小动物micro-CT与超声及主动脉插管术评价 左心室功能的比较研究

刘春蕾 李 晨 李 鑫 田亚平 何昆仑

(中国人民解放军总医院转化医学实验室 北京市慢性心衰精准医学重点实验室，北京 100853)

左心室功能评价是对心衰等各种心脏疾病病情诊断、药物治疗效果评估的重要指标。超声心动图是目前应用最普遍的心室功能检查技术，但是超声作为一种间接手段，仍然存在缺陷，特别是对于心梗后心衰等前壁蠕动困难的病例，很难给出精确的结果。主动脉插管术可将导管直接由主动脉插入左心室，根据压力容积曲线计算左心室功能，但是其作为一种有创的手段，创伤极大。随着micro-CT的快速发展，CT作为一种手段，可用来直接观察心室腔评价心室功能[1]。本文比较micro-CT、主动脉插管术、超声心动图测量心衰病例的EF值探讨三者的准确性、相关性、一致性。

1 材料与方法

1.1 研究对象

SD大鼠20只，体质量180～200 g，购自北京维通利华实验动物技术有限公司，实验设计通过中国人民解放军总医院伦理委员会认证。大鼠平均分为对照组和心衰组2组。其中心衰组行左冠状动脉前降支结扎，对照组行冠状动脉前降支只穿线不结扎。4周后分别用超声心动图、micro-CT、主动脉插管评价左心室功能。主动脉插管结束后，动脉取血，动物缺血致死。

1.2 超声心动图成像方法及图像分析

超声心动图仪为Vevo®2100小动物超声成像平台，大鼠超高频电子线阵探头，1000fps超高实时帧频。采用M型评价左室功能，取标准左室长轴(短轴)切面，收缩期和舒张期由上到下依次获取前壁、内径、后壁运动曲线，超声心动仪自动计算读出EF值。

1.3 micro-CT成像方法及图像分析

micro-CT为PE公司Quantum GX microCT Imaging System，大鼠仰卧位，气麻维持呼吸频率，大鼠经静脉注射造影剂(20mgI/mL血液)，按400 g大鼠计算，大鼠血液量为20 mL/100 g，80 mL血液量1 600 mgI,造影剂碘普罗胺(优维显)的浓度为370mgI/mL, 用量约4.32 mL。电压70 kV，电流300 mA,使用心脏门控拍摄4 min，造影剂按照1.08 mL/min注入静脉。扫描结束后，将矢状面、冠状面、水平面扫描结果重建，得到舒张期和收缩期心室内体积，计算所得射血分数。

1.4 经主动脉插管成像方法及图像分析

经主动脉插管成像使用Powerlab生理监测系统(AD Instruments公司)，大鼠仰卧位，3%戊巴比妥钠麻醉(0.3 mL/100 g体质量)，颈部正中切开皮肤、分离肌层，暴露大鼠右侧颈静脉，结扎上端，下端穿线不结扎留后续使用，在下端穿线的前侧用动脉夹夹住，在动脉夹与上端结扎位置的中间做切口，将millar导管插入主动脉的同时撤出动脉夹并结扎。当压力显示为110～120 mmHg附近活动时表示导管位于颈动脉中。当压力显示为0～120 mmHg附近活动时表示导管进入心脏。分离左侧颈静脉，结扎上端，下端留线用于后续使用。颈静脉打入30%的高渗盐水，每次打入0.02 mL。

1.5 统计方法

2 结果

2.1 CT、超声、动脉插管计算射血分数值的比较

分别使用CT、超声、动脉插管检测大鼠的心功能，结果显示，CT、超声、动脉插管检测假手术组大鼠的射血分数分别为75%、70.5%、71.4%，心衰组大鼠射血分数分别为46%、40%、45%，结果一致，见表1。

表1 CT、超声、动脉插管计算射血分数值的比较Table1 Comparison of CT, ultrasound, and arterial cannula for calculating ejection fraction

2.2 CT、超声、动脉插管计算射血分数图表比较

分别使用CT、超声、动脉插管检测大鼠的心功能。假手术组及实验组大鼠的超声结果图比较显示，心衰组大鼠较假手术组前壁变薄、室腔扩大、射血分数减少，见图1。

图1 超声测得射血分数值注:A 假手术组 B 实验组Fig.1 Ultrasonic measurement of ejection fractionNote: A sham B heart failure

假手术组及实验组大鼠的血流动力学图比较显示，心衰组大鼠较假手术组室腔扩大、压力容积环缩小变形，见图2。

图2 动脉插管测得射血分数值注：A 假手术组 B 实验组Fig.2 Arterial cannula measured ejection fractionNote: A sham B heart failure

假手术组及实验组大鼠的CT使用结果图比较显示，心衰组大鼠较假手术组室腔扩大、射血前后容积变化减小，见图3。

图3 CT检测测得射血分数值注：A：3D重构(假手术组)； B：舒张期(假手术组)； C：收缩期(假手术组)； D： 3D重构(心衰组)； E：舒张期(心衰组)； F：收缩期(心衰组)Fig.3 CT detection of ejection fractionNote: A: 3D reconstruction of sham B: diastolic of sham C: systole of shamD: 3D reconstruction of heart failure E: diastolic of heart failure F: systole of heart failure

3 讨论

心血管病是严重威胁人类健康和生命的疾病，全世界每年死于心脑血管疾病的人数高达1500万人，居各种死因首位。左心室的功能评价是心血管实践中关注的首要指标，左室射血分数EF=(舒张末容积EDV-收缩末容积ESV)/舒张末容积EDV，是评价心脏泵血功能的重要指标。对于缺血性心脏病人，是评价心梗、冠心病、缺血性心脏病风险的指标，EF可以预测其是否发生心衰，在临床上有重要地位[2]。

目前检测心功能的影像学检测方法为超声心动图，与临床上一致，在小动物心功能评价上也大多使用超声心动图，可用于评价左室容积、左室厚度和室壁运动等。但是对于心梗等室壁运动不均匀的小动物，M型超声并不是用来评价EF的好方法，因为室壁运动不均匀，以点作为评估全心功能的方法结果可能导致它的不准确[3]。动脉插管是利用生理仪监测压力容积曲线，可以一次得到压力和容积的数据。它的缺点是需要导管从右动脉插入心脏，是一种有创的监测手段。利用导管的探头和高浓度盐水指示的容积变化，可以得到左室射血分数。它的数据会比超声的数据可靠，但仍然不是一种直接的监测手段，而且创伤性大[4]。随着小动物CT技术的发展，CT检测在向着高清晰度和低辐射性能发展。Quantum GX microCT Imaging System的准确度可以达到4.5微米，由于它具有很低的辐射剂量，大鼠在照射后不会因为辐射而影响健康[5]。我们在实验中第一次使用临床上普遍使用的造影剂进行检测，对大鼠完全没有损伤，价格是小动物造影剂百分之一。实验中从颈静脉插管打造影剂，与动脉插管相比较，创伤要小的多。当然，也可以从尾静脉给与造影剂，因为颈静脉离心脏更近、操作起来也比较方便，所以实验中选择了开颈静脉。CT的结果是检测射血分数最准确的指标，通过3D重构，我们能直接得到心脏容积的大小。通过舒张期与收缩期的比较，我们可以得到直接的大鼠射血分数，准确性高。

超声、血流及CT三者的结果进行比较，实验结果显示：CT得到的射血分数值与血流和超声相比较略大。血流动力学得到的射血分数值比超声略大。三者所得EF值的差异无统计学意义，三者夺得EF值的相关性中等偏高。这种结果可能与三者数值计算的原理不同相关[6]。M型超声是依赖于二维的数据，计算值与实际值存在差距。动脉插管与导管的准确性、盐水注入的速度等有相关性，也会存在一定的偏差，因此三者在EF数据上有所差别。但是基本上相同，偏差不大。

本研究提供了一种全新的测量小动物射血分数的方法。利用小动物CT在心脏疾病应用中获得突破， 全国首次利用临床造影剂应用于小动物心脏射血分数监测获得成功，结果准确。将来，可以代替心脏超声、动脉插管等手段，一次监测CT的同时可以得到EF的结果，为冠心病、心衰等疾病的监测提供了一种快捷、廉价、无创的影像学诊断方法，具有重要的应用价值。