心肌声学造影在冠状动脉慢血流中的临床应用研究进展

邢雨蒙(综述) 潘翠珍,2,3△(审校)

(1复旦大学附属中山医院心脏超声诊断科 上海 200032; 2上海市心血管病研究所 上海 200032;3上海市影像医学研究所 上海 200032)

冠状动脉慢血流(coronary slow flow,CSF)是指排除冠状动脉血栓或痉挛、重度冠状动脉狭窄、生理性心肌桥、心脏结缔组织病等因素后,在冠状动脉造影(coronary arteriongraphy,CAG)中未发现冠状动脉存在明显狭窄性病变,但会出现一支或多支冠状动脉远端血流灌注延迟的现象。校正的TIMI血流帧数法(corrected TIMI frame count,CTFC)是评估冠状动脉血流速度的常用方法。在冠状动脉造影时,发现有血管CTFC≥27帧,即可诊断为CSF[1]。自Tambe于1972年首次发现并提出CSF后,伴随着影像学技术的不断改进,CSF的检出率也逐渐提高。心肌声学造影(myocardial contrast echocardiography,MCE)是将微泡造影剂直接注入冠状动脉或周围静脉,应用三维或多普勒超声接收微泡的背向散射信号,实现在微循环水平观察心肌灌注的新技术。目前,MCE主要通过检测心肌微循环水平异常实现对急性冠状动脉综合征、慢性冠状动脉疾病以及冬眠心肌等的评估诊断[2]。但国内外关于MCE在CSF上的研究报道甚少,本文将对MCE在CSF中的研究及应用进展综述如下。

CSF的病理生理机制与其他冠状动脉疾病相比,关于CSF发病机制的研究相对较少,其病理生理机制可主要概括为以下几点:冠状动脉微血管功能异常;内皮细胞功能障碍;血小板功能异常;血管舒缩因子的失衡;炎症反应;CSF发病的基因多态性等。虽然上述机制均有实验及理论依据证实,但CSF的具体发病机制仍未具体阐明,因此尚需更多的临床实验性研究加以验证。

MCE评价CSF的基本原理

理论依据 MCE的基本原理是将含有微泡的造影剂经冠状动脉或周围静脉注入,这些微泡的血流动力学特性与红细胞十分相似[3],且直径较红细胞小,能够作为红细胞示踪剂在血管内随红细胞一起进入心肌微循环,并均匀分布于心肌。由于微泡具有不进入血管外间隙且不被心肌细胞摄取的特点,故停留在血管内的微泡在各个区域心肌内的分布浓度可反映该区域的微血管密度,即心肌的血容量。MCE可通过获取微循环内的造影剂浓度A值(反映局部心肌微血管密度或心肌血容量)、造影剂充盈速率β值(反映局部心肌血流速率)、心肌血液容积MBF ( MBF=A×β,反映局部心肌血流量)以及微泡信号的时间-强度曲线y(t)=A×(1-e-βt)来评价心肌微血管的血流灌注[4]。即超声图像上心肌灌注正常区域表现为强回声信号,而在冠状动脉明显狭窄区,由于心肌未得到足够的血流灌注而表现为充盈缺损。

声学造影剂 应用于 MCE的声学造影剂的前提是使用安全且微泡直径要足够小,能够通过肺循环到达心肌微血管床并使其在超声心动图上充分显影。声学造影剂中的微泡由外壳和其内含的气体两部分组成,外壳的构成主要包括脂质、蛋白质和高分子聚合物等。第一代造影剂出现于20世纪末,其内含气体为空气,此类造影剂易破损且稳定性和回声反射性较差,不能通过肺循环,因此主要用于右心腔显像。第二代造影剂目前已经应用于临床,其内含气体主要由分子量大的惰性气体(如氟碳气体等)构成,能通过肺循环使左心腔显影,这些气体较空气溶解度低,能产生高质量的谐波信号且在超声波下有较好的稳定性,在微循环中的维持时间更长[5],因此利用造影剂的这一特点也可用于CSF的诊断。目前,正处于研究阶段的第三代造影剂倾向于应用在临床科研以及特殊靶向治疗中[6]。

MCE在CSF的应用

MCE评价冠状动脉微循环 多数学者认为CSF与冠状动脉微循环功能异常有关。Kassab 等[7]研究认为冠状动脉系统是由心外膜下传输动脉、微动脉、微静脉、静脉和毛细血管构成的微循环系统,心肌血流量的大小主要受微血管收缩或扩张的影响。许多研究者通过病理学组织活检发现,大多数CSF患者存在不同程度的微血管功能异常[8-9]。与冠状动脉造影不同,MCE可清楚显示直径<100 μm的微血管,且正常情况下,心肌血容量多位于微血管内,即MCE可有效反映冠状动脉微循环情况及心肌微血管的完整性[10]。随着MCE技术的不断成熟,出现将负荷超声心动图(stress echocardiography,SE)引入MCE的新技术,即心肌造影负荷超声心动图(myocardial conreast SE,MCSE)。在MCSE下,正常动脉可充分扩张以满足血流动力学的需求,而狭窄动脉扩张受限表现为狭窄段心肌充盈缺损,说明MCSE能够确诊静息状态下不易发现的冠状动脉病变[11]。Abdelmoneim等[12]将MCSE测得的心肌血流量以及储备值与负荷单光子发射CT (single photonemission CT,SPECT)对比,发现MCSE的检出结果与负荷SPECT所示的心肌血流灌注异常区域具有良好的一致性。Vogel等[13]将MCSE对冠状动脉疾病的诊断价值与冠状动脉造影对比,发现MCSE更能准确评估冠状动脉微循环的血流灌注且临床可行性更好。王胜煌等[14]对CSF患者行MCSE检查时发现其β值和MBF等均显著低于对照组,认为在负荷状态下CSF患者可能存在冠状动脉微循环水平的功能异常,从而导致心肌血流灌注不足和诱发心绞痛,甚至出现心肌梗死。

MCE评价冠状动脉内皮功能 部分学者认为CSF现象为动脉粥样硬化早期的一种表现形式,冠状动脉内皮功能障碍常为CSF早期的主要病理生理改变。Mosseri等[15]通过对右心室内膜活检发现CSF患者的冠状动脉微血管内存在不同程度的内皮细胞变性及内膜增生等病理学改变。Sezgin等[9]研究发现,CSF患者的血浆中一氧化氮水平和血流介导的血管扩张与正常对照组相比明显降低,证实CSF患者存在内皮功能失调现象。Pekdemir 等[16]使用血管内超声(intravascular unltrasound,IVUS)对CSF患者进行检查,同样证明了内膜增厚现象广泛存在于冠状动脉内。而冠状动脉造影通常只能显示冠状动脉的一级结构,不能显示微循环血管的早期病变,许多研究证实MCE可通过检测出内皮功能异常来发现早期冠状动脉的细微结构病变。如Ismail等[17]通过观察造影剂中的微泡在体外循环停跳心脏中心肌的通过率,发现微泡能够快速通过内皮功能正常的心肌,而当内皮功能受损时,微泡清除缓慢,通过率下降,这一现象提示可通过观察微泡在心肌内充盈和排空速度来评价冠状动脉微血管的内皮细胞功能。Lindner等[18]研究发现造影剂中的微泡在进入微血管后,常黏附于受损的内皮细胞表面而不黏附于正常内皮细胞,这些微泡黏附的病变区域在常规病理学检查中多无阳性发现,表明MCE可通过这种特殊的微泡黏附性检测出早期冠状动脉内皮功能的病理学改变。杨欣等[19]通过对实验兔注射乙酰胆碱和硝酸甘油,发现MCE声学密度定量技术可通过定量分析微血管内皮依赖性舒张功能和内皮非依赖性舒张功能的改变来评估微血管内皮的受损情况。

MCE评价其他冠状动脉微血管疾病 Kemp于1973 年首次提出 “ 心脏X综合征 ”(cardiac syndrome X,CSX)的概念。凡具有典型劳力性心绞痛症状且运动实验阳性,但冠状动脉造影正常、无冠状动脉痉挛依据并排除其他可导致心电图缺血性改变的心脏病症候群即可定义为CSX[20]。CSX的发病机制尚未阐明,目前多认为与冠状动脉微血管功能障碍有关。Galiuto等[21]采用MCE测定CSX患者的冠状动脉血流储备(coronary flow reserve,CFR),与对照组相比,发现CSX患者的CFR明显降低。Rinkevich等[22]对CSX患者分别行静息和负荷状态下的MCE检查,发现静息状态下β值和心肌血流量MBF明显高于对照组,而负荷状态下明显低于对照组,提示CSX患者可能存在冠状动脉微循环自我调节能力的异常,这一结果与上文提及的王胜煌等[14]利用MCSE对CSF患者进行检测得到的实验结果类似,表明CSF和CSX的发病机制均可能与冠状动脉微血管功能障碍有关,因此在利用MCE诊断冠状动脉微血管疾病时,应结合其他影像学检查以及不同临床表现对两病进行鉴别诊断。但由于目前国内外鲜有MCE在CSF和CSX的研究报道,故仍需大量实验对其进行更深入的研究。

MCE的优势和局限性

优势 与PET、SPECT和CAG等心脏常规检查相比,无电离辐射损伤为MCE独有的优势。同时,患者应用 MCE后,不良反应的发生率很低。如Seol等[5]研究认为由造影剂中的微泡外壳引起的过敏反应率仅为1/10 000。许多研究报道患者发生背痛、头痛、恶心和皮疹等轻微不良反应的概率也仅为0.27%～3.5%[23-24]。与其他影像学检查相比,MCE具有较好的空间和时间分辨率,能够定量评估心肌微循环血流灌注以及检测出心内膜下心肌缺血。同时,MCSE能够确诊常规影像学技术无法识别的CSF患者。此外,MCE还具有操作简单、床边快速实时检查、临床可行性好、费用相对低廉等优势。

局限性 虽然MCE具有许多特有优势,但目前在临床诊断中MCE尚未得到广泛的推广,仍存在一些不足之处。如心率或呼吸运动较快时产生的运动伪影会造成图像的质量效果不佳;左室基底段心肌可因微泡的声衰减而致显像欠佳;目前MCE对心肌微循环血流灌注的检测评估尚无统一诊断标准,因此限制了其在临床中的使用。

结语综上所述,与其他影像学技术相比,MCE在诊断CSF上具有独特的优势。MCSE可检出其他影像学检查漏诊的CSF患者,使患者及时得到诊断治疗并显著改善预后,但目前该技术在临床中的应用仍未得到广泛普及。随着影像学技术、造影剂以及后处理分析技术的不断进展与改革,MCE的应用领域及前景将不断扩大和提高。