心肌超声造影介绍

本话在于解答之前遇到的一个名词“心肌超声造影”,平时也听说过这种技术,但真正对他的了解还是现在。。。。。 心肌超声造影是指从外周静脉注入微泡造影剂,微泡通过肺循环到达左室腔,并进一步进入冠状动脉微循环,使得心肌对比性增强,从而改善心血管系统超声图像的显像技术。由于造影剂微泡大小及变形性与红细胞相当,且始终保持在血管内,故可视作红细胞示踪剂,因而被用于评估心肌、心脏肿块的血流灌注状况,并进一步达到诊断及估计预后的作用。 造影剂的物理特性 静脉注射后能到达左心的第一代造影剂是封装稳定的空气泡(Albunex)或附着于微粒上的空气泡(Levovist)。第二代造影剂使用低溶解度气体替换空气如Optison、SonoVue,具有微泡细小均匀、外壳稳定、弹性良好的特点。 在血液循环中,由于微泡内气体与微泡周围血液声阻抗的明显不匹配,使得声束在微泡表面发生强大的散射和反射,从而使血流的回声信号得以明显增强,这些特点大大提高了显影时间,使超声造影广泛用于心血管临床成为可能。第二代造影剂虽然仅以左室造影功能取得商业许可,但目前已被广泛用于心肌超声造影。 仍处于临床试验阶段、尚未商业化的第三代造影剂利用聚合物外壳和低溶解度气体,可以具有更多的声学特性,这些特性允许造影剂通过肺循环,充盈左室,显示心肌灌注。 微泡产生强大散射声信号的能力基于他们的可压缩性,后者取决于微泡外壳和内部气体的粘弹性和压力状态。微泡的封装要求稳定和持久,延长微泡寿命的是使用低溶解度和低扩散性的气体。另一方面,微泡还需有一定程度的脆性,使其最终能被破坏。 微泡的直径是决定散射特性的主要因素之一,大一些的微泡可产生更强的超声信号,减小微泡的直径则明显减低反射能力。理想的微泡直径大约为4um。目前最常用的二代造影剂有 SonoVue(Bracco,Milan,Italy),Optison(Amersham Health AS,Oslo,Norway)和 Definity(Bristol-Myers Squibb,Billerica,Massachusetts)。这些造影剂外壳和内含气体成分不尽相同,使得外壳刚性和微泡稳定性不同。 心肌超声造影的原理和方法 在声压下微气泡的变化决定了超声显影的机制。微气泡巨大的反射能力是由于气泡内气体和周围血液声阻抗不匹配造成。微泡和超声间的相互作用使得微泡在压力峰时微泡被压缩,压力低值时微泡扩张。能够通过肺循环的大小的微泡可以在频率1.5~7MHz时出现谐振,这恰巧是诊断性超声的频率。 微泡的振荡可以产生宽频的谐波信号:亚谐波,二次谐波,超高谐波(三次,四次,五次)。谐波反应取决于微泡的物理特性,包括微泡大小及其机械特征。与微气泡相比,心脏组织产生较少的谐波频率,因此选择性地接受谐波信号可以在微泡和心肌组织间优先检测到造影剂产生的信号。 特别的是微泡反应还取决于机械指数,后者是超声在弛张期的负压峰值与探头中心频率的平方根的比值。与固体组织不同,气泡的声学特征受波长影响。随着能量的增加,气泡在声波影响下出现线性振荡(MI1.0闪烁脉冲)。微泡浓度决定了信号的强度:浓度低时,信号强度呈线性增强,随着浓度增加,微泡与信号强度关系呈一曲线上升直至达到平台期。 冠脉系统包含冠状动脉、微小动脉、毛细血管、微小静脉及冠状静脉,心肌由直径90%的血管为毛细血管。心肌超声造影能在心肌毛细血管水平检测到造影剂微泡,因此能够评价组织的存活能力。左室约8%由微循环内的血液构成,被称为心肌血容量(myocardial blood volume,MBV),心肌血容量中90%由毛细血管中的血液构成。 正常灌注的心肌,毛细血管血流速度为1 mm/s,诊断超声束的厚度约为5 mm,因此气泡在冠状动脉微循环中达到饱和的时间约为5 s。当不存在冠状动脉狭窄性疾病时,心肌血流在负荷试验中每增加5倍,微泡达到饱和的时间缩短1 s。 冠状动脉狭窄性疾病导致狭窄微循环远端的血流量减少,造影时表现为造影剂增强强度减低。造影剂显影速度减慢和毛细血管血流量减少构成了心肌超声造影检测冠状动脉狭窄性心脏病的理论基础。超声微泡中所含有的低溶解度气体增强了微泡在低声压状态下振动的稳定性,但用于检测微泡的声波仍可以破坏微气泡,因此血流量越低时,达到峰值造影强度的时间越长。 目前心肌超声造影的常用技术有间断成像技术(intermittent imaging)和实时超声造影成像技术(real-time imaging)。前者采用高能量模式,比较容易显示心肌灌注,但不能实现实时动态观察;后者因为更容易探测到微泡产生的谐波信号,并因其低能量模式使微气泡的破坏达到最小,从而可以实时动态显示心肌灌注,并允许同时评价室壁运动。 评价心肌超声造影的结果有定性、半定量和定量方法。定性方法为直接判定心肌节段内造影剂有无增强。半定量方法有造影积分法和彩色编码分析法,后者需要行脱机分析,操作相对复杂,但较容易识别低灌注区或无灌注区。定量分析方法则采用定量分析软件对造影剂增强强度行曲线分析,同样需要脱机处理。 经外周静脉注射超声造影剂后,微泡在毛细血管床中的浓度可反映心肌血液容积(myocardial blood volume(A)),发射高能量脉冲破坏微泡后微泡再次出现的速度代表心肌血流速率(red blood cell velocity(β)),心肌血液容积与心肌血流速率乘积(Axβ)则可代表心肌血流量(myocardial blood flow(MBF))。 通过使用特定软件定量分析静息或负荷状态下心肌节段心肌血流量即可评价心肌血流灌注状况,还可计算冠脉血流储备(负荷状态心肌血流量/静息状态心肌血流量)、心肌血流速率储备。 心肌超声造影临床应用 一、冠脉疾病:冠脉疾病发病率逐年上升,随着溶栓治疗及血管重建术的广泛使用,由于心肌梗死导致的死亡率大大降低。 在急诊内科,对急性胸痛患者进行及时、准确的诊断尤为重要。除心肌酶谱及心电图检查之外,超声心动图可以有效检测节断性室壁运动异常,但对于某些如左室肥厚患者可能难以确诊。由于心肌超声造影可以立即评价室壁运动和血流灌注,并可床边实施,使得在急诊室快速评价心肌灌注成为可能,并可以用于将患者分为低危和高危,且可对冠状动脉疾病预后做出判断,使其应用日益广泛。 1、急性心肌梗死(AMI,acute myocardial infarction):急性心肌梗死时,由于冠状动脉某主支血栓性阻塞造成造影剂微泡不能进入该支冠脉远端灌注区,导致局部心肌出现灌注缺损。Janardhanan的研究中,42名因急性心肌梗死行溶栓治疗7~10天的患者同时接受心脏核磁共振检查(CMR,cardiac magnetic resonance)和心肌超声造影定性及定量分析,结果发现心肌超声造影判断透壁心梗范围与CMR有相同价值。 与SPECT相比,MCE更能准确确定透壁心梗范围。Kang的研究中纳入114名胸痛且不伴有心电图ST段抬高患者,将其常规检查(心电图、心肌酶谱检查、常规二维超声判断节断性室壁运动异常)与MCE进行比较,所有患者均接受冠脉造影或SPECT检查做为金对照,结果发现MCE诊断ACS的敏感性最高达77%,ST段变化为28%,血肌钙蛋白I阳性为34%,二维超声节断性室壁运动异常为49%,以上检查特异性相似,介于86%与93%之间。 另一项相似的研究中,100名胸痛患者进行了MCE量化分析检查,同时进行的金标准检查发现其中37名患ACS,而MCE量化分析检查的敏感性达到94%,特异性达到84%。因此MCE是一项极有临床应用价值的用于诊断胸痛患者病因的影像技术。 2、估计急性胸痛或急性心肌梗死患者预后:对于急诊科有急性胸痛的患者,心肌超声造影具有重要的估计预后的价值。心肌损伤的严重性目前主要通过心肌酶谱测定或室壁运动来估计,而心肌功能能否恢复主要取决于损失区域的血流再灌注状况。 Biagini等的研究发现心肌超声造影预测心肌功能恢复的敏感性和特异性分别达到87%和90%。冠状动脉血管成形术后梗死区域是否有血流再灌注通过胸痛是否缓解和抬高的ST段恢复状况来估计,但却可以通过心肌超声造影直视判断。 Reffelmann最早报道缺乏再灌注带来的临床损害。相反,急性心肌梗死再灌注后,完整的微循环是功能恢复的阳性预测指标。与其他评价指标相比,心肌超声造影未发现微循环功能障碍的患者临上有较小的心肌酶谱改变,心肌整体和局部运动功能恢复较好,较轻的左室重构。 心肌超声造影对患者的危险程度分级和诊断急性缺血性心脏病都具有重要的价值。急性心肌梗死病程早期如果发现心肌局部缺乏血流灌注时,临床医生应考虑疾病的严重程度,同样在坏死早期充血性心力衰竭时未发现血流灌注同为危险信号。 2、诊断慢性稳定型冠心病:Jeetley对计划实施冠脉造影的123名可疑冠心病患者行心肌声学造影及SPECT检查后发现2种检查诊断冠心病的敏感性和特异性相似[19]。Hayat等的研究显示心肌超声造影诊断63名左束支传导阻滞患者中冠心病的的敏感性与SPECT相似(92%vs 92%),特异性较SPECT显著提高(95%vs 47%)。 Senior的研究发现心肌超声造影较SPECT有更高的诊断效率。究其原因,SPECT诊断冠心病的理论基础是冠心病患者心肌摄取锝能力下降,而对于轻、中度冠脉狭窄仅有心肌血容量的变化、心肌血液容积变化不明显时,心肌锝摄取能力将无明显差异,导致SPECT对这一类患者诊断敏感性降低,心肌超声造影则可定量心肌血流量和血液容积变化。 与SPECT使用的锝示踪剂不同,心肌超声造影所用的造影剂微泡仅仅停留血管内,不会进入血管外,更不会被心肌细胞所摄取。Abdelmoneim等对13项类似研究的汇总分析支持将定量心脏超声造影做为诊断冠心病的非侵入性检查。 3、预测心脏事件:MCE的床边可行性使其成为评估急性心肌梗死患者的有效手段,并能在ICU 或CCU等科室预测心脏事件及快速划分患者危险度。Rinkevich等的一项研究显示心肌超声造影可以增加预测不伴心电图ST段抬高的急性胸痛患者发生心脏事件的准确性。 4、判断心肌存活能力:冬眠心肌或顿抑心肌的功能损伤已被证实是可逆性的,因此如何将其与死亡心肌区分开来有助于指导临床血管重建术的使用,而MCE则可以帮助判断这两种心肌。 刘蓉等对20例血运重建术前的心肌梗死患者行心肌超声造影,预测存活心肌的敏感性、特异性及准确性分别达到93.8%、64%和85.5%。申屠伟慧等的类似研究亦发现心肌超声造影能比较 准确地判断心肌梗死后心肌的存活性。心肌超声造影结合多巴酚丁胺负荷试验可以有效评价急性心肌梗死患者心肌存活能力,且可预测左室功能恢复状况。 Senior的研究显示与单纯使用心肌超声造影结果或多巴酚丁胺负荷试验结果相比,将二者结合预测对多巴酚丁胺无反应心肌节段功能恢复的敏感性显著提高(79%vs 58%and 59%),而特异性无显著差异。其他学者的研究得到了类似结果。Hayat的研究显示心肌超声造影是一项安全的可行的床边检查技术以判断存活心肌。当出现可逆性的心肌灌注异常的患者应提示临床医生立即为患者实施冠状动脉造影及血运重建术。 5、左室慢性缺血性功能障碍:左室慢性缺血性功能障碍通常发生在多支冠脉病变的CAD,因此相关研究多包括冠状动脉旁路搭桥术患者。一项研究中20名冠状动脉旁路搭桥术患者术前1~5天及术后3~4月均行MCE、多巴酚丁胺负荷超声及SPECT检查,结果发现MCE预测左室功能恢复敏感性和特异性分别达到90%和63%,高于另两项检查。 6、心力衰竭:心肌超声造影做为可床边进行的检查,可早期用于急性心力衰竭的患者以以快速评价左室整体和局部功能,并评价心肌灌注状况。一项研究发现MCE诊断CAD导致急性心力衰竭的敏感性和特异性分别达到82%和97%,MCE量化分析还可预测非CAD导致急性心力衰竭的远期危险性。即使患者未发现显著的心肌灌注异常,对心肌血流储备的判断同样可以帮助诊断处理心力衰竭。 二、心尖球形综合征(apical ballooning syndrome):可能是一种急性扩张型心肌病,临床表现类似急性心肌梗死,表现为一过性左室心尖部和中段室壁运动异常,但无明显冠状动脉病变的一组症候群。实时心肌超声造影可以实时同步评价心肌灌注和室壁运动,使其用于诊断心尖球形综合征成为可能。 Ramakrishna报道了一例35岁急性胸痛患者,既往无心血管疾病史及心血管病危险因素,临床诊断心尖球形综合征,心肌超肌超声造影使2位医生诊断心尖球形综合征的敏感性分别达到88%和96%,因此认为心肌超声造影可以替代冠脉造影用于诊断心尖球形综合征。