心脏超声组织定征研究：急性缺血与再灌注过程中心肌组织回声强度变化及其与心肌收缩力的关系
作者：冉海涛 王志刚 邹建中 蒲世玉 苏海兵
单位：400010 重庆市重庆医科大学附属二院超声科
关键词：超声组织定征；回声强度；缺血与再灌注
中国超声医学杂志990404 摘 要 目的：观察心肌组织在急性缺血与再灌注过程中回声强度的变化及其与心肌收缩力的关系。方法：用自制DFY-Ⅰ型超声图像定量分析诊断仪对6只犬正常、缺血及再灌注过程中超声心动图局部心肌组织回声强度(dB值)及其心动周期变化幅度(CVdB)进行了动态定量分析，并同时测定室壁厚度和收缩期增厚率的变化。结果：冠脉阻断后20分钟，缺血区dB值增高(P<0.01)，CVdB值降低(P<0.01)。再灌注后10分钟，dB值即恢复正常(P＝NS)，CVdB值的恢复过程则相对缓慢，并与室壁收缩期增厚率的恢复同步且密切相关(r＝0.81，P<0.01)。结论：急性缺血时，心肌组织dB值增高，CVdB值降低；CVdB值与心肌组织收缩力的改变密切相关；通过定量分析超声心动图心肌组织回声强度变化，不但能区别正常与缺血心肌，同时可评估心肌组织的收缩功能。与国外学者所测背向散射积分一致
, http://www.100md.com
Ultrasonic Tissue Characterization:Quantitative Analysis of Echo
Intensity of Ischemic Myocardium Reperfusion and the Relationship
between Changes of Echo Intensity and Myocardial Contractility
Ran Haitao,Wang Zhigong,Zou Jianzhong,et al
The 2nd Hospital of Chongqing Medical University Chongqing 400010
ABSTRACT Objective:To investigate the relationship between changes of echo intensity and myocardial contractility in acute ischemia and reperfusion of the heart.Methods：The values of echo intensity(dB)and its magnitude of cyclic variation(CVdB)were measured in 6 open chest dogs before and after 20 min.of coronary occlusion and followed by reperfusion at selected intervals with quantitative analysis system type DFY-I.The wall thickness and wall thickening during systolic phase were both measured.Results:After 20 min of coronary occlusion,dB increased(P<0.01),CVdB decreased(P<0.01).10 min after reperfusion,dB and wall thickness recovered to basline values(P＝NS respectively),CVdB and wall thickening recovered slowly and the changes of CVdB correlated well with the changes of wall thickening(r＝0.8091 P<0.01).Conclusion:dB increased.CVdB decreased duing acute ischemia.CVdB correlated well with the contractile function of regional myocardium.Ischemia and nomal myocardium can be distinguished and contractility can be assessed on two dimensional echocardiographic images.
, 百拇医药
KEY WORDS Ultrasonic tissue characterization Echo intensity Myocardium ischemia and reperfusion Heart
一般超声心动图仪主要是利用较大组织界面(如心内、外膜、瓣膜等)的回声，通过分析M型和二维图像变化，了解心脏的结构、运动和部分功能，而对心肌组织的特性、状态和病理变化尚不太清楚。超声组织定征(UTC)力图通过一定的手段从组织回声信号中定量提取能反应组织结构和状态的信息，从而达到区别正、异常组织和鉴别病变性质的目的，是目前很重要的研究方向〔1〕。本实验旨在通过声像图回声强度(dB)定量分析，观察心肌组织在急性缺血与再灌注过程中回声强度的动态变化，探讨其与心肌收缩功能的关系。
资料与方法
实验动物 杂种犬6只，雄性4只，雌性2只，体重12～16Kg。
, 百拇医药
仪器 岛津SDU-800型超声心动图仪，探头频率3.75MHz；DFY-Ⅰ型超声图像定量分析诊断仪(下简称“定量仪”)，能与普通超声仪连机使用，具有自动实时采样和定量分析功能，其分辨率在原有基础上〔2，3〕又有大的提高，现为440×660像素点，256级GS(黑0～亮255GS)，85个超声强度等级(0～85dB)，有很高的灵敏度，可进行动态观察、记录。结果具有可信性、准确性和客观性。本研究的1dB＝3GS，符合一般声强计算方法〔4〕。
心肌缺血与再灌注动物模型的建立 6只犬均经腹腔注射麻醉(戊巴比妥钠25mg/kg),气管切开插管，用呼吸机正压人工通气。经左侧第五肋间开胸，打开心包，将心包四周固定于胸壁形成心包吊篮。仔细分离冠状动脉左前降支起始部，预置细线备用，按实验设计阻断或松解冠脉，即可造成所需动物模型。
数据测量和分析 均为同一人操作检测。检测时，在探头前方预先固定一特制小水囊，垂直置于左室前壁，以日常操作最佳图像为准，“定量仪”的参数调定为对比度32，亮度32。分别获取冠脉阻断前、阻断后20分钟及再灌注10、30、60、90分钟时的左室短轴舒张末期和收缩末期二维图像，实时输入定量仪。回声强度定量检测时，取样面积为16×20像素点左右，置于心内、外膜之间，以排除心内、外膜强回声的干扰。心电图QRS波起点为舒张末期，T波终点为收缩末期，dB值为舒张末期平均值，其心动周期差值＝舒张末期平均值-收缩末期平均值。
, 百拇医药
结 果
冠脉阻断前，犬左室前壁心肌组织回声dB值随心动周期改变而变化，舒张末期值大于收缩末期值(P均<0.01)，存在有明显的心动周期变异幅度。
冠脉阻断20分钟后，缺血区心肌组织dB值增高(P<0.01)，CVdB值降低(P<0.01)，同时室壁厚度变薄(P<0.01)，收缩期增厚率降低(P<0.01)。
再灌注10分钟后，dB值和室壁厚度均恢复正常(P<0.01)，CVdB值和室壁收缩期增厚率的恢复过程相对缓慢，二者密切相关(r＝0.81,P<0.01)(见表1)。
表1 缺血与再灌注过程中回声强度、室壁厚度及收缩期增厚率变化(
±s,n＝6) 参 数
, http://www.100md.com 正 常
缺血20分
再灌注后
10分
30分
60分
90分
dB
CVdB
WT(mm)
WT(%)
27.17±1.72
6.00±0.89
, http://www.100md.com
6.45±0.46
55.78±6.10
29.00±2.28
1.17±0.41
5.87±0.47
7.88±1.84
27.17±1.69
4.00±0.89
6.45±0.47
32.85±5.87
27.17±1.60
, 百拇医药 4.83±0.98
6.45±0.46
41.74±3.77
27.33±1.51
5.50±0.84
6.45±0.46
48.23±5.35
26.67±1.21
6.00±0.89
6.45±0.46
53.59±4.61
注：WT-室壁厚度，WT%-室壁收缩期增厚率
, http://www.100md.com
讨 论
本实验显示，冠脉阻断前，犬心肌组织回声dB值随心动周期而变化，舒张末期值大于收缩末期值，存在有明显的心动周期变化幅度；当急性心肌缺血时，缺血区心肌组织dB值增高，其心动周期变化幅度明显降低；缺血心肌再灌注后，dB值很快恢复正常，与室壁厚度相关，其心动周期变化幅度的恢复则相对缓慢，并与心肌收缩功能恢复密切相关。
由于心肌组织结构及特性的复杂性，声波在组织内传播、反射及回声强度变化的机制尚有待深入探讨。正常情况下心肌组织回声dB值随心动周期之变化，可能与心肌收缩和舒张致室壁厚度、组织结构、心肌纤维几何形状与排列及组织血供量随心动周期变化等因素有关〔5〕。实验中我们观察到，当心肌缺血后，缺血区心肌组织收缩力降低，表现为局部室壁收缩期增厚率降低，同时CVdB值亦降低。再灌注后，随着室壁增厚率的逐步增高，CVdB值亦逐步增大，并与室壁增厚率密切相关。以上结果说明：dB值在心动周期中的变化与心肌的收缩、舒张而致厚度变化密切相关，提示临床上可将CVdB值作为评价心肌收缩功能的参数，心肌收缩力强，室壁收缩期增厚率高，CVdB值就越大，反之则降低。急性心肌缺血时，dB值增高则与组织血流量减少和室壁变薄等因素有关。
, http://www.100md.com
超声组织定征是重要的研究方向，目前对超声背向散射积分(Integrated Backscatter IB)的研究较为热门，国外学者的研究表明，在正常情况下IB值随心动周期而变化，其周期性变异幅度(CVIB)与心肌收缩力相关，分析IB的变化可了解心肌组织的静力学和动力学特征〔6～8〕。已有应用IB技术对缺血性心脏病、心肌病等进行超声组织定征的报道〔9～12〕。但检测IB需要昂贵的仪器，尚难于在临床普及。本实验结果显示，心肌组织回声强度在正常、缺血及缺血心肌再灌注过程中的变化与国外学者所测IB值变化一致，能够提供IB所提供的组织特征信息。虽然平均dB值受个体因素的影响较大，但CVdB值因是计算的相对值，受胸壁、增益等的影响较小。通过定量分析局部心肌组织回声dB值的变化，以CVdB值作为参数，不但能区别正常和缺血心肌组织，也能反应心肌组织收缩力改变情况，且所用定量仪价格低廉，易于普及，不失为一简便易行的临床心脏超声组织定征检测方法。我们现正做进一步的动物及临床实验，以期完善这一新的超声组织定征方法。
, 百拇医药
本课题系重庆市重点科技攻关项目
参考文献
[1]冯 若主编.超声诊断设备原理与设计.中国医药科技出版社，1993，154
[2]王志刚，刘 宪，蒲世玉，等.超声心动图定量测值与经验判断回声强度的比较研究.中华超声影像学杂志，1996，5(6)：280～280
[3]王志刚，蒲世玉，于成银，等.风心病二尖瓣病变声像图回声强度定量及病理改变研究.中国超声医学杂志，1998，14(3)：19～21
[4]徐智章.两维彩阶显示在理论与应用中的研讨.中医学会首届彩阶超声诊断学术论文汇编，1992，1
[5]Patrik D.OBrein,William D.OBrein,Jr,Theodore L.Rhyne,et al.Relation of ultrasonic backscatter and acoustic propagation properties to myofibrillar length and myocardial thickness.Circulation,1995,91(1):171～173
, 百拇医药
[6]Madaras EI,Barzilai B,Perez JE,et al.Changes in myocardial backscatter throughtout the cardiac cycle.Ultrasonic Imaging,1983,5:229～231
[7]Sagar MD,Pelc Ph.D,Rhyne Ph.D,et al.Influence of heart rate.preload,afterload,and inotropic state on myocardral ultrasonic backscatter.Circulation,1988,77(2):478～483
[8]J.Naito,T.Masuyama,T.Mano,et al.Influency of preload,afterload,and contractility on myocardial:Ultrasonic tissue characterization with integrated backscatter.Ultrasond in Med & Biol,1996,22(3):305～312
, 百拇医药
[9]Samuel A.Wickline,Lewis J.Thomas Ⅲ,James G.Miller,et al.Sensitive detection of the effects of reperfusion on mycardium by ultrasonic tissue characterization with integrated backscatter.Circulation,1986,74(2):387～400
[10]Fabio Lattanzi,Paolo Spirito,FACC,Eugenio PIcano,et al.Quantitative assessment of ultrasonic myocardial reflectivity in hypertrophic cardiomyopathy.J Am Coll Cardial,1991,1085～1090
[11]Saeian K,Rhyne TL,Sagsar LB.Ultrasonic tissue characterization for diagnosis of acute myocardial infarction in the coronary care unit.Am J Cariol,1994,74:1211～1215
[12]Lung-Chun Lin,Chau-Chung Wu,Yi-Lwun Ho,et al.Ultrasonic tissue characterization for coronary care unit patients with acute myocardial infarction.Ultrasound in Med & Biol.1998,24(2):187～196
(1998-10-05收稿), http://www.100md.com
单位：400010 重庆市重庆医科大学附属二院超声科
关键词：超声组织定征；回声强度；缺血与再灌注
中国超声医学杂志990404 摘 要 目的：观察心肌组织在急性缺血与再灌注过程中回声强度的变化及其与心肌收缩力的关系。方法：用自制DFY-Ⅰ型超声图像定量分析诊断仪对6只犬正常、缺血及再灌注过程中超声心动图局部心肌组织回声强度(dB值)及其心动周期变化幅度(CVdB)进行了动态定量分析，并同时测定室壁厚度和收缩期增厚率的变化。结果：冠脉阻断后20分钟，缺血区dB值增高(P<0.01)，CVdB值降低(P<0.01)。再灌注后10分钟，dB值即恢复正常(P＝NS)，CVdB值的恢复过程则相对缓慢，并与室壁收缩期增厚率的恢复同步且密切相关(r＝0.81，P<0.01)。结论：急性缺血时，心肌组织dB值增高，CVdB值降低；CVdB值与心肌组织收缩力的改变密切相关；通过定量分析超声心动图心肌组织回声强度变化，不但能区别正常与缺血心肌，同时可评估心肌组织的收缩功能。与国外学者所测背向散射积分一致
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Ultrasonic Tissue Characterization:Quantitative Analysis of Echo
Intensity of Ischemic Myocardium Reperfusion and the Relationship
between Changes of Echo Intensity and Myocardial Contractility
Ran Haitao,Wang Zhigong,Zou Jianzhong,et al
The 2nd Hospital of Chongqing Medical University Chongqing 400010
ABSTRACT Objective:To investigate the relationship between changes of echo intensity and myocardial contractility in acute ischemia and reperfusion of the heart.Methods：The values of echo intensity(dB)and its magnitude of cyclic variation(CVdB)were measured in 6 open chest dogs before and after 20 min.of coronary occlusion and followed by reperfusion at selected intervals with quantitative analysis system type DFY-I.The wall thickness and wall thickening during systolic phase were both measured.Results:After 20 min of coronary occlusion,dB increased(P<0.01),CVdB decreased(P<0.01).10 min after reperfusion,dB and wall thickness recovered to basline values(P＝NS respectively),CVdB and wall thickening recovered slowly and the changes of CVdB correlated well with the changes of wall thickening(r＝0.8091 P<0.01).Conclusion:dB increased.CVdB decreased duing acute ischemia.CVdB correlated well with the contractile function of regional myocardium.Ischemia and nomal myocardium can be distinguished and contractility can be assessed on two dimensional echocardiographic images.
, 百拇医药
KEY WORDS Ultrasonic tissue characterization Echo intensity Myocardium ischemia and reperfusion Heart
一般超声心动图仪主要是利用较大组织界面(如心内、外膜、瓣膜等)的回声，通过分析M型和二维图像变化，了解心脏的结构、运动和部分功能，而对心肌组织的特性、状态和病理变化尚不太清楚。超声组织定征(UTC)力图通过一定的手段从组织回声信号中定量提取能反应组织结构和状态的信息，从而达到区别正、异常组织和鉴别病变性质的目的，是目前很重要的研究方向〔1〕。本实验旨在通过声像图回声强度(dB)定量分析，观察心肌组织在急性缺血与再灌注过程中回声强度的动态变化，探讨其与心肌收缩功能的关系。
资料与方法
实验动物 杂种犬6只，雄性4只，雌性2只，体重12～16Kg。
, 百拇医药
仪器 岛津SDU-800型超声心动图仪，探头频率3.75MHz；DFY-Ⅰ型超声图像定量分析诊断仪(下简称“定量仪”)，能与普通超声仪连机使用，具有自动实时采样和定量分析功能，其分辨率在原有基础上〔2，3〕又有大的提高，现为440×660像素点，256级GS(黑0～亮255GS)，85个超声强度等级(0～85dB)，有很高的灵敏度，可进行动态观察、记录。结果具有可信性、准确性和客观性。本研究的1dB＝3GS，符合一般声强计算方法〔4〕。
心肌缺血与再灌注动物模型的建立 6只犬均经腹腔注射麻醉(戊巴比妥钠25mg/kg),气管切开插管，用呼吸机正压人工通气。经左侧第五肋间开胸，打开心包，将心包四周固定于胸壁形成心包吊篮。仔细分离冠状动脉左前降支起始部，预置细线备用，按实验设计阻断或松解冠脉，即可造成所需动物模型。
数据测量和分析 均为同一人操作检测。检测时，在探头前方预先固定一特制小水囊，垂直置于左室前壁，以日常操作最佳图像为准，“定量仪”的参数调定为对比度32，亮度32。分别获取冠脉阻断前、阻断后20分钟及再灌注10、30、60、90分钟时的左室短轴舒张末期和收缩末期二维图像，实时输入定量仪。回声强度定量检测时，取样面积为16×20像素点左右，置于心内、外膜之间，以排除心内、外膜强回声的干扰。心电图QRS波起点为舒张末期，T波终点为收缩末期，dB值为舒张末期平均值，其心动周期差值＝舒张末期平均值-收缩末期平均值。
, 百拇医药
结 果
冠脉阻断前，犬左室前壁心肌组织回声dB值随心动周期改变而变化，舒张末期值大于收缩末期值(P均<0.01)，存在有明显的心动周期变异幅度。
冠脉阻断20分钟后，缺血区心肌组织dB值增高(P<0.01)，CVdB值降低(P<0.01)，同时室壁厚度变薄(P<0.01)，收缩期增厚率降低(P<0.01)。
再灌注10分钟后，dB值和室壁厚度均恢复正常(P<0.01)，CVdB值和室壁收缩期增厚率的恢复过程相对缓慢，二者密切相关(r＝0.81,P<0.01)(见表1)。
表1 缺血与再灌注过程中回声强度、室壁厚度及收缩期增厚率变化(
±s,n＝6) 参 数, http://www.100md.com 正 常
缺血20分
再灌注后
10分
30分
60分
90分
dB
CVdB
WT(mm)
WT(%)
27.17±1.72
6.00±0.89
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6.45±0.46
55.78±6.10
29.00±2.28
1.17±0.41
5.87±0.47
7.88±1.84
27.17±1.69
4.00±0.89
6.45±0.47
32.85±5.87
27.17±1.60
, 百拇医药 4.83±0.98
6.45±0.46
41.74±3.77
27.33±1.51
5.50±0.84
6.45±0.46
48.23±5.35
26.67±1.21
6.00±0.89
6.45±0.46
53.59±4.61
注：WT-室壁厚度，WT%-室壁收缩期增厚率
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讨 论
本实验显示，冠脉阻断前，犬心肌组织回声dB值随心动周期而变化，舒张末期值大于收缩末期值，存在有明显的心动周期变化幅度；当急性心肌缺血时，缺血区心肌组织dB值增高，其心动周期变化幅度明显降低；缺血心肌再灌注后，dB值很快恢复正常，与室壁厚度相关，其心动周期变化幅度的恢复则相对缓慢，并与心肌收缩功能恢复密切相关。
由于心肌组织结构及特性的复杂性，声波在组织内传播、反射及回声强度变化的机制尚有待深入探讨。正常情况下心肌组织回声dB值随心动周期之变化，可能与心肌收缩和舒张致室壁厚度、组织结构、心肌纤维几何形状与排列及组织血供量随心动周期变化等因素有关〔5〕。实验中我们观察到，当心肌缺血后，缺血区心肌组织收缩力降低，表现为局部室壁收缩期增厚率降低，同时CVdB值亦降低。再灌注后，随着室壁增厚率的逐步增高，CVdB值亦逐步增大，并与室壁增厚率密切相关。以上结果说明：dB值在心动周期中的变化与心肌的收缩、舒张而致厚度变化密切相关，提示临床上可将CVdB值作为评价心肌收缩功能的参数，心肌收缩力强，室壁收缩期增厚率高，CVdB值就越大，反之则降低。急性心肌缺血时，dB值增高则与组织血流量减少和室壁变薄等因素有关。
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超声组织定征是重要的研究方向，目前对超声背向散射积分(Integrated Backscatter IB)的研究较为热门，国外学者的研究表明，在正常情况下IB值随心动周期而变化，其周期性变异幅度(CVIB)与心肌收缩力相关，分析IB的变化可了解心肌组织的静力学和动力学特征〔6～8〕。已有应用IB技术对缺血性心脏病、心肌病等进行超声组织定征的报道〔9～12〕。但检测IB需要昂贵的仪器，尚难于在临床普及。本实验结果显示，心肌组织回声强度在正常、缺血及缺血心肌再灌注过程中的变化与国外学者所测IB值变化一致，能够提供IB所提供的组织特征信息。虽然平均dB值受个体因素的影响较大，但CVdB值因是计算的相对值，受胸壁、增益等的影响较小。通过定量分析局部心肌组织回声dB值的变化，以CVdB值作为参数，不但能区别正常和缺血心肌组织，也能反应心肌组织收缩力改变情况，且所用定量仪价格低廉，易于普及，不失为一简便易行的临床心脏超声组织定征检测方法。我们现正做进一步的动物及临床实验，以期完善这一新的超声组织定征方法。
, 百拇医药
本课题系重庆市重点科技攻关项目
参考文献
[1]冯 若主编.超声诊断设备原理与设计.中国医药科技出版社，1993，154
[2]王志刚，刘 宪，蒲世玉，等.超声心动图定量测值与经验判断回声强度的比较研究.中华超声影像学杂志，1996，5(6)：280～280
[3]王志刚，蒲世玉，于成银，等.风心病二尖瓣病变声像图回声强度定量及病理改变研究.中国超声医学杂志，1998，14(3)：19～21
[4]徐智章.两维彩阶显示在理论与应用中的研讨.中医学会首届彩阶超声诊断学术论文汇编，1992，1
[5]Patrik D.OBrein,William D.OBrein,Jr,Theodore L.Rhyne,et al.Relation of ultrasonic backscatter and acoustic propagation properties to myofibrillar length and myocardial thickness.Circulation,1995,91(1):171～173
, 百拇医药
[6]Madaras EI,Barzilai B,Perez JE,et al.Changes in myocardial backscatter throughtout the cardiac cycle.Ultrasonic Imaging,1983,5:229～231
[7]Sagar MD,Pelc Ph.D,Rhyne Ph.D,et al.Influence of heart rate.preload,afterload,and inotropic state on myocardral ultrasonic backscatter.Circulation,1988,77(2):478～483
[8]J.Naito,T.Masuyama,T.Mano,et al.Influency of preload,afterload,and contractility on myocardial:Ultrasonic tissue characterization with integrated backscatter.Ultrasond in Med & Biol,1996,22(3):305～312
, 百拇医药
[9]Samuel A.Wickline,Lewis J.Thomas Ⅲ,James G.Miller,et al.Sensitive detection of the effects of reperfusion on mycardium by ultrasonic tissue characterization with integrated backscatter.Circulation,1986,74(2):387～400
[10]Fabio Lattanzi,Paolo Spirito,FACC,Eugenio PIcano,et al.Quantitative assessment of ultrasonic myocardial reflectivity in hypertrophic cardiomyopathy.J Am Coll Cardial,1991,1085～1090
[11]Saeian K,Rhyne TL,Sagsar LB.Ultrasonic tissue characterization for diagnosis of acute myocardial infarction in the coronary care unit.Am J Cariol,1994,74:1211～1215
[12]Lung-Chun Lin,Chau-Chung Wu,Yi-Lwun Ho,et al.Ultrasonic tissue characterization for coronary care unit patients with acute myocardial infarction.Ultrasound in Med & Biol.1998,24(2):187～196
(1998-10-05收稿), http://www.100md.com