第三节　心脏声学造影

【概述及成像原理】

一、概述

心脏声学造影（contrast echocardiography），是一种从外周静脉注射具有特殊声学特性的超声增强剂（ultrasonic enhancing agent，UEA），在常规超声心动图的基础上通过对UEA微泡的探测，增加心腔或心肌的显影，以帮助心血管疾病诊断及预后评价的超声新技术。近年来，随着UEA和造影技术的发展，心脏声学造影已在国内的临床实践中逐步得到重视。本章主要介绍心脏声学造影的原理、方法及临床应用。

二、超声增强剂

超声增强剂又称超声对比剂，是心脏声学造影技术的基础。目前，超声心动图临床应用的增强剂包括传统的右心系统增强剂和经肺循环左心系统增强剂。临床最常用的右心增强剂是振荡无菌生理盐水，仅用于右心系统增强成像。近年来超声增强剂的研发及应用进展主要是能够通过肺循环的左心系统增强剂，以实现左心室腔和心肌的显影。

三、成像技术及原理

早期的超声造影采用超声谐波技术，可以接收微泡的高频谐波信号，但由于会受到组织谐波信号干扰，目前已很少单独使用。其他不同的超声造影成像技术都是基于不同的信号处理技术来增强检测微泡的非线性谐波信号，抑制组织和组织运动产生的线性和/或非线性回波信号。

非线性回波信号强度主要取决于发射超声的机械指数（mechanical index，MI）。超声成像仪显示的MI被用于估测峰值声压强度，其定义为声场峰值负压（兆帕，MPa）除以超声波发射频率（兆赫兹，MHz）的平方根。MI强度分级定义：①超低MI，MI < 0.2；②低MI，MI < 0.3；③中等MI，MI 0.3～0.5；④高MI，MI > 0.5。低MI成像可以实时观察室壁运动，但成像时间较短。超低MI成像可以同时观察室壁运动和心肌灌注，与低MI谐波成像相比具有更高的信噪比，且成像时间较长。短暂高MI破坏微泡后，再使用超低MI成像可以实时显示心肌UEA强度动态变化过程，评估心肌灌注。

脉冲反转（或称相位反转）、功率调制（或称调幅）、对比脉冲序列成像等多种脉冲序列方案可增强微泡在左心室腔和心肌内的显示，改善节段室壁运动（regional wall motion，RWM）和心肌灌注（myocardial perfusion，MP）的分析。

【检查方法及临床应用】

根据使用增强剂种类和检查目的的不同，心脏声学造影可以分为右心声学造影、左心室心腔造影及心肌声学造影。

一、右心声学造影

目前常用的右心系统UEA是振荡无菌生理盐水注射液，其产生的微泡较大，不能通过肺循环到达左心，因而若左心显影则证实存在右向左分流。临床应用主要是诊断或排除肺内或心内右向左分流相关疾病，包括卵圆孔未闭或房间隔缺损、肺动静脉瘘、先天性心脏病术后残余右向左分流或侧支等。

1.操作方法

（1）建立左（和/或右）前臂静脉通路，连接三通管。

（2）制备右心UEA：将9mL 0.9%的生理盐水与1mL空气（或同时抽取血液1mL）混合于10mL注射器中，将其与三通管一端相连，并在三通管另一端连接一空的10mL注射器，在两个注射器之间快速来回推注液体直至完全浑浊。

（3）制备完成后，迅速打开三通管静脉端开关，将振荡的混合液快速向静脉内推注。

（4）使用组织谐波成像观察二维超声心动图的增强效果，采集静息状态心尖四腔心切面（或胸骨旁四腔心切面、剑突下四腔心切面）。若需要，嘱患者做瓦尔萨尔瓦动作或咳嗽以增强造影效果。图像采集持续时间应从增强剂在右心房出现后开始，并持续至少10个心动周期。

（5）根据需要重复相关步骤。

2.临床应用

（1）卵圆孔未闭：

右心造影可作为卵圆孔未闭（patent foramen ovale，PFO）右向左分流的常规筛查手段。当振荡盐水UEA到达右心房时，患者进行有效的瓦尔萨尔瓦动作或咳嗽短暂增加右心房压力，同时观察是否有UEA进入左心。典型的心内分流通常在右心房显影后的3个心动周期内出现。经胸超声心动图结合右心造影可以敏感地显示右向左分流（图1-2-30A），但不能显示房间隔结构。经食管超声心动图（TEE）结合右心造影可以直接观察房间隔结构，观察右向左分流的位置（图1-2-30B），但患者难以进行有效的瓦尔萨尔瓦动作或咳嗽，影响右向左分流检测的敏感性。目前推荐使用经胸超声心动图结合右心造影进行PFO右向左分流的评估及封堵术中监测和术后随访。

（2）肺动静脉瘘：

肺动静脉瘘（pulmonary arteriovenous fistula，PAVF）是一种少见的先天性肺血管畸形，其病理生理是心外右向左分流，导致动脉血氧饱和度降低。右心造影时可在左心观察到UEA出现，但一般至少在右心房显影的5个心动周期之后出现，且持续时间较长，可持续到右心显影暗淡或消失。经食管超声心动图结合右心造影可以观察右向左分流的发生位置，对PAVF和PFO的鉴别有一定意义。

（3）永存左上腔静脉：

永存左上腔静脉（persistent left superior vena cava，PLSCV）多引流入冠状静脉窦，亦可引流入左心房，导致右向左分流。当怀疑PLSCV时应分别从左、右两个手臂注射UEA，左侧手臂注射UEA后，如若PLSCV汇入冠状静脉窦，可见UEA从增宽的冠状静脉窦进入右心房；如若PLSCV汇入左心房，则可见左心显影。

（4）其他应用：

右心声学造影还适用于先天性心脏病术后残余分流的检测，亦有利于清晰显示右心系统的心内膜、心腔内解剖结构及肺动脉。

二、左心声学造影

左心声学造影主要包括左心室心腔声学造影（left ventricular opacification，LVO）和心肌声学造影（myocardial contrast echocardiography，MCE）。LVO有利于心内膜边界的清晰识别，增加左心定量和节段室壁运动分析的准确性，协助心腔细微解剖结构的识别；MCE可定性和定量评价心肌微循环灌注。

1.操作方法

（1）于左心造影前进行常规超声心动图检查，评估患者的心脏结构和功能，明确左心声学造影的目的。

（2）左心声学造影采用低MI（MI < 0.3）或超低MI（MI < 0.2）实时造影检查模式，实时超低MI成像技术对于微泡的检测更加敏感，可以无漩涡伪影地完整显示心尖部心腔。

（3）建立有效的静脉通道。进行LVO操作时，弹丸式注射UEA 0.2～0.5mL，随后5mL生理盐水于20秒以上缓慢推入，可快速到达显影浓度，适用于静息状态下的LVO和MCE。进行MCE时，建议采用特殊微量输入泵以保持微泡均匀或使用缓慢推注的方法输入UEA，可以有效延长增强剂的成像时间，利于动态观察心肌血流灌注变化及定量研究。

（4）输入增强剂后左心室显影通常需要30秒，在心尖切面观察左心室从心尖至心底增强剂成像是否均匀。当左心室中段和基底段出现声衰减或声影时，应减慢弹丸式注射或输入速度，或高MI闪烁破坏微泡。

（5）图像调节：将聚焦置于二尖瓣环水平，调节增益使信噪比最佳，调节扇区大小和深度以保持图像帧频> 25帧/s。

（6）图像采集：LVO要求采集至少5个完整心动周期的心尖四腔心、两腔心、三腔心及乳头肌短轴切面的动态图像。MCE要求采集高MI闪烁前的2个心动周期，高MI闪烁图像（通常为3～7帧，MI 0.9）及15个心动周期的超低或低MI再灌注图像，动态图像采集至少包括上述完整心动周期的心尖四腔心、两腔心和三腔心切面。

2.临床应用

（1）左心室容积、射血分数和室壁运动的评估：

左心室容积和左心室射血分数（LVEF）的准确测量对心血管疾病患者的治疗及预后评估极为重要。常规二维超声心动图由于常难以清晰识别心内膜边界而影响测量的准确性；LVO可以使含UEA的血液进入左心室肌小梁与心肌之间的腔隙，使心内膜边界清晰可见（图1-2-31），其测量的左心室容积和LVEF与核素显像、心脏磁共振等有良好的相关性。美国超声心动图学会指南建议，当常规超声心动图图像欠佳时应使用UEA进行LVO优化测量。

冠心病（coronary heart disease，CAD）的诊断和评价需进行节段室壁运动分析，UEA可增加心内膜和心外膜显示的清晰性，有助于观察心内膜的运动和室壁的增厚情况，因而可提高诊断的准确性及一致性。

（2）精确观察心脏病理解剖结构和功能：

心脏超声造影技术在明确心脏解剖结构异常，特别是心尖部异常中有重要价值，在心内占位、右心及左心耳等结构的评价中亦有重要作用。

1）心内血栓：

心尖部是左心室内血栓最常见的发生部位，但由于心尖短缩、近场伪像及条索结构等影响，心尖部血栓常难以确诊或排除。超声造影有助于心尖完整、清晰地显示，有助于血栓的明确诊断。血栓的典型超声造影表现为心腔内的“充盈缺损”，血栓内无血管因而内部无UEA回声（图1-2-32）。MCE则有助于血栓与肿瘤相鉴别。

2）心内占位：

LVO可以清晰显示心内占位的轮廓，对占位的大小、形态、附着或起源位置等信息有更准确的描述。MCE通过对增强程度定性和定量的分析，以及与邻近心肌的对比，获得占位的血管特征，有助于良、恶性肿瘤及血栓的鉴别。根据高MI闪烁后占位内增强剂恢复的速率及增强程度，增强等级可分为：无增强、部分或不完全增强、完全增强。肿瘤的完全或过度增强（对比周围心肌）提示富血管肿瘤的存在，通常代表恶性（图1-2-33）；间质肿瘤的血液供应不足，呈部分或不完全增强，如黏液瘤；而血栓或乳头状弹性纤维瘤一般无血管分布，呈无增强。

3）肥厚型心肌病患者心尖部异常：

常规超声心动图检查因不能完整清晰显示心尖可使15%的心尖肥厚型心肌病漏诊，LVO可清晰显示左心室心腔舒张期呈特征性铁锹样（spade-like）改变，并伴明显的心尖室壁心肌肥厚，亦有助于相关并发症如心尖部室壁瘤和血栓形成的诊断。

4）左心室心肌致密化不全：

左心室心肌致密化不全（left ventricular noncompaction，LVNC）是由于胚胎期心肌致密化过程异常所致，病变心肌由增厚的非致密化层与较薄的致密化层组成，非致密化层肌小梁间深隐窝与左心室相通，并伴有病变心肌的运动减低。LVO检查时，UEA进入非致密化层深陷的小梁间隙内可更好地显示非致密化层心肌轮廓（图1-2-34）。推荐应用谐波中等强度MI（如增加MI至0.3～0.5）可更好地描绘致密化不全心肌的轮廓。

5）心肌梗死后并发症：

LVO配合探头的移动可以全面显示心尖部，探查有无心尖部室壁瘤、心尖部血栓、游离壁破裂和室间隔穿孔等心肌梗死后并发症。LVO亦有助于区分真性和假性室壁瘤，假性室壁瘤的基底部呈缩窄的瓶颈样，收缩期可见瘤体内UEA充盈。

6）右心室评估：

虽然振荡生理盐水增强剂可以用来观察右心室异常，但是对比效果持续时间很短。LVO可以持续增强右心室心内膜边界，显示右心室的形态异常和室壁运动异常。LVO及MCE亦有助于右心室内正常结构、肿瘤和血栓的鉴别诊断。

7）左心房及左心耳：

进行心脏复律手术的患者需在术前排除左心房及左心耳内血栓，房颤患者由于左心房内血流瘀滞常产生自发显影，常规经食管超声心动图常难以鉴别血栓和密集的自发显影。在TEE中进行LVO检查能够更好地鉴别左心耳内的自发显影、血栓、伪影和正常的解剖结构，提高心脏复律术前排除血栓的可信度，降低栓塞的发生率。

（3）负荷超声心动图：

负荷超声心动图通过观察和对比静息和负荷状态下心肌节段收缩功能进行CAD的诊断和评价。在负荷过程中进行LVO可以改善图像质量，提高RWM分析的准确性和可重复性。MCE的定量分析还可评价CAD的血流储备，超低MI成像可以同时分析RWM和MP，实现MP的定量分析，是心脏造影负荷超声心动图的首选模式。

（4）评价心肌血流灌注：

MCE可以评价心肌梗死的危险区心肌范围、识别存活心肌，在冠心病的治疗指导和术后评价方面具有重要作用。微血管完整性是维持功能异常节段心肌存活的前提，心肌存活的MCE表现是缺血再灌注后梗死区域出现UEA充填，心肌血流灌注正常但室壁运动减低或消失时应考虑心肌顿抑，节段心肌血流灌注和室壁运动均减低时应考虑冬眠心肌；定量分析可以测量存活心肌的相对心肌血容量和心肌血流量。存活心肌的存在预测该区域的心肌有逐步恢复可能，提示患者具有较好的预后；再灌注后梗死区域微血管持续灌注不良则提示患者有较高的再发心血管事件风险。

（5）增强多普勒信号：

通过多普勒血流速度的测量可评价压力或狭窄程度，在多普勒信号微弱、检出困难时，可以使用UEA增强多普勒信号。常用情况包括：肺动脉高压患者评估肺动脉收缩压时，可通过震荡的无菌生理盐水或左心UEA增加三尖瓣反流信号；主动脉狭窄时可通过左心UEA增加主动脉跨瓣多普勒信号，以准确评估狭窄程度。使用时为避免信号过强高估流速，建议降低多普勒增益以获得边缘清晰的频谱。

（6）其他应用：

Loffler心内膜炎表现为心尖部的心内膜增厚、心腔变窄甚至闭塞，可出现受累部位血栓形成。心脏声学造影对于增厚心内膜和血栓的识别有重要价值（图1-2-35）。

心旁的占位性病变常需要确认与心脏的关系，心脏声学造影可以显示占位与心脏及周围大血管的位置关系，评价占位内血流情况，有助于占位性质的诊断与鉴别（图1-2-36）。

心脏声学造影亦有助于重症监护室中常规超声心动图成像困难情况下的床旁心脏超声评价。

【心脏声学造影的新兴应用】

一、声学溶栓

超声本身即具有明确的溶栓和助溶效果，但需要较高的超声能量，容易造成组织损伤，增加血栓复发风险。UEA的特殊结构能显著降低空化效应的阈值，增强其作用，因而可以极大地减小溶栓所需要的超声能量。在急性ST段抬高心肌梗死的动物模型研究中已证实，间断性高MI脉冲可增加溶栓药物作用下心外膜冠脉的再通率，促进微血管再通。在急性ST段抬高心肌梗死患者的临床研究中同样证实，诊断性高MI脉冲结合UEA可提高心外膜冠脉的早期再通率及恢复微循环血流。

二、分子成像

UEA由微气泡组成，若将特殊的配体装配到其表面，使其与功能异常的血管内皮细胞结合，再通过特殊的显影模式进行成像，则可实现病变的靶向定位即分子成像。多项研究表明UEA分子成像在心血管方面有很好的应用前景，通过不同的靶向配体，UEA分子成像可实现心肌缺血的早期诊断、心脏移植排斥反应的探测、心腔和动脉血栓或微血栓的识别、缺血再灌注损伤、缺血相关性血管重构、早期冠脉粥样硬化斑块的探测等。

三、靶向药物和基因递送

UEA微泡可以作为一种空化核，携带靶向基因和药物，载体微泡经静脉注射随循环到达特异部位时，通过高MI超声无创性破坏UEA微泡，释放基因或药物，被称为超声靶向微泡破坏（ultrasound triggered microbubble destruction，UTMD）。目前在心血管疾病方面，许多不同治疗性基因的UTMD治疗已被成功应用于心肌梗死、缺血性心肌病、扩张型心肌病和外周动脉疾病的动物模型中。

【小结】

1.右心声学造影使用震荡的生理盐水增强剂进行心肺水平右向左分流的检测。左心声学造影使用可以通过肺循环的增强剂进行左心室心腔造影和心肌声学造影。

2.右心声学造影的临床应用包括诊断或排除肺内或心内右向左分流相关疾病，包括卵圆孔未闭或房间隔缺损、肺动静脉瘘、先天性心脏病术后残余右向左分流或侧支等。

3.左心声学造影的临床应用包括增加左心容积、射血分数定量和节段室壁运动分析的准确性，协助心腔细微解剖结构（致密化不全心肌、心尖肥厚、室壁瘤等）的识别，协助心内占位的诊断和鉴别诊断，增加多普勒信号及与负荷超声心动图结合提高冠心病诊断和预后评价的敏感性和准确性等。

（白　洋　李诗文　杨　茹）