光声成像技术评估心肌缺血和再灌注的活体研究

摘要

目的：心肌缺血和再灌注在心血管疾病发展过程中至关重要。目前评估心肌血流灌注的检查方法各有优缺点，但都不能完全满足临床需求。光声成像技术（photoacoustic imaging technology，PAT）结合光学和超声的优点，具有分辨率高、对比度高、成像深度深等特点，并且没有辐射危害。本次研究在原有基础上，以新西兰白兔为实验对象，分别建立急性心肌缺血、急性心肌缺血再灌注和慢性心肌缺血三种动物模型。采用成像速度更快、分辨率更高的 PAT系统，以血红蛋白作为天然“造影剂”，在兔活体心脏上面进行PAT三维成像，探讨其评估心肌缺血和再灌注的可行性。 1.急性心肌缺血光声成像 方法将42只新西兰白兔（2.78±0.23Kg）随机分成两组：急性缺血组直接结扎左旋支建立急性心肌缺血模型，分别建立结扎0.5h、1h、2h、3h、4h、6h模型，每个时间点6只；另6只仅穿线不打结，建立假手术6h为对照组。分别在不同时间点描记心电图；采血检测血清心肌损伤标志物（cTnI、CK-MB）；并在缺血区域进行PAT成像，计算灰度值和总量。实验后取心脏行HE染色、TUNEL凋亡检测，计算病理学指标（半定量评分SAS、细胞凋亡指数AI）。 结果急性缺血组血清心肌损伤标志物、病理学指标均随结扎时间的延长呈增高趋势（P<0.05），而结扎6h组AI值比结扎4h组小（P<0.05）。PAT指标（灰度值、总量）均随结扎时间的延长呈下降趋势（P<0.05）。PAT指标与血清心肌损伤标志物、病理学指标呈负相关（P<0.05）。 结论急性心肌缺血6h内，心肌缺血损伤随时间延长而加重；灰度值、总量随时间增加而降低。PAT可以用于评估急性心肌缺血程度和范围，灰度值、总量均与心肌缺血损伤呈反比。 2.急性心肌缺血再灌注光声成像 方法将24只新西兰白兔（2.77±0.24Kg）分为再灌注组，以结扎左旋支2h后开放建立急性心肌缺血再灌注模型：随机分成4个小组，每个小组6只，分别建立开放0.5h、1h、2h、4h再灌注模型。分别在不同时间点描记心电图；采血检测血清心肌损伤标志物；并在缺血区域进行 PAT成像，计算灰度值和总量。实验后取心脏行HE染色、TUNEL凋亡检测等组织病理学，并技术病理学指标。并分别与急性缺血组结扎3h、4h、6h等相应时间进行比较。取结扎2h组、假手术6h组作为对照组。 结果再灌注组血清心肌损伤标志物及病理学指标随开放时间增加呈增高趋势（P<0.05），除了开放4h组AI值小于开放2h组（P<0.05）。但开放4h组血清心肌损伤标志物及 SAS均比结扎6h组低（P<0.05）；而开放4h组 AI比结扎6h高（P<0.05）。灰度值和总量均随开放时间延长呈增高趋势（P<0.05）。而开放4h组灰度值与对照组比较无差异（P>0.05），开放4h组总量较对照组低（P<0.05）。PAT指标与血清心肌损伤标志物、病理学指标呈正相关（P<0.05）。 结论结扎2h再灌注4h内，随再灌注时间增加，心肌损伤加重，但是加重的幅度小于急性缺血组；PAT灰度值和总量与心肌损伤呈正比；开放4h组总量没有恢复到对照组水平，可能与无复流现象有关。PAT可以用于评估急性心肌缺血再灌注程度和范围。 3.慢性心肌缺血光声成像 方法将13只新西兰白兔（2.60±0.20Kg）随机分成两组，实验组取10只在左旋支安置Ameroid缩窄器，建立慢性心肌缺血模型；对照组取3只，只开胸，不放置Ameroid缩窄器。建模后第5周采血检测心肌损伤标志物；并经右颈动脉行冠状动脉造影检查，根据TIMI血流分级，实验组将TIMI分级2~3级设为慢性缺血组，TIMI分级0~1级设为梗死组；再次开胸在缺血区域进行PAT成像，计算灰度值和总量。成像后取心脏行HE染色。 结果成功建立梗死组4只，慢性缺血组3只。梗死组血清心肌损伤标志物高于慢性缺血组和对照组（P<0.05）。PAT总量与 TIMI血流分级具有很高的等级相关性（r：0.849；P<0.05）。 结论 Ameroid缩窄器可以用于建立慢性心肌缺血兔动物模型。而PAT对于慢性心肌缺血的评估，具有很好的应用价值。 总结：应用 PAT检测心肌缺血和再灌注具有很大的潜力。虽然当前研究尚有许多不足，但是随着技术的改进，PAT将在未来临床应用中发挥自己的特色。

目录

声明

附录

前言

第一章光声成像技术原理

1 光声成像技术简介

2 PAT系统的实验装置

3 PAT实际操作过程

第二章 急性心肌缺血光声成像

引言

材料和方法

结果

讨论

小结

第三章 急性心肌缺血再灌注光声成像

引言

材料和方法

结果

讨论

小结

第四章 慢性心肌缺血光声成像

引言

材料和方法

结果

讨论

小结

结论

参考文献

综述:急性心肌缺血动物模型研究进展

致谢