時間-強(qiáng)度曲線評價組織灌注的應(yīng)用研究

1、    時間-強(qiáng)度曲線評價組織灌注的應(yīng)用研究        本文探討能量條件下，時間-強(qiáng)度曲線建立的方法及其應(yīng)用的價值。 1試驗(yàn)資料和方法1.1聲學(xué)造影劑本研究采用阜外醫(yī)院超聲科實(shí)驗(yàn)室制作的含有氟碳?xì)怏w的微泡造影劑FX530，造影劑微泡平均直徑約為4±2m，微泡濃度為1.21.4×107/ml。1.2儀器成像儀器：惠普公司HP5500彩色超聲診斷儀，L7540高頻探頭，探頭頻率10MHz；像采集儀器：采用具有21230解碼芯片的動態(tài)像采集卡，裝配于海信P-

2、233PC計算機(jī)上，采集幀率30幀/s，每次采集時間為5分鐘，采集端口為S-video端口。1.3腎動脈狹窄動物模型的制作5只健康家兔，平均體重2.5±0.4 kg，全麻下開腹，游離一側(cè)腎動脈主干、腎臟。佩帶顯微操作鏡，對腎動脈主干均分為三等分，以銀夾分別進(jìn)行階段性鉗夾，鉗夾程度分四級：0級-未鉗夾；I級-鉗夾動脈主干1/3；級-鉗夾動脈主干2/3；級-完全鉗夾。每次鉗夾后穩(wěn)定5分鐘。     1顯示段間動脈、皮質(zhì)部位的曲線形態(tài)差異及其擬合，段間動脈的時間-強(qiáng)度曲線更寬闊     2示段間動脈時間-強(qiáng)度曲

3、線隨鉗夾程度的遞進(jìn)形態(tài)上的改變1.4造影試驗(yàn)步驟及方法所有試驗(yàn)的儀器條件均保持恒定。（1）試驗(yàn)方法：每次鉗夾腎動脈后，選取腎臟最大長軸切面，探頭固定，經(jīng)耳緣靜脈，以0.004 ml/kg的劑量團(tuán)注聲學(xué)造影劑FX530。推注的同時啟動像采集。     3示皮質(zhì)部位曲線形態(tài)隨鉗夾程度的變化而變化集卡進(jìn)行像采集。（2）成像方法：超聲像以心電門控R波觸發(fā)，即獲取每一舒張末期的造影像。全程記錄造影前后的心率。（3）像處理及分析過程：像分析軟件由同濟(jì)醫(yī)科大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院超聲科與武漢大學(xué)醫(yī)學(xué)像信息研究所共同開發(fā)。時間-強(qiáng)度曲線的描繪：按造影前后順序分別對腎皮質(zhì)部位及腎

4、段間動脈部位進(jìn)行取樣（取樣容積大小形態(tài)相同，取樣容積覆蓋腎段間動脈內(nèi)腔），確定并描記每一幀像取樣部位的平均視頻強(qiáng)度值，形成隨時間變化的視頻強(qiáng)度的變化描記點(diǎn)；曲線擬合：對描記出的點(diǎn)進(jìn)行伽嗎函數(shù)擬合，伽嗎函數(shù)為I（t）=I0（t-t0）be-a（t-t0）,I0=視頻強(qiáng)度度量單位，a、b=曲線形態(tài)參數(shù)；t0=注射造影劑至感興趣區(qū)的時間間隔。根據(jù)家兔血液循環(huán)平均時間5.5秒確定，較寬闊的時間-強(qiáng)度曲線擬合下降支的起始。2結(jié)果2.1腎臟不同部位的時間-強(qiáng)度曲線形態(tài)存在較大的差異，段間動脈的曲線形態(tài)寬闊，需較長時間才恢復(fù)至造影前水平，皮質(zhì)部位的曲線形態(tài)狹窄，在較短的時間內(nèi)即恢復(fù)至造影前水平（如1所示）。

5、2.2同一部位時間-強(qiáng)度曲線隨鉗夾程度的遞進(jìn)，曲線形態(tài)逐漸狹窄。即隨著血流量及灌注壓力的遞減曲線變狹窄（如2，3所示）。2.3兩個部位時間-強(qiáng)度曲線的參數(shù)和隨鉗夾程度的變化而發(fā)生改變，其中改變最為顯著的是曲線下面積。其他變化顯著的有：視頻強(qiáng)度造影峰值、段間動脈視頻強(qiáng)度下降斜率、平均渡越時間（表1）。2.4皮質(zhì)曲線下面積/段間動脈曲線下面積比率隨鉗夾程度的增加而遞減，曲線下面積反映血流容積的變化，面積比也反映了兩部位血流容積的比率（表2）。表1不同鉗夾程度時間-強(qiáng)度曲線參數(shù)差異曲線下面積造影峰值平均渡越時間下降斜率0*0*0*0*段間動脈皮質(zhì) 部位7257.9±941.96043.2&

6、#177;998.31780.02±4690241±1.3229.6±3.6172.8±4.558.6±2.511.04±0.466.9±2.13.6±0.903.1±0.585.8±1.2*10.72±3.1*無1282.3±237.6682.8±48.981.1±57.20236±9.5203.8±15.9101±9.660±3.62.7±0.051.97±0.11.6±0.2302

7、2.4±9.924.2±4.310.3±2.5無     *與未鉗夾相比，存在顯著性差異，P<0.05     4示面積比反映不同部位血流容積的變化3討論自從出現(xiàn)聲學(xué)造影劑后，已經(jīng)有很多學(xué)者1，2，5，6研究了時間-視頻強(qiáng)度曲線的意義，其指導(dǎo)思想是依據(jù)指示劑稀釋原理。盡管現(xiàn)階段大部分研究集中在心臟領(lǐng)域，而腎臟的灌注特點(diǎn)決定了其是更適合指示劑稀釋法測定血流灌注的器官：腎臟的血流灌注存在段間分布，且無側(cè)枝循環(huán)；腎臟實(shí)質(zhì)無明顯的心動時相的形態(tài)差異；腎皮質(zhì)部分含有大量的血管性結(jié)構(gòu)，適于評

8、價皮質(zhì)部位血流容積的變化。選擇以能量作為腎臟時間-強(qiáng)度曲線研究的成像基礎(chǔ)，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：極低劑量要求3，采用0.004 ml/kg，應(yīng)完全符合低劑量和線性相關(guān)的要求；造影劑散射體在介質(zhì)中呈松散分布的條件下，微泡造影劑的背向散射強(qiáng)度是與造影劑散射體數(shù)目線性相關(guān)的4，在0.004 ml/kg的劑量下，符合松散分布的要求，因此能量顯示的血管內(nèi)血流增強(qiáng)程度可以直接反映造影劑的含量；盡管能量的顯像也是視頻顯示，但其直接反映的是血流信息，因此對于評價血流灌注具有二維灰階成像不可比擬的優(yōu)勢。為排除不同心動時相對造影劑濃度的影響5，采用R波觸發(fā)門控動態(tài)獲取像，提取造影過程中每一個舒張末期的像，這種情況下可以

9、排除不同時相對視頻強(qiáng)度的影響。能量條件下團(tuán)注造影劑形成的視頻強(qiáng)度的變化符合伽嗎指數(shù)函數(shù)的變化，適于應(yīng)用伽嗎函數(shù)擬合。對較寬闊的段間動脈的曲線進(jìn)行擬合時存在一個確定二次循環(huán)的時間問題，根據(jù)指示劑稀釋原理，稀釋曲線擬合時不能將二次循環(huán)的波形或強(qiáng)度值擬合進(jìn)首次通過的曲線內(nèi)。因此根據(jù)家兔血流平均循環(huán)時間5.5 s作為基準(zhǔn)值，由心率轉(zhuǎn)換為峰值后若干次心動數(shù)（即取樣像數(shù)）作為擬合曲線的下降支的起始點(diǎn)（1示）。不同部位的曲線形態(tài)存在很大差異，特別是較粗大灌注動脈與實(shí)質(zhì)性組織之間。造成這種差異的原因，有學(xué)者認(rèn)為主要由三方面因素決定：血流速度，流速越快曲線越狹窄，即稀釋越快；造影劑平均渡越時間，這可以理解為造影

10、劑團(tuán)注進(jìn)入血管或?qū)嵸|(zhì)的單位容積內(nèi)造影劑團(tuán)最后為完全新鮮血液所取代的時間，平均渡越時間越長，曲線越平坦；取樣部位上下游血流中造影劑分布容積，分布容積越大，曲線下面積越大。考慮第一點(diǎn)原因時，必須確認(rèn)是在容積固定的條件下才有意義。造影劑在某一特定血管容積內(nèi)的平均渡越時間與特定部位上下游血流的分布容積是相互影響的。對于較粗大的灌注動脈而言，同樣的取樣容積內(nèi)含有比實(shí)質(zhì)部位更多的造影劑，其上下游血流的造影劑的分布容積也顯著高于實(shí)質(zhì)部位，加上灌注的高阻力（相對于實(shí)質(zhì)血管的低阻力），因此造影劑的稀釋過程明顯慢于實(shí)質(zhì)，稀釋曲線形態(tài)明顯寬于實(shí)質(zhì)部位。從不同部位時間-強(qiáng)度曲線形態(tài)的差異及曲線參數(shù)的變異，可以看出時間

11、-強(qiáng)度曲線的變化涉及復(fù)雜的生理背景，相關(guān)影響因素較多，因此在進(jìn)行指示劑稀釋試驗(yàn)研究時，需確認(rèn)一部分影響因素相對穩(wěn)定的疾病模型。隨鉗夾程度的遞進(jìn)，曲線下面積、峰值強(qiáng)度、平均渡越時間均存在顯著變化（P<0.05）。參數(shù)中最持續(xù)穩(wěn)定改變的是曲線下面積，這說明曲線下面積與血流量是密切相關(guān)，而且就單純指標(biāo)而言，曲線下面積作為一項較綜合性指標(biāo)，比其他參數(shù)更具有代表性和穩(wěn)定性。據(jù)George A Taylor，曲線下面積是與腎臟的血流灌注量直線相關(guān)的，這與我們的結(jié)果相符。腎段間動脈的時間-強(qiáng)度曲線的下降斜率隨鉗夾程度的遞進(jìn)，下降支斜率逐漸增大，即其稀釋過程增快，也可從其平均渡越時間的遞減反映。鉗夾腎動

12、脈主干是一急性過程，鉗夾后所引起的壓力梯度的降低，必然引起段間動脈的流速降低，因此段間動脈的曲線狹窄不可能是因流速的增快引起的，這種情況下段間動脈的時間-強(qiáng)度曲線的形態(tài)改變是由造影劑在血管內(nèi)血流分布容積決定的，也就意味著曲線下面積的變化反映的是造影劑所在血管內(nèi)血流容積的變化。此外，實(shí)質(zhì)部位曲線下面積與段間動脈曲線下面積的比值能較好的反映鉗夾程度的變化。由以上分析，腎動脈狹窄模型，曲線下面積與血流容積改變密切相關(guān)。因此上述兩者的比值反映了皮質(zhì)部位血管血流容積與段間動脈血管內(nèi)血流容積的比率，這為定量計算實(shí)質(zhì)部位血流量提供了一個有價值的指標(biāo)。綜上所述，造影增強(qiáng)腎能量時間-強(qiáng)度曲線能很好反映血管內(nèi)血流

13、容積的變化。單純討論曲線某一參數(shù)及形態(tài)在某一疾病中的意義是缺乏可比性和重復(fù)性，特別是在評價灌注功能時，必須首先確定所選疾病模型對時間-強(qiáng)度曲線而言是流速決定性還是血流容積決定性。在腎動脈狹窄模型條件下曲線下面積和面積比率可以很好的反映血流容積的變化，是評價腎血流灌注的良好指標(biāo)。作者簡介：周翔（1972），男，武漢市人，博士生。周翔（同濟(jì)醫(yī)科大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院超聲科，湖北 武漢430030）張青萍（同濟(jì)醫(yī)科大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院超聲科，湖北 武漢430030）柳建華（同濟(jì)醫(yī)科大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院超聲科，湖北 武漢430030）高興成（同濟(jì)醫(yī)科大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院超聲科，湖北 武漢430030）參考文獻(xiàn)1Karl

14、 Q,Gan P,Xucai C,et al.Volumetric arterial flow quantification using echo contrast.An in vitro comparison of three ultrasonic intensity methods:radio frequency,video and Doppler.Ultrasound in Med & Biol,1993,19（6）:447-460.2Daniele R,Valter L,Cristina V,et al.Detection of perfusion defects during coronary occlusion and myocardiol reperfusion after thrombolysis by intravenous administration of the echo-enhancing agent BRI.J Am Soc Echocardiogr