二次谐波显像评价冠脉血流储备和狭窄程度的实验研究
作者：李清 沈学东 朱伟 周京敏 姚瑞明 陈灏珠
单位：200032 上海市上海医科大学附属中山医院超声科
关键词：二次谐波显像；心肌声学造影；冠脉狭窄；冠脉血流储备
中国超声医学杂志990201 摘 要 目的：探讨二次谐波显像在定量评价冠脉血流储备和冠脉狭窄程度的价值。方法：采用二次谐波显像技术对11条冠脉不同狭窄程度的动物模型进行心肌声学造影。结果：正常或狭窄冠脉灌注区心肌的造影时间-强度曲线的曲线下面积(AUC)在罂粟碱介入前后的相对变化率与用电磁流量计测定的冠脉血流量的相对变化率即冠脉血流储备的相关性良好(r＝0.77，P＝0.0002)；而且狭窄冠脉支配的心肌缺血区在罂粟碱介入前后AUC的相对变化率与冠脉狭窄程度也有一定的相关性(r＝0.72，P＝0.02。结论：二次谐波显像技术可以定量评价冠脉狭窄后冠脉血流储备的变化，并且在一定范围内定量反映冠脉狭窄程度。
, 百拇医药
Experimental Study on Assessment of Coronary Blood Flow Reserve and
the Severity of Coronary Stenosis By Second Harmonic Imaging
Li Qing,Shen Xuedong,Zhu Wei,et al.
Shanghai Institute of Cardiovascular Diseases,Zhongshan Hospital,Shanghai Medical University,Shanghai 200032
ABSTRACT Objective:To determine whether myocardial contrast echocardiography(MCE)with second harmonic imaging(SHI)could accurately assess regional myocardial perfusion resulting from various degrees of coronary stenosis.Method：11 open-chest dogs were studied during baseline,following the creation of a coronary stenosis of variable severity and at the peak of papaverine-induced hyperemia.An ultrasound system(HP SONOS 5500)with SHI operating at 2.1/4.2 MHz and an off-line videodensitometric analysis system was used for data acquisition and analysis.The areas under the background-subtracted time-intensity curves(AUC)from MCE images in the beds supplied by normal and stenotic vessels were respectively measured at the left ventricular short axis view at mid-papillary muscle level.The results were compared with coronary blood flow(CBF) assessed by the electromagnetic flow probe.Results:The ratios of the AUC derived from the stenotic beds after to before papaverine administration correlated well with the index of coronary flow reserve(the ratios of CBF after to before papaverine administration)(r＝0.77；P＝0.002).The ratios of the AUC in the ischemic regions after to before papaverine administration were correlated well with degrees of coronary stenosis as defined as the ratio of the CBF after and before papaverine administration(r＝0.72；P＝0.02).However,this result only existed while the degrees of the vascular stenosis were more than 50%.Conclusion:MCE coupled with SHI can be used to simultaneously assess coronary blood flow reserve and the severity of the coronary stenosis.
, 百拇医药
KEY WORDS Second Harmonic Image Myocardial Contrast Echocardiography Coronary stenosis Coronary Flow Reserve
冠脉血流储备对慢性冠心病患者的病情判断和溶栓或介入治疗效果的评价具有重要意义，近年来对冠脉血流储备功能的检查正日益受到重视。二次谐波显像技术是一项评价心肌局部血流灌注的影像诊断新技术，它利用声学造影剂微泡在声场中的非线性共振，接收微泡产生的二次谐波，可以改善声学造影显示心肌血流灌注的能力。本文旨在探讨该技术在定量反映冠脉血流储备的变化和冠脉狭窄程度中的价值。
资料与方法
冠脉狭窄动物模型的建立 取11条雄性犬，体重11～16公斤，全麻后行左侧开胸术。沿左侧颈动脉插管至主动脉根部以备注入超声造影剂或血管活性药物罂粟碱。游离冠脉左前降支(LAD)或左回旋支(LCX)主干，并将冠脉缩窄器和电磁流量计分别置于其近端。先用电磁流量计测定LAD(LCX)的基础血流量，再调节缩窄器根据冠脉血流量的变化制作不同冠脉狭窄程度的动物模型。心电监护实验的全过程并监测动脉压的变化。
, 百拇医药
声学造影剂的制备 用JY-250声处理仪声振5%人血白蛋白，选用声振功率100W、时间50秒，即可获得微泡直径约为4～10的声学造影剂。
二次谐波显像和图像采集 采用HP SONOS 5500型样机，该仪器配有二次谐波显像功能。选用探头发射频率为2.1MHz，接收频率为4.2MHz。所取超声切面为左室乳头肌水平短轴切面。在基础状态即冠脉狭窄前罂粟碱(0.5mg/kg)介入前后、冠脉缩窄后罂粟碱介入前后，分别从主动脉根部恒速注入声学造影剂并行二次谐波显像和图像采集，同时用电磁流量计测定相应的冠脉血流量。每次造影的图像均储存于光盘和录像带中。仪器的设定条件如发射频率、增益、显像深度等参数以及造影剂注射剂量(2ml/次)、速度(1ml/s)在整个研究过程中保持不变。
声学密度测量分析 用HP SONOS 5500 型样机上的声学密度(AD)定量分析软件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的图像调出，把感兴感区分别置于LAD或LCX灌注的心肌区域，并以造影前心肌声学密度为本底，AD软件会自动给出相应心肌区域的减去本底的造影时间-密度曲线及其各项参数(图1)。
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图1 用AD软件测定的心肌造影时间-强度曲线及其各项参数
统计分析 选用曲线下面积(AUC)为测量指标，结果均以均数±标准差表示。对罂粟碱介入前后AUC之比与电磁流量计测定的冠脉血流储备及冠脉狭窄程度的关系作相关分析；冠脉狭窄前后及不同狭窄程度罂粟碱介入前后AUC之比的组间比较采用t检验。
结 果
11条犬中3条因室颤或急性肺水肿而死亡。在剩余8条犬中，缩窄LAD或LCX各4条，共接受52次基础或冠脉狭窄后的心肌造影，均获得满意的心肌显影效果，未见明显的声衰减现象。心肌声学造影过程中无明显的血流动力学变化，仅在注入罂粟碱后有短暂的心率增快。
1、造影时间-强度曲线AUC在罂粟碱介入前后的相对变化率与冠脉血流储备的关系
将冠脉狭窄前后LAD和LCX支配的心肌区域AUC在罂粟碱介入前后的相对变化率(给药后/给药前)与用电磁流量计所测的冠脉血流量(给药后/给药前)即冠脉血流储备作相关分析，结果显示，两者相关性良好，r＝0.77，P＝0.0002(图2)。
, 百拇医药
图2 AUC在罂粟碱介入前后的相对变化率与
冠脉血流储备的关系
2、罂粟碱介入前后正常血流灌注区、狭窄冠脉支配的缺血心肌区AUC之比(给药后/给药前)的变化。
基础状态时、冠脉狭窄后AUC在罂粟碱介入前后的相对变化率分别为1.57±0.51、0.99±0.40，而且两者的差别有显著意义(P＝0.004)。其中冠脉狭窄程度小于50%时的AUC在罂粟碱介入前后的相对变化率与狭窄前无显著性差别(P＝0.22)，而狭窄程度>50%时的AUC在罂粟碱介入前后的相对变化率与狭窄前、狭窄<50%时的AUC相对变化率的差别均有统计意义(P分别为0.003和0.009)(表1)。
表1 不同程度缺血心肌在罂粟碱介入前后AUC的变化(
±s) 缺血程度
, 百拇医药
AUC(给药后/给药前)
基础状态(n＝8)
冠脉狭窄后(n＝17)
狭窄<50%(n＝7)
狭窄≥50%(n＝10)
1.57±0.51
0.99±0.44*
1.27±0.36
0.79±0.31*
注：*与基础状态相比P<0.01
3、缺血区心肌的AUC在血管活性药物介入前后的相对变化率与冠脉狭窄程度的关系
, 百拇医药
对冠脉狭窄后缺血区AUC在罂粟碱介入前后的相对变化率与冠脉狭窄程度的相关分析表明：当狭窄>50%时，两者相关良好(r＝-0.72，P＝0.02)；而狭窄<50%时，两者无相关性(r＝0.63，P＝0.12)(图3)。
图3 缺血区心肌的AUC在血管活性药物介入前后的
相对变化率与冠脉狭窄程度的关系
讨 论
冠脉血流储备是指心肌需氧量增加至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。目前常用的检测冠脉血流储备的方法，如冠脉内多普勒血流测定需要将多普勒钢丝置于冠脉腔内具有创伤性，且不能提供受检冠脉支配区心肌血流灌注的信息〔1〕。而心肌声学造影作为一种新的超声诊断技术在评估冠脉血流储备方面的价值正日益受到人们的关注〔2～4〕。但由于目前常用超声仪器线性处理超声反射信号的灰阶动态范围有限，经压缩处理输出后的灰阶强度不能真正定量反映超声反射能量的大小，影响了对视频强度测量的准确性。二次谐波显像新技术利用声学造影剂微泡对声波的非线性传播及其二次谐波成分较其它组织明显增多的特点，采用接收两倍于发射频率声波的探头，只接收二次谐波背向散射信号，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〔5〕。
, 百拇医药
我们在本研究中正是将该技术运用于心肌声学造影中，结果表明，血管活性药物介入前后造影时间-强度曲线AUC的相对变化率与冠脉血流储备的相关性良好；正常血流灌注区和不同狭窄程度(特别是中重度狭窄即狭窄程度>50%)冠脉支配区心肌的AUC之比(给药后/给药前)有显著性差别；而且冠脉狭窄(中重度狭窄>50%)后缺血区心肌的AUC之比与冠脉狭窄程度有良好的相关性。可见，应用二次谐波显像技术可以定量估价冠脉狭窄后冠脉流储备力的变化，并且在一定范围内定量反映冠脉狭窄程度。
选择合适的造影剂注射剂量对心肌显像效果是至关重要的，注射剂量过大会产生声影，影响了后方结构的显示，注射剂量太小心肌与周围组织结构的对比会明显减弱。我们在本研究中采用二次谐波显像技术，减少了声学造影剂的注射剂量(2ml/次，原来剂量为3～4ml/次〔6〕，仍能获得满意的心肌显像效果，降低了声衰减作用对结果的影响，同时也能减少声学造影剂的潜在副作用。这一结果也提示，二次谐波显像技术对经静脉注射声学造影剂仍可能得到较好的心肌显影效果。
, 百拇医药
由于我们所用的造影剂为非经静脉注射的声学造影剂，因此本实验仍为一种有创性的检查。但随着新型经静脉声学造影剂的不断出现和发展，二次谐波显像技术将成为临床上非损伤性估价冠脉血流储备和判断冠脉狭窄程度的一种新的检测手段。
参考文献
[1]Keller MW,Glasheen W,Smucker ML,et al.Myocardial contrast echocardiography in humans.Ⅱ.Assessment of coronary blood flow reserve.J Am Coll Cardial,1988,12(4):925～934
[2]Rovai D,Ferdeghini EM,Mazzarisi A,et al.Quantitative aspects in myocardial contrast echocardiography.Eur Heart J,1995,16(Suppl J):42～45
, 百拇医药
[3]Reisner SA,Ong LS,Fitzpatrick PG,et al.Evaluation of coronary flow reserve using myocardial contrast echocardiography in humans.Eur Heart J,1992,13:389～394
[4]Poeter TR,Turner C,Jones LA,et al.Myocardial contrast echocardiography for the assessment of coronary blood flow reserve:Validation in humans.J Am Coll Cardial,1993,21(2):349～355
[5]Firschke C,Lindner JR,Goodman NC,et al.Myocardial contrast echocardiography in acute myocardial infarction using aortic root injections of microbubbles in conjunction with harmonic imaging.potential application in the cardiac catheterization laboratory.J Am Coll cardial,1997,29(1):207～216
[6]李 清，沈学东，陈灏珠等.心肌声学造影定量急性心肌梗塞后心肌血流量的实验研究。第五界华东心血管病学术会议。
(1998-07-31收稿), http://www.100md.com
单位：200032 上海市上海医科大学附属中山医院超声科
关键词：二次谐波显像；心肌声学造影；冠脉狭窄；冠脉血流储备
中国超声医学杂志990201 摘 要 目的：探讨二次谐波显像在定量评价冠脉血流储备和冠脉狭窄程度的价值。方法：采用二次谐波显像技术对11条冠脉不同狭窄程度的动物模型进行心肌声学造影。结果：正常或狭窄冠脉灌注区心肌的造影时间-强度曲线的曲线下面积(AUC)在罂粟碱介入前后的相对变化率与用电磁流量计测定的冠脉血流量的相对变化率即冠脉血流储备的相关性良好(r＝0.77，P＝0.0002)；而且狭窄冠脉支配的心肌缺血区在罂粟碱介入前后AUC的相对变化率与冠脉狭窄程度也有一定的相关性(r＝0.72，P＝0.02。结论：二次谐波显像技术可以定量评价冠脉狭窄后冠脉血流储备的变化，并且在一定范围内定量反映冠脉狭窄程度。
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Experimental Study on Assessment of Coronary Blood Flow Reserve and
the Severity of Coronary Stenosis By Second Harmonic Imaging
Li Qing,Shen Xuedong,Zhu Wei,et al.
Shanghai Institute of Cardiovascular Diseases,Zhongshan Hospital,Shanghai Medical University,Shanghai 200032
ABSTRACT Objective:To determine whether myocardial contrast echocardiography(MCE)with second harmonic imaging(SHI)could accurately assess regional myocardial perfusion resulting from various degrees of coronary stenosis.Method：11 open-chest dogs were studied during baseline,following the creation of a coronary stenosis of variable severity and at the peak of papaverine-induced hyperemia.An ultrasound system(HP SONOS 5500)with SHI operating at 2.1/4.2 MHz and an off-line videodensitometric analysis system was used for data acquisition and analysis.The areas under the background-subtracted time-intensity curves(AUC)from MCE images in the beds supplied by normal and stenotic vessels were respectively measured at the left ventricular short axis view at mid-papillary muscle level.The results were compared with coronary blood flow(CBF) assessed by the electromagnetic flow probe.Results:The ratios of the AUC derived from the stenotic beds after to before papaverine administration correlated well with the index of coronary flow reserve(the ratios of CBF after to before papaverine administration)(r＝0.77；P＝0.002).The ratios of the AUC in the ischemic regions after to before papaverine administration were correlated well with degrees of coronary stenosis as defined as the ratio of the CBF after and before papaverine administration(r＝0.72；P＝0.02).However,this result only existed while the degrees of the vascular stenosis were more than 50%.Conclusion:MCE coupled with SHI can be used to simultaneously assess coronary blood flow reserve and the severity of the coronary stenosis.
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KEY WORDS Second Harmonic Image Myocardial Contrast Echocardiography Coronary stenosis Coronary Flow Reserve
冠脉血流储备对慢性冠心病患者的病情判断和溶栓或介入治疗效果的评价具有重要意义，近年来对冠脉血流储备功能的检查正日益受到重视。二次谐波显像技术是一项评价心肌局部血流灌注的影像诊断新技术，它利用声学造影剂微泡在声场中的非线性共振，接收微泡产生的二次谐波，可以改善声学造影显示心肌血流灌注的能力。本文旨在探讨该技术在定量反映冠脉血流储备的变化和冠脉狭窄程度中的价值。
资料与方法
冠脉狭窄动物模型的建立 取11条雄性犬，体重11～16公斤，全麻后行左侧开胸术。沿左侧颈动脉插管至主动脉根部以备注入超声造影剂或血管活性药物罂粟碱。游离冠脉左前降支(LAD)或左回旋支(LCX)主干，并将冠脉缩窄器和电磁流量计分别置于其近端。先用电磁流量计测定LAD(LCX)的基础血流量，再调节缩窄器根据冠脉血流量的变化制作不同冠脉狭窄程度的动物模型。心电监护实验的全过程并监测动脉压的变化。
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声学造影剂的制备 用JY-250声处理仪声振5%人血白蛋白，选用声振功率100W、时间50秒，即可获得微泡直径约为4～10的声学造影剂。
二次谐波显像和图像采集 采用HP SONOS 5500型样机，该仪器配有二次谐波显像功能。选用探头发射频率为2.1MHz，接收频率为4.2MHz。所取超声切面为左室乳头肌水平短轴切面。在基础状态即冠脉狭窄前罂粟碱(0.5mg/kg)介入前后、冠脉缩窄后罂粟碱介入前后，分别从主动脉根部恒速注入声学造影剂并行二次谐波显像和图像采集，同时用电磁流量计测定相应的冠脉血流量。每次造影的图像均储存于光盘和录像带中。仪器的设定条件如发射频率、增益、显像深度等参数以及造影剂注射剂量(2ml/次)、速度(1ml/s)在整个研究过程中保持不变。
声学密度测量分析 用HP SONOS 5500 型样机上的声学密度(AD)定量分析软件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的图像调出，把感兴感区分别置于LAD或LCX灌注的心肌区域，并以造影前心肌声学密度为本底，AD软件会自动给出相应心肌区域的减去本底的造影时间-密度曲线及其各项参数(图1)。
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图1 用AD软件测定的心肌造影时间-强度曲线及其各项参数
统计分析 选用曲线下面积(AUC)为测量指标，结果均以均数±标准差表示。对罂粟碱介入前后AUC之比与电磁流量计测定的冠脉血流储备及冠脉狭窄程度的关系作相关分析；冠脉狭窄前后及不同狭窄程度罂粟碱介入前后AUC之比的组间比较采用t检验。
结 果
11条犬中3条因室颤或急性肺水肿而死亡。在剩余8条犬中，缩窄LAD或LCX各4条，共接受52次基础或冠脉狭窄后的心肌造影，均获得满意的心肌显影效果，未见明显的声衰减现象。心肌声学造影过程中无明显的血流动力学变化，仅在注入罂粟碱后有短暂的心率增快。
1、造影时间-强度曲线AUC在罂粟碱介入前后的相对变化率与冠脉血流储备的关系
将冠脉狭窄前后LAD和LCX支配的心肌区域AUC在罂粟碱介入前后的相对变化率(给药后/给药前)与用电磁流量计所测的冠脉血流量(给药后/给药前)即冠脉血流储备作相关分析，结果显示，两者相关性良好，r＝0.77，P＝0.0002(图2)。
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图2 AUC在罂粟碱介入前后的相对变化率与
冠脉血流储备的关系
2、罂粟碱介入前后正常血流灌注区、狭窄冠脉支配的缺血心肌区AUC之比(给药后/给药前)的变化。
基础状态时、冠脉狭窄后AUC在罂粟碱介入前后的相对变化率分别为1.57±0.51、0.99±0.40，而且两者的差别有显著意义(P＝0.004)。其中冠脉狭窄程度小于50%时的AUC在罂粟碱介入前后的相对变化率与狭窄前无显著性差别(P＝0.22)，而狭窄程度>50%时的AUC在罂粟碱介入前后的相对变化率与狭窄前、狭窄<50%时的AUC相对变化率的差别均有统计意义(P分别为0.003和0.009)(表1)。
表1 不同程度缺血心肌在罂粟碱介入前后AUC的变化(
±s) 缺血程度, 百拇医药
AUC(给药后/给药前)
基础状态(n＝8)
冠脉狭窄后(n＝17)
狭窄<50%(n＝7)
狭窄≥50%(n＝10)
1.57±0.51
0.99±0.44*
1.27±0.36
0.79±0.31*
注：*与基础状态相比P<0.01
3、缺血区心肌的AUC在血管活性药物介入前后的相对变化率与冠脉狭窄程度的关系
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对冠脉狭窄后缺血区AUC在罂粟碱介入前后的相对变化率与冠脉狭窄程度的相关分析表明：当狭窄>50%时，两者相关良好(r＝-0.72，P＝0.02)；而狭窄<50%时，两者无相关性(r＝0.63，P＝0.12)(图3)。
图3 缺血区心肌的AUC在血管活性药物介入前后的
相对变化率与冠脉狭窄程度的关系
讨 论
冠脉血流储备是指心肌需氧量增加至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。目前常用的检测冠脉血流储备的方法，如冠脉内多普勒血流测定需要将多普勒钢丝置于冠脉腔内具有创伤性，且不能提供受检冠脉支配区心肌血流灌注的信息〔1〕。而心肌声学造影作为一种新的超声诊断技术在评估冠脉血流储备方面的价值正日益受到人们的关注〔2～4〕。但由于目前常用超声仪器线性处理超声反射信号的灰阶动态范围有限，经压缩处理输出后的灰阶强度不能真正定量反映超声反射能量的大小，影响了对视频强度测量的准确性。二次谐波显像新技术利用声学造影剂微泡对声波的非线性传播及其二次谐波成分较其它组织明显增多的特点，采用接收两倍于发射频率声波的探头，只接收二次谐波背向散射信号，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〔5〕。
, 百拇医药
我们在本研究中正是将该技术运用于心肌声学造影中，结果表明，血管活性药物介入前后造影时间-强度曲线AUC的相对变化率与冠脉血流储备的相关性良好；正常血流灌注区和不同狭窄程度(特别是中重度狭窄即狭窄程度>50%)冠脉支配区心肌的AUC之比(给药后/给药前)有显著性差别；而且冠脉狭窄(中重度狭窄>50%)后缺血区心肌的AUC之比与冠脉狭窄程度有良好的相关性。可见，应用二次谐波显像技术可以定量估价冠脉狭窄后冠脉流储备力的变化，并且在一定范围内定量反映冠脉狭窄程度。
选择合适的造影剂注射剂量对心肌显像效果是至关重要的，注射剂量过大会产生声影，影响了后方结构的显示，注射剂量太小心肌与周围组织结构的对比会明显减弱。我们在本研究中采用二次谐波显像技术，减少了声学造影剂的注射剂量(2ml/次，原来剂量为3～4ml/次〔6〕，仍能获得满意的心肌显像效果，降低了声衰减作用对结果的影响，同时也能减少声学造影剂的潜在副作用。这一结果也提示，二次谐波显像技术对经静脉注射声学造影剂仍可能得到较好的心肌显影效果。
, 百拇医药
由于我们所用的造影剂为非经静脉注射的声学造影剂，因此本实验仍为一种有创性的检查。但随着新型经静脉声学造影剂的不断出现和发展，二次谐波显像技术将成为临床上非损伤性估价冠脉血流储备和判断冠脉狭窄程度的一种新的检测手段。
参考文献
[1]Keller MW,Glasheen W,Smucker ML,et al.Myocardial contrast echocardiography in humans.Ⅱ.Assessment of coronary blood flow reserve.J Am Coll Cardial,1988,12(4):925～934
[2]Rovai D,Ferdeghini EM,Mazzarisi A,et al.Quantitative aspects in myocardial contrast echocardiography.Eur Heart J,1995,16(Suppl J):42～45
, 百拇医药
[3]Reisner SA,Ong LS,Fitzpatrick PG,et al.Evaluation of coronary flow reserve using myocardial contrast echocardiography in humans.Eur Heart J,1992,13:389～394
[4]Poeter TR,Turner C,Jones LA,et al.Myocardial contrast echocardiography for the assessment of coronary blood flow reserve:Validation in humans.J Am Coll Cardial,1993,21(2):349～355
[5]Firschke C,Lindner JR,Goodman NC,et al.Myocardial contrast echocardiography in acute myocardial infarction using aortic root injections of microbubbles in conjunction with harmonic imaging.potential application in the cardiac catheterization laboratory.J Am Coll cardial,1997,29(1):207～216
[6]李 清，沈学东，陈灏珠等.心肌声学造影定量急性心肌梗塞后心肌血流量的实验研究。第五界华东心血管病学术会议。
(1998-07-31收稿), http://www.100md.com