门控心肌灌注和心肌代谢显像动态评价小型猪室壁瘤形成后左心室功能和重构变化的实验研究

科雨彤，田丛娜，魏红星，田毅，王伟学，杨易剑，张宗耀，耿庆海，王琦，王红月，张晓丽，唐跃

门控心肌灌注和心肌代谢显像动态评价小型猪室壁瘤形成后左心室功能和重构变化的实验研究

科雨彤，田丛娜，魏红星，田毅，王伟学，杨易剑，张宗耀，耿庆海，王琦，王红月，张晓丽，唐跃*

目的：建立小型猪室壁瘤模型，应用门控心肌灌注和心肌代谢显像动态评价室壁瘤形成过程中左心室心肌灌注、左心室整体功能及局部功能的变化，并探讨室壁瘤大小（呈反向运动或无运动的心肌节段数）与左心室功能[ 左心室射血分数 （LVEF） ]及左心室重构程度[ 左心室收缩末期容积 （LVESV） 和舒张末期容积 （LVEDV） ]的关系。

方法: 中华小型猪16只，雌雄不限，采用结扎钝缘支远端，阻断回旋支供应心尖部血流，并在冠状动脉左前降支第一对角支分叉处以下1 cm处放置Ameroid 环的方法建立模型，并在建模后的不同阶段（1 W、4 W、8 W）采用门控心肌灌注和心肌代谢显像动态观测心肌灌注减低程度和范围、室壁瘤形成情况以及LVEF、LVEDV、 LVESV等变化情况，并分析各指标间的相关性。

结果： 5头猪术中死亡，2头于术后第1周显像前死亡。6头猪在第8周末证实有室壁瘤形成，以病理结果为金标准。9头猪成功完成动态显像。显像结果为，在第1周（基础）有4头猪形成心尖部大室壁瘤，2头猪形成心尖部小室壁瘤，3头猪无室壁瘤形成。大室壁瘤猪第4周及第8周显像结果提示灌注受损范围及程度不断增加，室壁瘤逐渐增大，LVESV和LVEDV不断增加，而LVEF逐渐下降；而小室壁瘤或无室壁瘤猪的动态观察结果显示，以上指标均趋于相对稳定；另外，室壁瘤大小与LVEF、LVEDV和LVESV均呈较好的相关性（r 值分别为-0.726、0.855和0.825，P均＜0.05）。

结论： 在室壁瘤形成的初期，当心肌灌注受损范围及程度比较严重时，容易形成大的室壁瘤，左心室整体功能受损程度和左心室重构程度随时间延长将逐渐加重，预后不良。反之，不形成或形成小的室壁瘤，预后较好，随时间变化均无明显心室重构。提示在急性期形成室壁瘤的大小可以在早期预测左心室整体收缩功能及左心室重构程度的发展趋势。

室壁瘤; 左心室重构； 动物模型； 门控心肌灌注显像； 门控心肌代谢显像； 预后

Methods: LVA model was established by occlusion of left circumflex artery (LCX) and placing an Ameroid constrictor at the proximal end of left anterior descending artery (LAD) in a total of 16 Chinese mini-pigs. At the 1st, 4thand 8thweeks of surgery, the changes of total perfusion defect (TPD), LVA formation and LVEF, LVESV, LVEDV were dynamically evaluated by GSPECT and GPET; the relationships between the size of LVA and LVEF, LVESV, LVEDV were analyzed respectively.

Results: There were 5 pigs died in surgery and 2 died at the 1stweek of modeling. According to golden (pathological) standard, 9 animals successfully finished the dynamic imaging study. At the 1stweek of (basic) modeling, 4 animals formed large LVA, 2 formed small LVA at the apex and 3 without LVA formation. At the 4thand 8thweeks of modeling, dynamic imaging presented that the animals with large LVA had gradually increased range and degree of perfusion defect, LVEDV, LVESV, while gradually decreased LVEF; the above indexes were relatively stable in animals with small or none LVA. In addition, the size of LVA was related to LVEF (r=-7.26), LVEDV (r=0.855) and LVESV (r=0.825), all P＜0.05.

Conclusion: In experimental pigs, at the beginning of LVA formation, large range and severe perfusion defect may cause large aneurysm, the LV functional damage and remodeling may gradually increase and the prognosis is poor; in contrast, the animals with small or none LVA have better prognosis and usually without ventricular remodeling; which implies that in acute phase of LVA formation, the size of aneurysm may predict the trend of global LV systolic function and remodeling at the early stage.

(Chinese Circulation Journal, 2015,30:580.)

室壁瘤是急性透壁性心肌梗死后的严重并发症之一，其形成可导致心功能不全、左心室附壁血栓形成及心律失常等，患者往往预后不佳[1-3]。既往的研究通过实时三维超声心动图测定室壁瘤容积大小，并评价与左心室功能变化的关系[4]。然而，测定室壁瘤容积的准确性受到图像质量及扇形角度等多种技术因素的限制。另外，在冠状动脉结扎几秒钟后，即可出现左心室室壁运动异常，且早于心电图的ST-T 改变[5]，提示心肌缺血性改变早期导致心肌室壁运动障碍。我们既往对室壁瘤患者的深入研究，发现采用“一站式”门控心肌灌注显像和心肌代谢显像方法，可以准确评价室壁瘤患者的左心室功能，并且与磁共振显像获取的心功能参数有很好的相关性[6,7]。但是由于临床研究的局限性，对室壁瘤患者不能在完全无任何干预（接受药物或者手术）治疗的情况下，动态观察其发生发展的规律以及相关的影响因素。因此，如果我们通过动物实验研究，采用门控心肌灌注显像+心肌代谢显像“一站式”的显像方法，动态观察室壁瘤形成过程中，根据室壁运动异常的范围（无运动或反向运动）来判断室壁瘤的大小，并探讨是否可以在早期预测室壁瘤形成后左心室功能及左心室重构程度的发展趋势，这将对临床实践中有关室壁瘤患者治疗方案的制定及估测预后有重要价值。为此，本研究通过建立小型猪室壁瘤模型，采用门控心肌灌注和心肌代谢显像,动态观测建模后室壁瘤形成的不同阶段（1 W、4 W、8 W）的心肌灌注、左心室整体功能以及左心室重构程度的变化过程，采用门控心肌代谢显像显示有特征性室壁运动异常（反向运动或无运动）的心肌节段数来反映室壁瘤的大小，并评价其与左心室整体功能及左心室重构程度的关系。

1 材料与方法

10月龄中华小型猪16头，质量（24.2 ± 3.6） kg，雌雄不限[8]，由中国农业科学院提供。所有试验动物均按照实验动物伦理学要求进行，符合美国国立卫生研究院颁布的《实验动物管理和使用指南》。实验方案获得中国医学科学院，阜外心血管病医院实验动物伦理委员会的批准。

小型猪心尖部室壁瘤模型的建立：小型猪当日禁食，以氯胺酮（35 mg/kg）和地西泮（1.5 mg/kg）肌肉注射进行全身麻醉，经耳缘静脉建立输液通道，气管插管连接900C型呼吸机辅助呼吸，术中全程心电监护并静脉滴注利多卡因（0.5 mg/min）预防室性心律失常。右侧卧位，左胸部备皮，常规消毒铺巾。于左胸第4～5肋间切口，逐层切开皮肤、皮下组织及肋间肌肉，充分暴露视野。剪开心包，暴露心脏前壁、侧壁的冠状动脉，观察冠状动脉的走行和分布情况。文氏钳小心分离钝缘支远端并进行永久性结扎，以阻断回旋支供应心尖部血流[9，10]。结合目前国际上公认的建立慢性缺血和冬眠心肌模型的方法，用文氏钳小心分离冠状动脉左前降支中段，并在第一对角支分叉处以下1 cm处放置Ameroid 环[11]。观查心电图出现ST段压低、上抬，肉眼观测局部室壁运动明显减弱，待小猪平稳后关胸。术后予镇痛及预防感染等处理。

图像采集与数据分析：99m锝-甲氧基异丁基异晴（99mTc-MIBI ）静息核素心肌灌注计算机断层显像（SPECT）。在动物模型建立后第1周、4周和8周，行静息心肌灌注显像[12]，检查前12 h禁食水，采集仪器为德国Siemens ecam双探头SPECT。静脉注99mTc-MIBI 370～555 MBq 45 min后，将动物仰卧位固定，顺时针方向共采集30帧图像，矩阵64×64，放大倍数2.0倍。经重建后，获得心脏短轴、垂直长轴和水平长轴的图像。

18F-脱氧葡萄糖（18F-FDG ）正电子发射计算机体层摄影/计算机断层扫描心肌代谢显像（PET/ CT）。隔日，测定小猪基础血糖后，静脉给5%葡萄糖注射液200 ml，15 min后复测血糖浓度，待血糖上升到8.88 mmol/L以上后，静脉注射胰岛素1～3 U，20 min 后复测血糖，将患者血糖调节到7.77～8.88 mmol/L后，静脉注射18F-FDG 111～185 MBq，1 h后采用Truepoint-Biography 64 排PET/CT仪动态门控采集心肌葡萄糖代谢图像，经计算机重建处理，获得心脏短轴、垂直长轴和水平长轴的图像。

图像处理与分析：静息心肌灌注显像采用滤波反投影法（Butterworth滤波，截止频率0.4，陡度因子为5）进行图像重建（图1）；图像采用QPS 软件（3.1版，美国西德斯西奈医学中心），获得反映左心室17节段心肌灌注受损情况的指标，包括程度+范围为参考指标。

门控心肌代谢显像采用迭代法（迭代4次，子集数为8）进行图像重建。图像采用QGS软件进行分析，获得左心室整体功能参数，包括左心室舒张末容积（LVEDV），左心室收缩末容积（LVESV）和左心室射血分数（LVEF）。局部功能采用17节段法，获得室壁运动评分（WM，0分：室壁运动正常；1分：轻度减弱；2分：中度减弱；3分：重度减弱；4分：无运动；5分：反向运动）和室壁增厚率评分（WT，0分：室壁增厚率正常；1分：轻度减低；2分：中度或重度减弱；3分：无室壁增厚）。将室壁无运动或反向运动，同时合并室壁增厚消失，即WM≥4分并合并WT=3分定义为室壁瘤累及的心肌节段数，代表室壁瘤的大小[13]。将WM≥4分并合WT=3分的节段数≥3段，定义为大室壁瘤。将WM ≥4分同时合并WT=3分的节段数＜3段，定义为小室壁瘤。同时获得室壁运动异常总分（SMS）和范围（SM%）。 当QPS及QGS软件自动勾画心内膜不佳时,采用手动勾画。

图1 门控心肌代谢显像QGS软件分析示意图

大体病理取材及结果分析：建模后第8周显像完毕后，处死动物并取心脏，或于动物猝死后2 h内取心脏。将左心室由心尖向心底部顺序均匀切成6～8块，以37℃ 1%的2，3，5-氯化三苯基四氮唑溶液浸泡10 min。根据病理大体染色的结果，将出现透壁性心肌梗死，即颜色灰白，室壁变薄并向外膨出的部位定义为室壁瘤形成。将仅表现为心尖部心肌组织变薄，心内膜下纤维化，与周围正常组织分界不清，定义为非透壁性心肌梗死。

表1 9头小型猪在建模后第1周、4周和8周门控心肌灌注和心肌代谢的动态显像结果

表1 9头小型猪在建模后第1周、4周和8周门控心肌灌注和心肌代谢的动态显像结果

注：TPD：心肌灌注减低程度和范围；LVA：为室壁瘤累及心肌节段数，即室壁运动评分≥4分合并室壁增厚率评分=3分的节段数；SMS：室壁运动异常总分；SM：室壁运动异常范围；LVEDV：左心室舒张末期容积；LVESV 左心室收缩末期容积；LVEF：左心室射血分数

?

2 结果

总体情况：5头猪因术中结扎冠状动脉后或在放环后出现室性心动过速及心室颤动等恶性心律失常，抢救无效死亡；1头猪采集图像采用非常规体位，因此无法重建图像；1头猪由于无法耐受麻醉，没有进行门控采集。建模术后，9头猪完成第1周显像，8头猪完成第4周显像，仅4头猪完成第8周显像。

病理结果：在术后存活并完成显像的9头猪中，经病理结果证实，其中6头猪心尖部有室壁瘤形成，部分可累及前壁及前侧壁。另外3头猪仅表现为非透壁性心肌梗死。

9头小型猪在建模后第1周、4周及8周门控心肌灌注和心肌代谢动态显像结果：有4头猪第1周显像提示广泛心尖部血流灌注及代谢均明显受损，部分可累及前壁及前侧壁，WM≥4分合并WT=3分的节段数≥3段，提示有较大室壁瘤形成。动态显像结果显示（表1），随时间延长，心肌灌注受损程度和范围不断增加，室壁瘤逐渐变大，LVEF及左心室室壁运动呈明显减低趋势，而LVEDV和LVESV呈逐渐增加趋势，但将第4周及第8周显像结果分别与第1周显像结果相比较，差异无明显统计学意义。

有2头猪第1周显像提示心尖部血流灌注及代谢均受损，WM≥4分合并WT=3分的节段数＜3段，

9头猪第1周的显像结果的Pearson直线相关性分析和线性回归分析：发现室壁瘤大小与LVEF呈明显负相关性（r=-0.726，P=0.027），而与LVEDV及LVESV呈较好的正相关性，r值分别为0.855、0.825，P值分别为0.003和0.006，均有统计学意义。

3 讨论

本研究对冠状动脉采用结扎+放置环相结合的方法建立猪的室壁瘤动物模型，经病理结果证实，建模成功率可达72.7%，经心肌灌注/代谢显像发现多数（54.5%）动物在建模后第1周即可形成室壁瘤。

既往研究以大样本（n=96例）的心肌代谢严重受损且伴有明显左心室重构的室壁瘤患者为研究对象[6]，发现对于大范围心肌灌注缺损的室壁瘤患者，PET门控心肌代谢显像测定LVEF值更接近于磁共振成像的测定值。而有大范围心肌存活的患者,由于门控心肌代谢显像图像的左心室心肌的完整性更大，更有益于QGS软件勾画左心室心内膜边界,使门控心肌代谢显像评价左心室功能的准确性更高。本研究的主要实验对象为大室壁瘤的动物，所以主要采用门控心肌代谢显像的所测得的LVEF，LVEDV，LVESV等数据进行动态的评价。

本研究通过第4周或8周的动态显像，发现第1周显像提示室壁瘤较小或无室壁瘤形成的5头猪，随

着时间延长，心肌灌注受损程度可以逐步改善或无变化, 表现为心肌灌注受损程度和范围减小或无变化，室壁运动逐渐好转，表现为SMS及SM%逐渐下降，无明显的左心室重构程度且变化不明显，而左心室功能有所改善，LVEF增加，猪转归良好；而室壁瘤较大的4头猪，随时间延长，心肌灌注受损程度逐渐加重，表现为心肌异常范围和程度不断增加，室壁瘤逐渐变大，室壁运动逐渐减低，表现为室壁运动异常总分和室壁运动异常范围进行性增加，而左心室重构程度和左心室整体功能受损程度不断增加，表现为心室容积不断增加，LVEF逐渐减低，整体情况不断恶化。所以，本动物实验研究结果提示，在室壁瘤形成早期，心肌灌注受损范围不同，形成的室壁瘤大小不同，左心室整体功能和左心室重构程度的转归也不同。

本研究进一步对室壁瘤大小与LVEF和左心室重构指标进行Pearson相关性分析发现，室壁瘤大小与LVEF呈明显负相关性，而与LVEDV、LVESV呈明显正相关性，提示室壁瘤累及的心肌节段数越多，左心功能受损及左心室重构程度越严重，预后越差；相反，室壁瘤累及的范围越小，心功能受损程度及左心室重构程度越不明显，预后相对较好。根据回归方程计算，室壁瘤累及节段数的增加与LVEF的下降及LVEDV、LVESV的增加呈近似1:4的关系。与LVEF的相关性相比，室壁瘤累及的心肌节段数与反应左心室重构程度的指标（包括LVEDV及LVESV）的相关性更好。提示在室壁瘤形成初期，室壁瘤大小（累及心肌节段数）对左心室重构程度的影响可能比对左心室整体功能的影响更明显。

本研究的独特之处在于采用和人体心脏病理生理学特性接近的小猪而制作室壁瘤模型，并在无任何干预治疗的情况下首次报道了采用核素显像的方法对室壁瘤形成过程及转归进行动态的深入研究，对临床治疗方案的制定和估测预后有重要价值。然而，本研究的局限性为，采用大动物作为研究对象，必须采用价格比较昂贵但是分辨率和灵敏度等性能很好的SPECT和PET显像设备，而且要在建模成功后第4周和8周分别进行显像，导致本研究的实验周期较长，对非疾病造成动物死亡的因素不易控制，且操作复杂，因此在不同阶段的大动物数量相对较少，为获得更加可靠的结论，需要在本研究的基础上继续增加样本数量或可在有小动物显像设备的单位对小动物（如小鼠）等进行相关实验研究。相关研究表明，18F-FDG PET心肌代谢显像受血糖以及缺血心肌异常摄取等因素影响[14]，存在一些假阳性和假阴性现象,这对于所有心肌（包括存活心肌和梗死心肌）节段的勾画可能会造成一定的影响，从而间接影响到LVEDV、LVESV和LVEF等参数的测量准确性[15]。

总之，我们通过对小型猪初步的研究发现，随着心肌灌注受损范围越大，室壁瘤形成的可能性越大，而且随着室壁瘤增大，左心室整体功能受损和左心室重构程度越严重，预后越差；相反，室壁瘤越小，对左心室整体功能影响不大，左心室重构不明显，预后较好。

[1] Moustakidis P, Maniar HS, Cupps BP, et al. Altered left ventricular geometry changes the border zone temporal distribution of stress in an experimental model of left ventricular aneurysm: A finite element model study. Circulation, 2002, 106: 168 -175.

[2] Altay H, Altin C, Ali C, et al. Normal coronary artery patient presenting with left ventricular aneurysm . Case Reports Med, 2011, 7: 1-3.

[3] Hauser TH, Manning WJ, Haas TS, et al. Prevalence, clinical significance, and natural history of left ventricular apical aneurysms in hypertrophic cardiomyopathy. Circulation, 2008, 118: 1541-1549.

[4] 韩伟, 翟虹, 穆玉明, 等. 实时三维超声心动图观察兔室壁瘤形成过程的形态学特征. 中国医学影像技术, 2013, 29: 72-75.

[5] 杨利霞, 穆玉明, 关丽娜, 等. 心肌声学造影界定急性心肌缺血面积的实验研究. 中华临床医师杂志（电子版）, 2011, 5: 2271-2276.

[6] 田丛娜, 陆敏杰, 魏红星, 等. 门控心肌灌注SPECT评价左心室室壁瘤患者左心室功能的价值. 中华核医学与分子影像杂志, 2012, 32: 401-407.

[7] Hongxing Wei, Congna Tian, Thomas H, et al. The impacts of severe perfusion defects, akinetic/dyskinetic segments, and viable myocardium on the accuracy of volumes and LVEF measured by gated99mTc-MIBI SPECT and gated18F-FDG PET in patients with left ventricular aneurysm: cardiac magnetic resonance imaging as the reference. Nucl Cardiology, 2014, 21: 1230-1244.

[8] Teramoto N, Koshino K, Yokoyama I, et al. Experimental pig model of old myocardial infarction with long survival leading to chronic left ventricular dysfunction and remodeling as evaluated by PET. J Nucl Med , 2012, 52: 761-768.

[9] Fallavollita JA, Riegel BJ, Suzuki G, et al. Mechanism of sudden cardiac death in pigs with viable chronically dysfunctional myocardium and ischemic cardiomyopathy. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2005, 289: H2688-H2696.

[10] Herrmann JL.Do ameroid constrictors reliably occlude porcine coronary arteries?. J Surg Res, 2010, 161: 36-37.

[11] Tuzun E, Oliveira E, Narin C, et al. Correlation of ischemic area and coronary flow with ameroid size in a porcine model.J Surg Res, 2010, 164 : 38-42.

[12] 徐海燕, 李殿富, 冯建林, 等.99m锝-甲氧基异丁基异腈门控心肌灌注显像在冠心病预后评估中的价值. 中国循环杂志, 2009, 6: 174-177.

[13] Canbaz F, Basoglu T, Duma K, et al. Left ventricular aneurysm in the scope of gated perfusion SPECT: accuracy of detection and ejection fraction calculation. Int J Cardiovasc Imaging, 2008, 24: 585-596.

[14] 贾志新, 王全师, 吴湖炳, 等. F-FDG PET显像评价血糖水平对心肌葡萄糖代谢的影响. 中国循环杂志, 2003, 14: 445-446.

[15] 贾志新, 王全师, 陈伟华, 等.N-NH3、 F-FDG PET显像在对心肌存活状况中的临床应用.中华心血管病杂志, 2004, 32: 9-12.

Dynamic Evaluation of Left Ventricular Function and Remodeling by Gated SPECT Perfusion and Gated FDG PET Metabolic Imaging During Ventricular Aneurysm Formation in Experimental Pigs

KE Yu-tong, TIAN Cong-na, WEI Hong-xing, TIAN Yi, WANG Wei-xue, YANG Yi-jian, ZHANG Zong-yao, GENG Qing-hai, WANG Qi, WANG Hong-yue, ZHANG Xiao-li, TANG Yue.
Department of Nuclear Medicine, Cardiovascular Institute and Fu Wai Hospital, CAMS and PUMC, Beijing (100037), China
Co-corresponding Authors: ZHANG Xiao-li, Email: xlzhang68@yahoo.com and TANG Yue, Email: tangyue1226@vip.sina.com

Objective: To dynamically evaluate left ventricular perfusion, global and local functional changes during left ventricular aneurysm (LVA) formation and to explore the relationship between the size of LVA and LVEF, LVESV, LVEDV by gated99mTc-MIBI SPECT (GSPECT) and gated18F-FDG PET metabolic (GPET) imaging in experimental pigs.

Aneurysm; Left ventricular remodeling; Animal models; GSPECT; GPET; Prognosis

2015-01-09）

（编辑：常文静）

国家自然基金资助项目（ NO.81071177 ）；北京市科技计划首都临床特色应用研究（NO.Z131107002213181）

100037 北京市, 北京协和医学院 中国医学科学院 阜外心血管病医院 核医学科（科雨彤、 田丛娜、魏红星、 王伟学、 杨易剑 、张宗耀、 耿庆海、 王琦 、张晓丽），动物实验中心（田毅、 唐跃），病理科（王红月）

科雨彤 硕士研究生 主要研究方向为核心脏病学 Email：flyfish1211@126.com 通讯作者：张晓丽 Email: xlzhang68@yahoo.com

*共同 通讯作者：唐跃 Email: tangyue1226@vip.sina.com

R54

A

1000-3614（2015）06-0580-05

10.3969/j.issn.1000-3614.2015.06.018