时间-强度曲线评价组织灌注的应用研究

1、时间-强度曲线评价组织灌注的应用研究本文探讨能量条件下，时间 - 强度曲线建立的方法及其应用的价值。1 试验资料和方法1.1 声学造影剂 本研究采用阜外医院超声科实验室制作的含有氟碳气体的微泡造影剂FX530造影剂微泡平均直径约为4土 2卩m微泡浓度为1.21.4 x 107/ml。1.2 仪器 成像仪器：惠普公司HP5500彩色超声诊断仪，L7540高频探头， 探头频率10MHz像采集仪器：采用具有21230解码芯片的动态像采集卡，装配于海信PH -233PC计算机上，采集帧率30帧/s，每次采集时间为5分钟，采 集端口为 S-video 端口。1.3 肾动脉狭窄动物模型的制作 5只健康家兔

2、，平均体重 2.50.4 kg ，全麻下开腹，游离一侧肾动脉主干、肾脏。佩带显微操作镜，对肾动脉主干均分 为三等分，以银夹分别进行阶段性钳夹，钳夹程度分四级：0级-未钳夹； I 级-钳夹动脉主干1/3 ;级-钳夹动脉主干2/3 ;川级-完全钳夹。每次钳夹后稳定 5 分钟。1 显示段间动脉、皮质部位的曲线形态差异及其拟合，段间动脉的时间 -强度曲线更宽阔2 示段间动脉时间 -强度曲线随钳夹程度的递进形态上的改变1.4 造影试验步骤及方法 所有试验的仪器条件均保持恒定。（ 1 ）试验方法：每次钳夹肾动脉后，选取肾脏最大长轴切面，探头固定， 经耳缘静脉，以0.004 ml/kg的剂量团注声学造影剂F

3、X530推注的同时启动 像采集。3示皮质部位曲线形态随钳夹程度的变化而变化集卡进行像采集。（2）成像方法：超声像以心电门控 R波触发，即获取每一舒张末期的造影 像。全程记录造影前后的心率。（3）像处理及分析过程：像分析软件由同济医科大学附属同济医院超声 科与武汉大学医学像信息研究所共同开发。时间 -强度曲线的描绘：按造影前 后顺序分别对肾皮质部位及肾段间动脉部位进行取样（取样容积大小形态相同，取样容积覆盖肾段间动脉内腔），确定并描记每一帧像取样部位的平均视 频强度值，形成随时间变化的视频强度的变化描记点；曲线拟合：对描记出的 点进行伽吗函数拟合，伽吗函数为I （t）=Io（t-t 0）be-a

4、（t-t0）,I 0=视频强度度量 单位，a、匕=曲线形态参数；to=ft射造影剂至感兴趣区的时间间隔。根据家 兔血液循环平均时间5.5秒确定，较宽阔的时间-强度曲线拟合下降支的起始。2结果2.1 肾脏不同部位的时间-强度曲线形态存在较大的差异，段间动脉的曲线形 态宽阔，需较长时间才恢复至造影前水平，皮质部位的曲线形态狭窄，在较短 的时间内即恢复至造影前水平（如1所示）。2.2 同一部位时间-强度曲线随钳夹程度的递进，曲线形态逐渐狭窄。即随着血流量及灌注压力的递减曲线变狭窄（如2, 3所示）。2.3 两个部位时间-强度曲线的参数和随钳夹程度的变化而发生改变，其中改变最为显著的是曲线下面积。其他

5、变化显著的有：视频强度造影峰值、段间动 脉视频强度下降斜率、平均渡越时间（表1）。2.4 皮质曲线下面积/段间动脉曲线下面积比率随钳夹程度的增加而递减，曲 线下面积反映血流容积的变化，面积比也反映了两部位血流容积的比率（表 2）。表1不同钳夹程度时间-强度曲线参数差异曲线下面积造影峰值平均渡越时间下降斜率0I *n *川*0I *n *出*0In*川*0In *出段间7257.96043.21780.020241229.6172.858.611.046.93.603.15.810.72无动脉皮941.9998.34691.33.64.52.50.462.10.90.581.2 *3.1质128

6、2.3682.881.10236203.8101602.71.971.6 022.424.210.3无部位237.648.957.29.515.99.63.60.050.10.239.94.32.5与未钳夹相比，存在显著性差异，PvO.054示面积比反映不同部位血流容积的变化3讨论自从出现声学造影剂后，已经有很多学者 1，2，5，6研究了时间 - 视频强度曲 线的意义，其指导思想是依据指示剂稀释原理。尽管现阶段大部分研究集中在 心脏领域，而肾脏的灌注特点决定了其是更适合指示剂稀释法测定血流灌注的 器官：肾脏的血流灌注存在段间分布，且无侧枝循环；肾脏实质无明显的 心动时相的形态差异；肾皮质部分含

7、有大量的血管性结构，适于评价皮质部 位血流容积的变化。选择以能量作为肾脏时间 - 强度曲线研究的成像基础，它具 有以下优点：极低剂量要求：3，采用0.004 ml/kg，应完全符合低剂量和线 性相关的要求；造影剂散射体在介质中呈松散分布的条件下，微泡造影剂的 背向散射强度是与造影剂散射体数目线性相关的 4，在 0.004 ml/kg 的剂量 下，符合松散分布的要求，因此能量显示的血管内血流增强程度可以直接反映 造影剂的含量；尽管能量的显像也是视频显示，但其直接反映的是血流信 息，因此对于评价血流灌注具有二维灰阶成像不可比拟的优势。为排除不同心 动时相对造影剂浓度的影响：5：，采用R波触发门控动

8、态获取像，提取造影过程 中每一个舒张末期的像，这种情况下可以排除不同时相对视频强度的影响。能量条件下团注造影剂形成的视频强度的变化符合伽吗指数函数的变化， 适于应用伽吗函数拟合。对较宽阔的段间动脉的曲线进行拟合时存在一个确定 二次循环的时间问题，根据指示剂稀释原理，稀释曲线拟合时不能将二次循环 的波形或强度值拟合进首次通过的曲线内。因此根据家兔血流平均循环时间5.5 s 作为基准值，由心率转换为峰值后若干次心动数（即取样像数）作为拟 合曲线的下降支的起始点（ 1 示）。不同部位的曲线形态存在很大差异，特别 是较粗大灌注动脉与实质性组织之间。造成这种差异的原因，有学者认为主要 由三方面因素决定：

9、血流速度，流速越快曲线越狭窄，即稀释越快；造影 剂平均渡越时间，这可以理解为造影剂团注进入血管或实质的单位容积内造影 剂团最后为完全新鲜血液所取代的时间，平均渡越时间越长，曲线越平坦； 取样部位上下游血流中造影剂分布容积，分布容积越大，曲线下面积越大。考 虑第一点原因时，必须确认是在容积固定的条件下才有意义。造影剂在某一特 定血管容积内的平均渡越时间与特定部位上下游血流的分布容积是相互影响 的。对于较粗大的灌注动脉而言，同样的取样容积内含有比实质部位更多的造 影剂，其上下游血流的造影剂的分布容积也显著高于实质部位，加上灌注的高 阻力（相对于实质血管的低阻力），因此造影剂的稀释过程明显慢于实质，

10、稀 释曲线形态明显宽于实质部位。从不同部位时间 -强度曲线形态的差异及曲线参 数的变异，可以看出时间 -强度曲线的变化涉及复杂的生理背景，相关影响因素 较多，因此在进行指示剂稀释试验研究时，需确认一部分影响因素相对稳定的 疾病模型。随钳夹程度的递进，曲线下面积、峰值强度、平均渡越时间均存在 显著变化（PV0.05）。参数中最持续稳定改变的是曲线下面积，这说明曲线下 面积与血流量是密切相关，而且就单纯指标而言，曲线下面积作为一项较综合 性指标，比其他参数更具有代表性和稳定性。据 George A Taylor ，曲线下面 积是与肾脏的血流灌注量直线相关的，这与我们的结果相符。肾段间动脉的时 间-

11、强度曲线的下降斜率随钳夹程度的递进，下降支斜率逐渐增大，即其稀释过 程增快，也可从其平均渡越时间的递减反映。钳夹肾动脉主干是一急性过程， 钳夹后所引起的压力梯度的降低，必然引起段间动脉的流速降低，因此段间动 脉的曲线狭窄不可能是因流速的增快引起的，这种情况下段间动脉的时间-强度曲线的形态改变是由造影剂在血管内血流分布容积决定的，也就意味着曲线下 面积的变化反映的是造影剂所在血管内血流容积的变化。此外，实质部位曲线下面积与段间动脉曲线下面积的比值能较好的反映钳夹程度的变化。由以上分 析，肾动脉狭窄模型，曲线下面积与血流容积改变密切相关。因此上述两者的 比值反映了皮质部位血管血流容积与段间动脉血管

12、内血流容积的比率，这为定 量计算实质部位血流量提供了一个有价值的指标。综上所述，造影增强肾能量时间 - 强度曲线能很好反映血管内血流容积的变 化。单纯讨论曲线某一参数及形态在某一疾病中的意义是缺乏可比性和重复 性，特别是在评价灌注功能时，必须首先确定所选疾病模型对时间 - 强度曲线而 言是流速决定性还是血流容积决定性。在肾动脉狭窄模型条件下曲线下面积和 面积比率可以很好的反映血流容积的变化，是评价肾血流灌注的良好指标。作者简介：周翔（ 1972），男，武汉市人，博士生周翔（同济医科大学附属同济医院超声科，湖北 武汉 430030）武汉 430030）武汉 430030）武汉 430030）张青

13、萍（同济医科大学附属同济医院超声科，湖北柳建华（同济医科大学附属同济医院超声科，湖北 高兴成（同济医科大学附属同济医院超声科，湖北参考文献 1 Karl 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.

14、2 Daniele 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,1998,11:169-180. 3周翔，张青萍，柳建华，等 . 经外周静脉团注声学造影剂增强肾能量的形 态学研究 . 中国医学影像技术， 1999，15（ 4）： 25