瞬间反应显像评价正常兔肝脏声学造影的实验研究
作者：刘政 李澎 谢峰 刘梅
单位：刘政(400037 重庆,第三军医大学新桥医院超声科)；李澎 谢峰(北京协和医科大学阜外医院超声科)；刘梅(北京军区总医院超声科)
关键词：超声检查;造影剂;肝;瞬间反应显像
中华超声影像学杂志000718
【摘要】 目的 评价瞬间反应显像在正常肝脏声学造影中的增强效果,并与常规二次谐波显像进行对比。方法 5只健康新西兰白兔经耳缘静脉注射氟碳声学造影剂，然后分别用瞬间反应式二次谐波显像和基波显像观察肝脏，对照以常规显像方式。结果 采用瞬间反应方式后，二次谐波和基波显像的造影效果有显著视觉改善，肝实质视频密度值在基波显像中由 93.63±10.19提高到 110±10.35，二次谐波则由 118.63±18.49 提高到 142.13±19.8，增强尤为明显。结论 瞬间反应显像可以明显提高二次谐波和基波显像的声学造影效果，尤对二次谐波增强显著。
, http://www.100md.com
Experimental study of normal liver contrast ultrasonography by transient response imaging
LIU Zheng, LI Peng, XIE Feng, et al.
(Department of Ultrasound, Xinqiao Hospital of the Third Military Medical University, Chongqing 400037, China)
【Abstract】 Objective To assess the effectiveness of transient response imaging (TRI) in ultrasound contrast of normal liver, triggered second harmonic imaging (SHI) and non-triggered SHI were used in the comparsion. Methods Five normal rabbits were imaged with transient SHI, fundamental and continuous SHI, fundamental imaging after intravenously injection of perfluorocarbon contrast agent. The subjective scores and video intensities were used to estimate contrast effects.Results There was significant visual liver parenchyma enhancement of triggered fundamental or SHI than that of conventional mode. The video intensities of fundamental imaging were 93.63±10.19 (non-TRI) and 110±10.35 (TRI) corresponding to 118.63±18.49 (non-TRI) and 142.13±19.8 (TRI) in SHI.Conclusion Triggered SHI and fundamental imaging could significantly promote the gray scale enhancement of normal liver, especially in second harmonic imaging.
, 百拇医药
【Key words】 Ultrasonography;Contrast media;Liver;Transient response imaging
新型声学造影剂结合二次谐波显像在正常肝脏声学造影中可以明显增强肝实质的二维超声影像，但造影剂微泡对连续性超声发射也表现出脆弱的一面，即造影增强在门静脉系统内较强，而肝实质相对较弱，有效增强持续时间较短，约20～30 s[1,2]。Porter等发现瞬间反应显像(transient response imaging，TRI)用于心肌造影后，可以使心肌造影效果提高数倍，并延长显影时间[3,4]。该技术采用了一种间断发射脉冲超声的方法，使二维超声成像仅在心动周期的某一时刻被触发，而不是连续性发射，这样可以避免常规连续性地发射脉冲超声对微泡造影剂的破坏。为此，本研究观察分析了瞬间反应显像用于动物肝脏造影的实验结果，现报告如下。
材料与方法
, 百拇医药
一、动物准备
本研究包括5只健康新西兰白兔，体重 2.0～2.6 kg。实验前用脱毛霜脱去肝区体毛。对每只兔使用2%戊巴比妥钠静脉麻醉后，固定于左侧卧位，超声探头置于右肋间，并连接动物心电图。
二、瞬间反应显像
采用Acuson公司的Sequoia 512型实验样机，8C4探头。该超声仪配有二次谐波显像和瞬间反应显像功能。二次谐波显像频率为 4.0/8.0 MHz,基波为 8.0 MHz。瞬间反应显像由动物心电R波触发，因动物心跳较快，故采用每两个心动周期成像一帧。在获得肝脏右叶切面后，将探头位置固定，将仪器的所有条件如发射功率、显像深度、增益等参数标准化固定。用SVHS录像带和磁光盘记录整个研究的图像。
三、声学造影剂
本研究使用阜外医院超声科实验室制作的含有氟碳气体的微泡造影剂FX530。这种造影剂的微泡平均直径约为(4±2) μm。微泡浓度约 1.2×109/ml～1.4×109/ml。
, 百拇医药
四、研究方案
整个研究分成常规基波显像、基波瞬间反应显像、常规二次谐波显像、谐波瞬间反应显像和生理盐水对照5组。每个实验组均按 0.02 ml/kg注射FX530，每组均随机重复注射8次。生理盐水对照组采用谐波瞬间反应显像方式。注射后即用2 ml生理盐水做冲洗注射，使造影剂以团注方式进入体内。每次注射间隔至少15 min。
五、视觉判断分析
由两名超声科医师独立对肝脏的造影效果进行视觉造影效果判断分级。造影增强效果按以下方法分级：0级,肝脏无显影;1级,肝脏轻度显影;2级,肝脏明显显影;3级,肝脏显影强烈。
六、视频密度分析
使用Tom-Tec工作站内置的声学造影软件(contrast)进行0～255级视频密度(即灰阶强度)分析。首先用S-VHS录像机回放造影录像，将30 s的造影过程等分为60帧图像进行采样，将感兴趣区置于肝实质区域(避免肝内大血管断面)，用motion correction功能校正呼吸运动位移。感兴趣区的形状为圆形或椭圆形，取样直径大小为(25,19)至(50,38)。
, 百拇医药
七、统计学分析
造影前后的视频密度比较使用配对t检验，不同显像方式之间的对比使用方差分析和均数t检验，视觉效果的比较采用χ2检验。
结果
一、视觉造影效果
使用瞬间反应显像技术后，二次谐波和基波产生的肝实质视觉造影效果评分均明显高于常规连续显像(P<0.01)。其中，以谐波瞬间反应显像的造影效果最为鲜明(图1～5)，肝实质均为3级强烈增强;瞬间反应技术对基波显像的造影效果也有一定程度提高(图1～3),但不如二次谐波显著;生理盐水对照组无造影效果(表1)。
表1 使用瞬间反应显像技术产生的肝脏显影
视觉效果对比(次) 组别
, 百拇医药
0级
1级
2级
3级
生理盐水
8
0
0
0
基波显像
1
7
0
0
, 百拇医药
基波瞬间显像
0
3
5
0
谐波显像
0
2
4
2
瞬间谐波显像
0
0
0
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8
图1 常规连续基波显像造影前兔肝脏断面
图2 常规连续基波显像造影后兔肝脏二维影像轻度增强
图3 瞬间基波显像造影后兔肝脏二维影像明显增强
图4 常规二次谐波显像造影后，兔肝内门静脉影像增强强烈，但肝实质增强不明显
, 百拇医药
图5 瞬间反应式二次谐波显像造影后，兔肝实质增强强烈
二、视频密度
采用瞬间反应显像技术后，不论二次谐波或基波产生的视频密度 值均有明显升高，表2为瞬间反应显像方式和常规连续显像方式产生的视频密度对比。使用瞬间反应显像产生的视频密度较连续显像明显升高，两组之间差别有非常显著性意义(P<0.01)。此外，瞬间反应显像使肝脏造影效果持续时间延长，时间效应曲线呈“高原”表现(图6)。
表2 对比瞬间反应显像与连续显像的造影视频密度峰值 项目
造影前基础值
连续显像
瞬间反应显像
基波
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73.38±10.38
93.63±10.19
110.0±10.35*
二次谐波
79.38±14.05
118.63±18.49
142.13±19.8*
注：与连续显像比较,*P<0.01
图6 二次谐波和瞬间谐波的视频密度比较
, 百拇医药 讨论
Porter等在研究心肌声学造影中发现，瞬间反应显像技术与二次谐波显像结合后，可以使心肌造影效果提高数倍,即使在很低剂量水平(0.0025～0.01 ml/kg)也会形成明显心肌显影，效果比单纯应用谐波显像好[3, 4]。本研究中，我们使用瞬间反应显像技术对正常兔肝脏声学造影效果进行了观察，结果表明，瞬间反应显像同样可以明显提高肝脏造影效果。这种效果在二次谐波显像中表现非常显著，而在基波显像中相对较差。显而易见，这是因为二次谐波对造影剂敏感的缘故。值得一提的是，在常规二次谐波显像情况下，造影剂在门静脉内的灌注影像往往很突出，相比之下，肝实质的增强效果相对较弱。使用瞬间反应显像技术后，肝实质获得了异常强烈的造影增强，造影效果显著提高(图3，5)。
一、 瞬间反应显像的原理
虽然该技术可以明显提高声学造影效果，但其具体作用机制尚不清楚，分析可能如下：①已知超声波能够改变造影剂微气泡的形态并增加微泡的破坏，但TRI仅在心动周期的某一时刻发射和接收信号，这大大减少了微泡的破坏率，驻留在心肌内的有效造影剂浓度比常规显像多；②造影剂首次暴露于声场形成的空化效应可以产生较强的声背向散射，虽然空化时间很短(毫秒级)，但由于造影剂采用了分子量大而弥散度极小的氟碳气体，空化时间可能延长；③超声能够改变白蛋白微泡的形态，使其产生凹变而降低声学散射性，瞬间反应显像的间歇性使凹变的微泡有恢复形态的机会，即呈现“变形-恢复”过程，这种过程可能恢复了造影剂的散射强度[5,6]。我们认为这种解释可能也同样适于对肝脏造影结果。
, 百拇医药
二、瞬间反应显像与肝脏造影
肝实质的显像主要靠门静脉灌注，这样造影剂要经过两次微循环才能达到肝脏，显像速度比心肌慢。我们在研究中还发现，当造影剂微泡大量灌注门静脉系统时，肝静脉内却没有明显的造影剂出现，国外一些学者也观察到这一现象[7]。我们认为这可能是由于肝脏网状内皮系统(Kupffer细胞)对造影剂微泡有摄取作用，经过多次循环后造影剂会逐渐在肝内聚集。在这个过程中，如果超声持续性发射势必造成持续性造影剂微泡的破坏。瞬间反应显像技术由于采用了间断发射超声的方法，使造影剂暴露于声场中的时间减少至几十分之一，从而可能使肝内有效的造影剂浓度增大，提高造影效果并延长有效造影持续时间。
三、瞬间反应显像的研究意义和不足
本研究从实验角度再次证明减少超声发射频率对于肝脏声学造影的重要性。瞬间反应显像技术为此提供了一种简便的解决方法，既可显著提高造影效果，又有可能减少造影剂用量。但是，由于瞬间反应显像是间断显像，超声显像的实时性较差，图像连续性不如实时显像。随着这一技术的不断完善，这种情况可望得到完全或部分的克服。
, 百拇医药
参 考 文 献
1，Goldberg BB, Liu JB, Forsberg F. Ultrasound contrast agents: a review. Ultrasound Med Biol, 1994,20:319-333.
2，Moriyasu F. Ultrasound contrast agents - newly developed agents and clinical utility. Nippon Rinsho, 1998, 56:848-853.
3，Porter TR, Xie F. Transient myocardial contrast following initial exposure to diagnostic ultrasound pressures with minute doses of intravenously injected microbubbles: demonstration and potential mechanisms. Circulation, 1995, 92:2391-2395.
, 百拇医药
4，Porter TR, Xie F. Improved myocardial contrast with second harmonic transient ultrasound response imaging in human using intravenous perfluorocarbon-exposed sonicated dextrose albumin. JACC, 1996,27:1497-1501.
5，Crumb LA, Roy RA, Dinno MA, et al. Acoustic cavition produced by microsecond pluses of ultrasound: a discussion of some selected results. J Acoust Soc Am, 1992, 91:1113-1119.
6，Wray RA, Zoghbi WA, Quinones MA, et al. Contrast echocardiography: relation of acoustic power and time gain compensation to contrast intensity duration. J Am Soc Echocardiogr, 1992,4:286-292.
7，Sirlin CB, Girard MS, Baker KG, et al. Effect of acquisition rate on liver and portal vein enhancement with microbubbles contrast. Ultrasound Med Biol, 1999,25, 3:331-338.
(收稿日期:2000-02-20), 百拇医药
单位：刘政(400037 重庆,第三军医大学新桥医院超声科)；李澎 谢峰(北京协和医科大学阜外医院超声科)；刘梅(北京军区总医院超声科)
关键词：超声检查;造影剂;肝;瞬间反应显像
中华超声影像学杂志000718
【摘要】 目的 评价瞬间反应显像在正常肝脏声学造影中的增强效果,并与常规二次谐波显像进行对比。方法 5只健康新西兰白兔经耳缘静脉注射氟碳声学造影剂，然后分别用瞬间反应式二次谐波显像和基波显像观察肝脏，对照以常规显像方式。结果 采用瞬间反应方式后，二次谐波和基波显像的造影效果有显著视觉改善，肝实质视频密度值在基波显像中由 93.63±10.19提高到 110±10.35，二次谐波则由 118.63±18.49 提高到 142.13±19.8，增强尤为明显。结论 瞬间反应显像可以明显提高二次谐波和基波显像的声学造影效果，尤对二次谐波增强显著。
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Experimental study of normal liver contrast ultrasonography by transient response imaging
LIU Zheng, LI Peng, XIE Feng, et al.
(Department of Ultrasound, Xinqiao Hospital of the Third Military Medical University, Chongqing 400037, China)
【Abstract】 Objective To assess the effectiveness of transient response imaging (TRI) in ultrasound contrast of normal liver, triggered second harmonic imaging (SHI) and non-triggered SHI were used in the comparsion. Methods Five normal rabbits were imaged with transient SHI, fundamental and continuous SHI, fundamental imaging after intravenously injection of perfluorocarbon contrast agent. The subjective scores and video intensities were used to estimate contrast effects.Results There was significant visual liver parenchyma enhancement of triggered fundamental or SHI than that of conventional mode. The video intensities of fundamental imaging were 93.63±10.19 (non-TRI) and 110±10.35 (TRI) corresponding to 118.63±18.49 (non-TRI) and 142.13±19.8 (TRI) in SHI.Conclusion Triggered SHI and fundamental imaging could significantly promote the gray scale enhancement of normal liver, especially in second harmonic imaging.
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【Key words】 Ultrasonography;Contrast media;Liver;Transient response imaging
新型声学造影剂结合二次谐波显像在正常肝脏声学造影中可以明显增强肝实质的二维超声影像，但造影剂微泡对连续性超声发射也表现出脆弱的一面，即造影增强在门静脉系统内较强，而肝实质相对较弱，有效增强持续时间较短，约20～30 s[1,2]。Porter等发现瞬间反应显像(transient response imaging，TRI)用于心肌造影后，可以使心肌造影效果提高数倍，并延长显影时间[3,4]。该技术采用了一种间断发射脉冲超声的方法，使二维超声成像仅在心动周期的某一时刻被触发，而不是连续性发射，这样可以避免常规连续性地发射脉冲超声对微泡造影剂的破坏。为此，本研究观察分析了瞬间反应显像用于动物肝脏造影的实验结果，现报告如下。
材料与方法
, 百拇医药
一、动物准备
本研究包括5只健康新西兰白兔，体重 2.0～2.6 kg。实验前用脱毛霜脱去肝区体毛。对每只兔使用2%戊巴比妥钠静脉麻醉后，固定于左侧卧位，超声探头置于右肋间，并连接动物心电图。
二、瞬间反应显像
采用Acuson公司的Sequoia 512型实验样机，8C4探头。该超声仪配有二次谐波显像和瞬间反应显像功能。二次谐波显像频率为 4.0/8.0 MHz,基波为 8.0 MHz。瞬间反应显像由动物心电R波触发，因动物心跳较快，故采用每两个心动周期成像一帧。在获得肝脏右叶切面后，将探头位置固定，将仪器的所有条件如发射功率、显像深度、增益等参数标准化固定。用SVHS录像带和磁光盘记录整个研究的图像。
三、声学造影剂
本研究使用阜外医院超声科实验室制作的含有氟碳气体的微泡造影剂FX530。这种造影剂的微泡平均直径约为(4±2) μm。微泡浓度约 1.2×109/ml～1.4×109/ml。
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四、研究方案
整个研究分成常规基波显像、基波瞬间反应显像、常规二次谐波显像、谐波瞬间反应显像和生理盐水对照5组。每个实验组均按 0.02 ml/kg注射FX530，每组均随机重复注射8次。生理盐水对照组采用谐波瞬间反应显像方式。注射后即用2 ml生理盐水做冲洗注射，使造影剂以团注方式进入体内。每次注射间隔至少15 min。
五、视觉判断分析
由两名超声科医师独立对肝脏的造影效果进行视觉造影效果判断分级。造影增强效果按以下方法分级：0级,肝脏无显影;1级,肝脏轻度显影;2级,肝脏明显显影;3级,肝脏显影强烈。
六、视频密度分析
使用Tom-Tec工作站内置的声学造影软件(contrast)进行0～255级视频密度(即灰阶强度)分析。首先用S-VHS录像机回放造影录像，将30 s的造影过程等分为60帧图像进行采样，将感兴趣区置于肝实质区域(避免肝内大血管断面)，用motion correction功能校正呼吸运动位移。感兴趣区的形状为圆形或椭圆形，取样直径大小为(25,19)至(50,38)。
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七、统计学分析
造影前后的视频密度比较使用配对t检验，不同显像方式之间的对比使用方差分析和均数t检验，视觉效果的比较采用χ2检验。
结果
一、视觉造影效果
使用瞬间反应显像技术后，二次谐波和基波产生的肝实质视觉造影效果评分均明显高于常规连续显像(P<0.01)。其中，以谐波瞬间反应显像的造影效果最为鲜明(图1～5)，肝实质均为3级强烈增强;瞬间反应技术对基波显像的造影效果也有一定程度提高(图1～3),但不如二次谐波显著;生理盐水对照组无造影效果(表1)。
表1 使用瞬间反应显像技术产生的肝脏显影
视觉效果对比(次) 组别
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0级
1级
2级
3级
生理盐水
8
0
0
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基波显像
1
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基波瞬间显像
0
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谐波显像
0
2
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瞬间谐波显像
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图1 常规连续基波显像造影前兔肝脏断面
图2 常规连续基波显像造影后兔肝脏二维影像轻度增强
图3 瞬间基波显像造影后兔肝脏二维影像明显增强
图4 常规二次谐波显像造影后，兔肝内门静脉影像增强强烈，但肝实质增强不明显
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图5 瞬间反应式二次谐波显像造影后，兔肝实质增强强烈
二、视频密度
采用瞬间反应显像技术后，不论二次谐波或基波产生的视频密度 值均有明显升高，表2为瞬间反应显像方式和常规连续显像方式产生的视频密度对比。使用瞬间反应显像产生的视频密度较连续显像明显升高，两组之间差别有非常显著性意义(P<0.01)。此外，瞬间反应显像使肝脏造影效果持续时间延长，时间效应曲线呈“高原”表现(图6)。
表2 对比瞬间反应显像与连续显像的造影视频密度峰值 项目
造影前基础值
连续显像
瞬间反应显像
基波
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73.38±10.38
93.63±10.19
110.0±10.35*
二次谐波
79.38±14.05
118.63±18.49
142.13±19.8*
注：与连续显像比较,*P<0.01
图6 二次谐波和瞬间谐波的视频密度比较
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Porter等在研究心肌声学造影中发现，瞬间反应显像技术与二次谐波显像结合后，可以使心肌造影效果提高数倍,即使在很低剂量水平(0.0025～0.01 ml/kg)也会形成明显心肌显影，效果比单纯应用谐波显像好[3, 4]。本研究中，我们使用瞬间反应显像技术对正常兔肝脏声学造影效果进行了观察，结果表明，瞬间反应显像同样可以明显提高肝脏造影效果。这种效果在二次谐波显像中表现非常显著，而在基波显像中相对较差。显而易见，这是因为二次谐波对造影剂敏感的缘故。值得一提的是，在常规二次谐波显像情况下，造影剂在门静脉内的灌注影像往往很突出，相比之下，肝实质的增强效果相对较弱。使用瞬间反应显像技术后，肝实质获得了异常强烈的造影增强，造影效果显著提高(图3，5)。
一、 瞬间反应显像的原理
虽然该技术可以明显提高声学造影效果，但其具体作用机制尚不清楚，分析可能如下：①已知超声波能够改变造影剂微气泡的形态并增加微泡的破坏，但TRI仅在心动周期的某一时刻发射和接收信号，这大大减少了微泡的破坏率，驻留在心肌内的有效造影剂浓度比常规显像多；②造影剂首次暴露于声场形成的空化效应可以产生较强的声背向散射，虽然空化时间很短(毫秒级)，但由于造影剂采用了分子量大而弥散度极小的氟碳气体，空化时间可能延长；③超声能够改变白蛋白微泡的形态，使其产生凹变而降低声学散射性，瞬间反应显像的间歇性使凹变的微泡有恢复形态的机会，即呈现“变形-恢复”过程，这种过程可能恢复了造影剂的散射强度[5,6]。我们认为这种解释可能也同样适于对肝脏造影结果。
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二、瞬间反应显像与肝脏造影
肝实质的显像主要靠门静脉灌注，这样造影剂要经过两次微循环才能达到肝脏，显像速度比心肌慢。我们在研究中还发现，当造影剂微泡大量灌注门静脉系统时，肝静脉内却没有明显的造影剂出现，国外一些学者也观察到这一现象[7]。我们认为这可能是由于肝脏网状内皮系统(Kupffer细胞)对造影剂微泡有摄取作用，经过多次循环后造影剂会逐渐在肝内聚集。在这个过程中，如果超声持续性发射势必造成持续性造影剂微泡的破坏。瞬间反应显像技术由于采用了间断发射超声的方法，使造影剂暴露于声场中的时间减少至几十分之一，从而可能使肝内有效的造影剂浓度增大，提高造影效果并延长有效造影持续时间。
三、瞬间反应显像的研究意义和不足
本研究从实验角度再次证明减少超声发射频率对于肝脏声学造影的重要性。瞬间反应显像技术为此提供了一种简便的解决方法，既可显著提高造影效果，又有可能减少造影剂用量。但是，由于瞬间反应显像是间断显像，超声显像的实时性较差，图像连续性不如实时显像。随着这一技术的不断完善，这种情况可望得到完全或部分的克服。
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参 考 文 献
1，Goldberg BB, Liu JB, Forsberg F. Ultrasound contrast agents: a review. Ultrasound Med Biol, 1994,20:319-333.
2，Moriyasu F. Ultrasound contrast agents - newly developed agents and clinical utility. Nippon Rinsho, 1998, 56:848-853.
3，Porter TR, Xie F. Transient myocardial contrast following initial exposure to diagnostic ultrasound pressures with minute doses of intravenously injected microbubbles: demonstration and potential mechanisms. Circulation, 1995, 92:2391-2395.
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4，Porter TR, Xie F. Improved myocardial contrast with second harmonic transient ultrasound response imaging in human using intravenous perfluorocarbon-exposed sonicated dextrose albumin. JACC, 1996,27:1497-1501.
5，Crumb LA, Roy RA, Dinno MA, et al. Acoustic cavition produced by microsecond pluses of ultrasound: a discussion of some selected results. J Acoust Soc Am, 1992, 91:1113-1119.
6，Wray RA, Zoghbi WA, Quinones MA, et al. Contrast echocardiography: relation of acoustic power and time gain compensation to contrast intensity duration. J Am Soc Echocardiogr, 1992,4:286-292.
7，Sirlin CB, Girard MS, Baker KG, et al. Effect of acquisition rate on liver and portal vein enhancement with microbubbles contrast. Ultrasound Med Biol, 1999,25, 3:331-338.
(收稿日期:2000-02-20), 百拇医药