小動物micro-CT與超聲及主動脈插管術評價 左心室功能的比較研究

劉春蕾 李 晨 李 鑫 田亞平 何昆侖

(中國人民解放軍總醫院轉化醫學實驗室 北京市慢性心衰精準醫學重點實驗室，北京 100853)

左心室功能評價是對心衰等各種心臟疾病病情診斷、藥物治療效果評估的重要指標。超聲心動圖是目前應用最普遍的心室功能檢查技術，但是超聲作為一種間接手段，仍然存在缺陷，特別是對于心梗后心衰等前壁蠕動困難的病例，很難給出精確的結果。主動脈插管術可將導管直接由主動脈插入左心室，根據壓力容積曲線計算左心室功能，但是其作為一種有創的手段，創傷極大。隨著micro-CT的快速發展，CT作為一種手段，可用來直接觀察心室腔評價心室功能[1]。本文比較micro-CT、主動脈插管術、超聲心動圖測量心衰病例的EF值探討三者的準確性、相關性、一致性。

1 材料與方法

1.1 研究對象

SD大鼠20只，體質量180～200 g，購自北京維通利華實驗動物技術有限公司，實驗設計通過中國人民解放軍總醫院倫理委員會認證。大鼠平均分為對照組和心衰組2組。其中心衰組行左冠狀動脈前降支結扎，對照組行冠狀動脈前降支只穿線不結扎。4周后分別用超聲心動圖、micro-CT、主動脈插管評價左心室功能。主動脈插管結束后，動脈取血，動物缺血致死。

1.2 超聲心動圖成像方法及圖像分析

超聲心動圖儀為Vevo?2100小動物超聲成像平臺，大鼠超高頻電子線陣探頭，1000fps超高實時幀頻。采用M型評價左室功能，取標準左室長軸(短軸)切面，收縮期和舒張期由上到下依次獲取前壁、內徑、后壁運動曲線，超聲心動儀自動計算讀出EF值。

1.3 micro-CT成像方法及圖像分析

micro-CT為PE公司Quantum GX microCT Imaging System，大鼠仰臥位，氣麻維持呼吸頻率，大鼠經靜脈注射造影劑(20mgI/mL血液)，按400 g大鼠計算，大鼠血液量為20 mL/100 g，80 mL血液量1 600 mgI,造影劑碘普羅胺(優維顯)的濃度為370mgI/mL, 用量約4.32 mL。電壓70 kV，電流300 mA,使用心臟門控拍攝4 min，造影劑按照1.08 mL/min注入靜脈。掃描結束后，將矢狀面、冠狀面、水平面掃描結果重建，得到舒張期和收縮期心室內體積，計算所得射血分數。

1.4 經主動脈插管成像方法及圖像分析

經主動脈插管成像使用Powerlab生理監測系統(AD Instruments公司)，大鼠仰臥位，3%戊巴比妥鈉麻醉(0.3 mL/100 g體質量)，頸部正中切開皮膚、分離肌層，暴露大鼠右側頸靜脈，結扎上端，下端穿線不結扎留后續使用，在下端穿線的前側用動脈夾夾住，在動脈夾與上端結扎位置的中間做切口，將millar導管插入主動脈的同時撤出動脈夾并結扎。當壓力顯示為110～120 mmHg附近活動時表示導管位于頸動脈中。當壓力顯示為0～120 mmHg附近活動時表示導管進入心臟。分離左側頸靜脈，結扎上端，下端留線用于后續使用。頸靜脈打入30%的高滲鹽水，每次打入0.02 mL。

1.5 統計方法

2 結果

2.1 CT、超聲、動脈插管計算射血分數值的比較

分別使用CT、超聲、動脈插管檢測大鼠的心功能，結果顯示，CT、超聲、動脈插管檢測假手術組大鼠的射血分數分別為75%、70.5%、71.4%，心衰組大鼠射血分數分別為46%、40%、45%，結果一致，見表1。

表1 CT、超聲、動脈插管計算射血分數值的比較Table1 Comparison of CT, ultrasound, and arterial cannula for calculating ejection fraction

2.2 CT、超聲、動脈插管計算射血分數圖表比較

分別使用CT、超聲、動脈插管檢測大鼠的心功能。假手術組及實驗組大鼠的超聲結果圖比較顯示，心衰組大鼠較假手術組前壁變薄、室腔擴大、射血分數減少，見圖1。

圖1 超聲測得射血分數值注:A 假手術組 B 實驗組Fig.1 Ultrasonic measurement of ejection fractionNote: A sham B heart failure

假手術組及實驗組大鼠的血流動力學圖比較顯示，心衰組大鼠較假手術組室腔擴大、壓力容積環縮小變形，見圖2。

圖2 動脈插管測得射血分數值注：A 假手術組 B 實驗組Fig.2 Arterial cannula measured ejection fractionNote: A sham B heart failure

假手術組及實驗組大鼠的CT使用結果圖比較顯示，心衰組大鼠較假手術組室腔擴大、射血前后容積變化減小，見圖3。

圖3 CT檢測測得射血分數值注：A：3D重構(假手術組)； B：舒張期(假手術組)； C：收縮期(假手術組)； D： 3D重構(心衰組)； E：舒張期(心衰組)； F：收縮期(心衰組)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 討論

心血管病是嚴重威脅人類健康和生命的疾病，全世界每年死于心腦血管疾病的人數高達1500萬人，居各種死因首位。左心室的功能評價是心血管實踐中關注的首要指標，左室射血分數EF=(舒張末容積EDV-收縮末容積ESV)/舒張末容積EDV，是評價心臟泵血功能的重要指標。對于缺血性心臟病人，是評價心梗、冠心病、缺血性心臟病風險的指標，EF可以預測其是否發生心衰，在臨床上有重要地位[2]。

目前檢測心功能的影像學檢測方法為超聲心動圖，與臨床上一致，在小動物心功能評價上也大多使用超聲心動圖，可用于評價左室容積、左室厚度和室壁運動等。但是對于心梗等室壁運動不均勻的小動物，M型超聲并不是用來評價EF的好方法，因為室壁運動不均勻，以點作為評估全心功能的方法結果可能導致它的不準確[3]。動脈插管是利用生理儀監測壓力容積曲線，可以一次得到壓力和容積的數據。它的缺點是需要導管從右動脈插入心臟，是一種有創的監測手段。利用導管的探頭和高濃度鹽水指示的容積變化，可以得到左室射血分數。它的數據會比超聲的數據可靠，但仍然不是一種直接的監測手段，而且創傷性大[4]。隨著小動物CT技術的發展，CT檢測在向著高清晰度和低輻射性能發展。Quantum GX microCT Imaging System的準確度可以達到4.5微米，由于它具有很低的輻射劑量，大鼠在照射后不會因為輻射而影響健康[5]。我們在實驗中第一次使用臨床上普遍使用的造影劑進行檢測，對大鼠完全沒有損傷，價格是小動物造影劑百分之一。實驗中從頸靜脈插管打造影劑，與動脈插管相比較，創傷要小的多。當然，也可以從尾靜脈給與造影劑，因為頸靜脈離心臟更近、操作起來也比較方便，所以實驗中選擇了開頸靜脈。CT的結果是檢測射血分數最準確的指標，通過3D重構，我們能直接得到心臟容積的大小。通過舒張期與收縮期的比較，我們可以得到直接的大鼠射血分數，準確性高。

超聲、血流及CT三者的結果進行比較，實驗結果顯示：CT得到的射血分數值與血流和超聲相比較略大。血流動力學得到的射血分數值比超聲略大。三者所得EF值的差異無統計學意義，三者奪得EF值的相關性中等偏高。這種結果可能與三者數值計算的原理不同相關[6]。M型超聲是依賴于二維的數據，計算值與實際值存在差距。動脈插管與導管的準確性、鹽水注入的速度等有相關性，也會存在一定的偏差，因此三者在EF數據上有所差別。但是基本上相同，偏差不大。

本研究提供了一種全新的測量小動物射血分數的方法。利用小動物CT在心臟疾病應用中獲得突破， 全國首次利用臨床造影劑應用于小動物心臟射血分數監測獲得成功，結果準確。將來，可以代替心臟超聲、動脈插管等手段，一次監測CT的同時可以得到EF的結果，為冠心病、心衰等疾病的監測提供了一種快捷、廉價、無創的影像學診斷方法，具有重要的應用價值。