造影剂的气体构成能够产生不同的心腔及心肌显影效果， 血液溶解度及弥散度较低的大分子量惰性气体的微泡经静脉注射后能产生较强的对比效果[4]。 气体构成理论指导了新型造影剂的研究与制作， 实现了心肌声学造影向无创伤性的飞跃。 文献报道均为基波显像条件下的结果， 不同气体对二次谐波显像的影响目前尚无报道。 本研究旨在探讨不同气体构成的声振微泡在二次谐波显像条件下的不同作用并为寻找理想造影剂微泡的气体构成提供依据。
材料与方法 一、 声学造影剂
, 百拇医药
本研究使用我们实验室研制的造影剂， 包括三种氟碳气体造影剂： C3F8、 C4F10、 C5F12。 此外， 还包括硫化合物(SF6)及空气(room air, RA)。 造影剂的制作条件如室内温度、 湿度、 溶液混合程度、 声振能量等均不同。
二、 仪器及设备
超声心动图仪采用美国HP Sonos 2500-LE型样机。 该机配有二次谐波技术(second harmonic imaging,SHI)及声学密度定量分析软件(acoustic densitometry, AD)， 探头发射频率1.8 MHz， 接收频率3.6 MHZ。
三、 动物模型制备及实验步聚
, http://www.100md.com
10条健康杂种犬， 雌雄不限， 体重16～25 kg。 2.5%硫喷妥钠加安定经静脉全身麻醉后行左侧开胸术， 切开心包， 将水囊置于心脏表面， 探头置于水中， 取左心室短轴切面观并固定探头至实验结束。 连接心电图机， 心内导管联接八导电生理记录仪同步记录心电图， 测量左心室、 主动脉及肺动脉压力。 热稀释法测定心输出量。
二次谐波成像及心电图R波触发式间歇发射， 每一心动周期探头发射并接收一次超声信号， 固定MI、 增益、 TGC、 LGC和深度等仪器条件， 经静脉注射造影剂。 除RA外的其它造影剂注射剂量为0.01 ml/kg， RA每次注射5 ml(约相当于0.2～0.3 ml/kg)， 两次注射间隔至少5分钟， 不同药物注射前冲洗注射通道， 注射过程分别记录于光盘及录像带。
数据处理： 分别进行定性及定量分析。 定性分析由2名医师独立完成， 0级=无显影， 1级=轻微， 2级=明显， 3级=强烈。 定量分析采用AD技术， ROI采用41×41像素， 分别计算左室前壁及心腔内声学密度。 采用Microsoft Excel 5.0统计软件， 定性分析采用卡方检验， 定量分析采用配对t检验， P<0.05为有统计学意义。
, 百拇医药
结果 一、 视觉观察
68次氟碳化合物造影剂(FX330、 FX430、 FX530)注射中64次(94%)视觉观察产生明显的心肌显像(2～3级)， 心腔内因造影剂浓度较大而产生声影； 17次氟硫化合物造影剂注射中6次(35.3%)明显(2级)， 7次(41.2%)轻微(1级)， 4次(23.5%)无视觉可见的造影效果但心腔内有强烈的造影效果； RA的14注射中仅5次(35.7%)出现轻微的造影效果(1级)， 其余均无视觉可见的心肌显像， 心腔内造影效果亦轻微(图1)。
图1 经静脉注射含有空气的微泡声学造影剂RA后仅心腔内出现轻微显影， SF6气体则出现心肌显影， 心腔内显像显著增强；三种氟碳气体均可产生强烈的心肌显像， 心腔内高浓度造影剂产生明显声影
二、 声学密度定量分析
, http://www.100md.com ①氟碳化合物FX330、 FX430、 FX530[(14.72±2.70)dB、 (14.30±2.40)dB、 (13.78±2.24)dB]>氟硫化合物[(6.24±1.58)dB]>空气[(2.53±0.78)dB]， P<0.01；②左心室腔内声学密度定量分析显示同样的结果， 氟碳化合物FX330、FX430、FX530[(33.88±4.08)dB、(33.78±4.45)dB、(33.63±3.70)dB]>氟硫化合物[(29.48±6.02)dB]>空气[(11.30±4.96)dB]，P<0.05、0.01；③氟碳化合物之间无论心肌显像或心腔内声学密度均无显著性差异。
另外， 不同气体构成的微泡造影剂注射前后左心室压力、 主动脉压力、 肺动脉压力及心输出量无显著性差异(表1)， P<0.05。
表1 声学造影剂对左室、 主动脉、 肺动脉及心输出量的影响
左心室压
, http://www.100md.com
(mmHg)
主动脉压
(mmHg)
肺动脉压
(mmHg)
心输出量
(L/min)
注射前
46.0±1.01
80.0±2.7
15.8±0.61
1.79±0.07
, 百拇医药
注射后
46.5±1.03
83.8±7.7
16.1±0.65
1.83±0.05
讨论 理论上， 气体的弥散度与气体分子量的平方根成反比， 因此当右旋糖酐白蛋白微泡包裹的气体分别是氟碳气体(分子量>188)、 六氟化硫(分子量为146)以及空气(分子量约为30， 按75%氮气和25%氧气计算)时， 空气最容易从微泡中逸出而氟碳气体微泡最稳定。 本研究显示含空气的声振白蛋白仅能够产生轻微的左心室显影而不产生心肌显像， 说明空气微泡进入动物体内后迅速破坏， 难以用于心肌声学造影剂的制作； 经静脉注射 SF6心腔显影明显增强并出现轻微的心肌造影效果， 但持续时间较短亦不是理想的微泡声学造影剂气体； 含有氟碳气体的微泡造影剂的造影效果较氟硫化合物明显加强， 造影剂在心肌内分布均匀， 持续时间亦较长(100秒左右)， 能够很好地显示心肌血流灌注， 是较好的心肌声学造影剂。
, http://www.100md.com
具有弹性外壳的气体微泡在声场中发生共振现象， 能够产生二倍于发射频率的超声波， 心肌组织无此特征。 如果探头只接收二倍于发射频率的声波， 就会增强对造影剂的敏感性。 这种成像方法称作二次谐波成像(second harmonic imaging, SHI)(图2)。 本研究显示不同性质气体构成的微泡声学造影剂对非损伤性二次谐波显像的作用不同， 其中以氟碳气体的心肌显影效果最佳。 三种氟碳气体制成的造影剂FX330、 FX430、 FX530经静脉注射剂量较低(0.01 ml/kg)时二次谐波成像能够产生理想的心肌成像效果。 本组资料亦显示， 虽然分子量不同(C3F8为188， C4F10为238， C5F12为288)， 但其相应的造影剂之间心肌显影效果并无显著性差异。
图2 气体微泡在声场中具有谐振作用， 能够产生二倍于探头发射频率的超声波。 基波显像时探头接受频率与发射频率相同； 二次谐波成像则接受二倍于探头发射频率的信号进行成像， 能够增加超声对气体微泡的敏感性
, 百拇医药
心腔内显影强度亦与气体构成有密切关系， 本实验心腔声学密度定量分析发现， 含有氟碳气体造影剂心腔显影效果较氟硫化合物强， 而后者又优于空气说明了与上述同样的结论。 另外， 全部试验中所有动物的左心室压、 主动脉压、 肺动脉压以及心输出量均无明显变化， 说明微泡造影剂是安全的。
总之， 改变微泡的气体构成， 使用大分子量低弥散度和溶解度的惰性气体能够提高声学造影剂经静脉注射后的心肌造影效果。 含有氟碳气体的声振右旋糖酐白蛋白是一种较为理想的经静脉心肌声学造影剂， 其造影效果优于其它气体。
本课题受国家自然科学基金及人事部回国人员研究基金资助
作者单位：100037 北京 中国协和医科大学阜外医院超声室
参考文献 1 Rovai D,Ghelardini G, Lombardi M, et al. Myocardial washout of sonicated ipamidol reflects coronary blood flow in the absence of autoregulation. J Am Coll Cardiol, 1992, 20：1417-1424.
, http://www.100md.com
2 Kaul S, Jayaweera AR, Glasheen WP, et al. Myocardial contrast echocardiography and the transmural distribution of flow: a critical appraisal during myocardial ischemia not associated with infarction. J Am Coll Cardiol,1992,20：1005-1016.
3 Desir RM, Cheirif J, Bolli R,et al.Assessment of regional myocardial perfusion with myocardial contrast echocardiography in a canine model of varying degrees of coronary stenosis. Am Heart J, 1994, 127：56-63.
4 Porter TR, Xie F. Visually discernible myocardial echocardiographic contrast after intravenous injection of sonicated dextiose albumin microbubbles containing high molecular weight, less soluble gases. J Am Coll Cardiol, 1995,25：509-515., 百拇医药