門控心肌灌注和心肌代謝顯像動態評價小型豬室壁瘤形成后左心室功能和重構變化的實驗研究

科雨彤，田叢娜，魏紅星，田毅，王偉學，楊易劍，張宗耀，耿慶海，王琦，王紅月，張曉麗，唐躍

門控心肌灌注和心肌代謝顯像動態評價小型豬室壁瘤形成后左心室功能和重構變化的實驗研究

科雨彤，田叢娜，魏紅星，田毅，王偉學，楊易劍，張宗耀，耿慶海，王琦，王紅月，張曉麗，唐躍*

目的：建立小型豬室壁瘤模型，應用門控心肌灌注和心肌代謝顯像動態評價室壁瘤形成過程中左心室心肌灌注、左心室整體功能及局部功能的變化，并探討室壁瘤大小（呈反向運動或無運動的心肌節段數）與左心室功能[ 左心室射血分數 （LVEF） ]及左心室重構程度[ 左心室收縮末期容積 （LVESV） 和舒張末期容積 （LVEDV） ]的關系。

方法: 中華小型豬16只，雌雄不限，采用結扎鈍緣支遠端，阻斷回旋支供應心尖部血流，并在冠狀動脈左前降支第一對角支分叉處以下1 cm處放置Ameroid 環的方法建立模型，并在建模后的不同階段（1 W、4 W、8 W）采用門控心肌灌注和心肌代謝顯像動態觀測心肌灌注減低程度和范圍、室壁瘤形成情況以及LVEF、LVEDV、 LVESV等變化情況，并分析各指標間的相關性。

結果： 5頭豬術中死亡，2頭于術后第1周顯像前死亡。6頭豬在第8周末證實有室壁瘤形成，以病理結果為金標準。9頭豬成功完成動態顯像。顯像結果為，在第1周（基礎）有4頭豬形成心尖部大室壁瘤，2頭豬形成心尖部小室壁瘤，3頭豬無室壁瘤形成。大室壁瘤豬第4周及第8周顯像結果提示灌注受損范圍及程度不斷增加，室壁瘤逐漸增大，LVESV和LVEDV不斷增加，而LVEF逐漸下降；而小室壁瘤或無室壁瘤豬的動態觀察結果顯示，以上指標均趨于相對穩定；另外，室壁瘤大小與LVEF、LVEDV和LVESV均呈較好的相關性（r 值分別為-0.726、0.855和0.825，P均＜0.05）。

結論： 在室壁瘤形成的初期，當心肌灌注受損范圍及程度比較嚴重時，容易形成大的室壁瘤，左心室整體功能受損程度和左心室重構程度隨時間延長將逐漸加重，預后不良。反之，不形成或形成小的室壁瘤，預后較好，隨時間變化均無明顯心室重構。提示在急性期形成室壁瘤的大小可以在早期預測左心室整體收縮功能及左心室重構程度的發展趨勢。

室壁瘤; 左心室重構； 動物模型； 門控心肌灌注顯像； 門控心肌代謝顯像； 預后

Methods: LVA model was established by occlusion of left circumflex artery (LCX) and placing an Ameroid constrictor at the proximal end of left anterior descending artery (LAD) in a total of 16 Chinese mini-pigs. At the 1st, 4thand 8thweeks of surgery, the changes of total perfusion defect (TPD), LVA formation and LVEF, LVESV, LVEDV were dynamically evaluated by GSPECT and GPET; the relationships between the size of LVA and LVEF, LVESV, LVEDV were analyzed respectively.

Results: There were 5 pigs died in surgery and 2 died at the 1stweek of modeling. According to golden (pathological) standard, 9 animals successfully finished the dynamic imaging study. At the 1stweek of (basic) modeling, 4 animals formed large LVA, 2 formed small LVA at the apex and 3 without LVA formation. At the 4thand 8thweeks of modeling, dynamic imaging presented that the animals with large LVA had gradually increased range and degree of perfusion defect, LVEDV, LVESV, while gradually decreased LVEF; the above indexes were relatively stable in animals with small or none LVA. In addition, the size of LVA was related to LVEF (r=-7.26), LVEDV (r=0.855) and LVESV (r=0.825), all P＜0.05.

Conclusion: In experimental pigs, at the beginning of LVA formation, large range and severe perfusion defect may cause large aneurysm, the LV functional damage and remodeling may gradually increase and the prognosis is poor; in contrast, the animals with small or none LVA have better prognosis and usually without ventricular remodeling; which implies that in acute phase of LVA formation, the size of aneurysm may predict the trend of global LV systolic function and remodeling at the early stage.

(Chinese Circulation Journal, 2015,30:580.)

室壁瘤是急性透壁性心肌梗死后的嚴重并發癥之一，其形成可導致心功能不全、左心室附壁血栓形成及心律失常等，患者往往預后不佳[1-3]。既往的研究通過實時三維超聲心動圖測定室壁瘤容積大小，并評價與左心室功能變化的關系[4]。然而，測定室壁瘤容積的準確性受到圖像質量及扇形角度等多種技術因素的限制。另外，在冠狀動脈結扎幾秒鐘后，即可出現左心室室壁運動異常，且早于心電圖的ST-T 改變[5]，提示心肌缺血性改變早期導致心肌室壁運動障礙。我們既往對室壁瘤患者的深入研究，發現采用“一站式”門控心肌灌注顯像和心肌代謝顯像方法，可以準確評價室壁瘤患者的左心室功能，并且與磁共振顯像獲取的心功能參數有很好的相關性[6,7]。但是由于臨床研究的局限性，對室壁瘤患者不能在完全無任何干預（接受藥物或者手術）治療的情況下，動態觀察其發生發展的規律以及相關的影響因素。因此，如果我們通過動物實驗研究，采用門控心肌灌注顯像+心肌代謝顯像“一站式”的顯像方法，動態觀察室壁瘤形成過程中，根據室壁運動異常的范圍（無運動或反向運動）來判斷室壁瘤的大小，并探討是否可以在早期預測室壁瘤形成后左心室功能及左心室重構程度的發展趨勢，這將對臨床實踐中有關室壁瘤患者治療方案的制定及估測預后有重要價值。為此，本研究通過建立小型豬室壁瘤模型，采用門控心肌灌注和心肌代謝顯像,動態觀測建模后室壁瘤形成的不同階段（1 W、4 W、8 W）的心肌灌注、左心室整體功能以及左心室重構程度的變化過程，采用門控心肌代謝顯像顯示有特征性室壁運動異常（反向運動或無運動）的心肌節段數來反映室壁瘤的大小，并評價其與左心室整體功能及左心室重構程度的關系。

1 材料與方法

10月齡中華小型豬16頭，質量（24.2 ± 3.6） kg，雌雄不限[8]，由中國農業科學院提供。所有試驗動物均按照實驗動物倫理學要求進行，符合美國國立衛生研究院頒布的《實驗動物管理和使用指南》。實驗方案獲得中國醫學科學院，阜外心血管病醫院實驗動物倫理委員會的批準。

小型豬心尖部室壁瘤模型的建立：小型豬當日禁食，以氯胺酮（35 mg/kg）和地西泮（1.5 mg/kg）肌肉注射進行全身麻醉，經耳緣靜脈建立輸液通道，氣管插管連接900C型呼吸機輔助呼吸，術中全程心電監護并靜脈滴注利多卡因（0.5 mg/min）預防室性心律失常。右側臥位，左胸部備皮，常規消毒鋪巾。于左胸第4～5肋間切口，逐層切開皮膚、皮下組織及肋間肌肉，充分暴露視野。剪開心包，暴露心臟前壁、側壁的冠狀動脈，觀察冠狀動脈的走行和分布情況。文氏鉗小心分離鈍緣支遠端并進行永久性結扎，以阻斷回旋支供應心尖部血流[9，10]。結合目前國際上公認的建立慢性缺血和冬眠心肌模型的方法，用文氏鉗小心分離冠狀動脈左前降支中段，并在第一對角支分叉處以下1 cm處放置Ameroid 環[11]。觀查心電圖出現ST段壓低、上抬，肉眼觀測局部室壁運動明顯減弱，待小豬平穩后關胸。術后予鎮痛及預防感染等處理。

圖像采集與數據分析：99m锝-甲氧基異丁基異晴（99mTc-MIBI ）靜息核素心肌灌注計算機斷層顯像（SPECT）。在動物模型建立后第1周、4周和8周，行靜息心肌灌注顯像[12]，檢查前12 h禁食水，采集儀器為德國Siemens ecam雙探頭SPECT。靜脈注99mTc-MIBI 370～555 MBq 45 min后，將動物仰臥位固定，順時針方向共采集30幀圖像，矩陣64×64，放大倍數2.0倍。經重建后，獲得心臟短軸、垂直長軸和水平長軸的圖像。

18F-脫氧葡萄糖（18F-FDG ）正電子發射計算機體層攝影/計算機斷層掃描心肌代謝顯像（PET/ CT）。隔日，測定小豬基礎血糖后，靜脈給5%葡萄糖注射液200 ml，15 min后復測血糖濃度，待血糖上升到8.88 mmol/L以上后，靜脈注射胰島素1～3 U，20 min 后復測血糖，將患者血糖調節到7.77～8.88 mmol/L后，靜脈注射18F-FDG 111～185 MBq，1 h后采用Truepoint-Biography 64 排PET/CT儀動態門控采集心肌葡萄糖代謝圖像，經計算機重建處理，獲得心臟短軸、垂直長軸和水平長軸的圖像。

圖像處理與分析：靜息心肌灌注顯像采用濾波反投影法（Butterworth濾波，截止頻率0.4，陡度因子為5）進行圖像重建（圖1）；圖像采用QPS 軟件（3.1版，美國西德斯西奈醫學中心），獲得反映左心室17節段心肌灌注受損情況的指標，包括程度+范圍為參考指標。

門控心肌代謝顯像采用迭代法（迭代4次，子集數為8）進行圖像重建。圖像采用QGS軟件進行分析，獲得左心室整體功能參數，包括左心室舒張末容積（LVEDV），左心室收縮末容積（LVESV）和左心室射血分數（LVEF）。局部功能采用17節段法，獲得室壁運動評分（WM，0分：室壁運動正常；1分：輕度減弱；2分：中度減弱；3分：重度減弱；4分：無運動；5分：反向運動）和室壁增厚率評分（WT，0分：室壁增厚率正常；1分：輕度減低；2分：中度或重度減弱；3分：無室壁增厚）。將室壁無運動或反向運動，同時合并室壁增厚消失，即WM≥4分并合并WT=3分定義為室壁瘤累及的心肌節段數，代表室壁瘤的大小[13]。將WM≥4分并合WT=3分的節段數≥3段，定義為大室壁瘤。將WM ≥4分同時合并WT=3分的節段數＜3段，定義為小室壁瘤。同時獲得室壁運動異常總分（SMS）和范圍（SM%）。 當QPS及QGS軟件自動勾畫心內膜不佳時,采用手動勾畫。

圖1 門控心肌代謝顯像QGS軟件分析示意圖

大體病理取材及結果分析：建模后第8周顯像完畢后，處死動物并取心臟，或于動物猝死后2 h內取心臟。將左心室由心尖向心底部順序均勻切成6～8塊，以37℃ 1%的2，3，5-氯化三苯基四氮唑溶液浸泡10 min。根據病理大體染色的結果，將出現透壁性心肌梗死，即顏色灰白，室壁變薄并向外膨出的部位定義為室壁瘤形成。將僅表現為心尖部心肌組織變薄，心內膜下纖維化，與周圍正常組織分界不清，定義為非透壁性心肌梗死。

表1 9頭小型豬在建模后第1周、4周和8周門控心肌灌注和心肌代謝的動態顯像結果

表1 9頭小型豬在建模后第1周、4周和8周門控心肌灌注和心肌代謝的動態顯像結果

注：TPD：心肌灌注減低程度和范圍；LVA：為室壁瘤累及心肌節段數，即室壁運動評分≥4分合并室壁增厚率評分=3分的節段數；SMS：室壁運動異常總分；SM：室壁運動異常范圍；LVEDV：左心室舒張末期容積；LVESV 左心室收縮末期容積；LVEF：左心室射血分數

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2 結果

總體情況：5頭豬因術中結扎冠狀動脈后或在放環后出現室性心動過速及心室顫動等惡性心律失常，搶救無效死亡；1頭豬采集圖像采用非常規體位，因此無法重建圖像；1頭豬由于無法耐受麻醉，沒有進行門控采集。建模術后，9頭豬完成第1周顯像，8頭豬完成第4周顯像，僅4頭豬完成第8周顯像。

病理結果：在術后存活并完成顯像的9頭豬中，經病理結果證實，其中6頭豬心尖部有室壁瘤形成，部分可累及前壁及前側壁。另外3頭豬僅表現為非透壁性心肌梗死。

9頭小型豬在建模后第1周、4周及8周門控心肌灌注和心肌代謝動態顯像結果：有4頭豬第1周顯像提示廣泛心尖部血流灌注及代謝均明顯受損，部分可累及前壁及前側壁，WM≥4分合并WT=3分的節段數≥3段，提示有較大室壁瘤形成。動態顯像結果顯示（表1），隨時間延長，心肌灌注受損程度和范圍不斷增加，室壁瘤逐漸變大，LVEF及左心室室壁運動呈明顯減低趨勢，而LVEDV和LVESV呈逐漸增加趨勢，但將第4周及第8周顯像結果分別與第1周顯像結果相比較，差異無明顯統計學意義。

有2頭豬第1周顯像提示心尖部血流灌注及代謝均受損，WM≥4分合并WT=3分的節段數＜3段，

9頭豬第1周的顯像結果的Pearson直線相關性分析和線性回歸分析：發現室壁瘤大小與LVEF呈明顯負相關性（r=-0.726，P=0.027），而與LVEDV及LVESV呈較好的正相關性，r值分別為0.855、0.825，P值分別為0.003和0.006，均有統計學意義。

3 討論

本研究對冠狀動脈采用結扎+放置環相結合的方法建立豬的室壁瘤動物模型，經病理結果證實，建模成功率可達72.7%，經心肌灌注/代謝顯像發現多數（54.5%）動物在建模后第1周即可形成室壁瘤。

既往研究以大樣本（n=96例）的心肌代謝嚴重受損且伴有明顯左心室重構的室壁瘤患者為研究對象[6]，發現對于大范圍心肌灌注缺損的室壁瘤患者，PET門控心肌代謝顯像測定LVEF值更接近于磁共振成像的測定值。而有大范圍心肌存活的患者,由于門控心肌代謝顯像圖像的左心室心肌的完整性更大，更有益于QGS軟件勾畫左心室心內膜邊界,使門控心肌代謝顯像評價左心室功能的準確性更高。本研究的主要實驗對象為大室壁瘤的動物，所以主要采用門控心肌代謝顯像的所測得的LVEF，LVEDV，LVESV等數據進行動態的評價。

本研究通過第4周或8周的動態顯像，發現第1周顯像提示室壁瘤較小或無室壁瘤形成的5頭豬，隨

著時間延長，心肌灌注受損程度可以逐步改善或無變化, 表現為心肌灌注受損程度和范圍減小或無變化，室壁運動逐漸好轉，表現為SMS及SM%逐漸下降，無明顯的左心室重構程度且變化不明顯，而左心室功能有所改善，LVEF增加，豬轉歸良好；而室壁瘤較大的4頭豬，隨時間延長，心肌灌注受損程度逐漸加重，表現為心肌異常范圍和程度不斷增加，室壁瘤逐漸變大，室壁運動逐漸減低，表現為室壁運動異常總分和室壁運動異常范圍進行性增加，而左心室重構程度和左心室整體功能受損程度不斷增加，表現為心室容積不斷增加，LVEF逐漸減低，整體情況不斷惡化。所以，本動物實驗研究結果提示，在室壁瘤形成早期，心肌灌注受損范圍不同，形成的室壁瘤大小不同，左心室整體功能和左心室重構程度的轉歸也不同。

本研究進一步對室壁瘤大小與LVEF和左心室重構指標進行Pearson相關性分析發現，室壁瘤大小與LVEF呈明顯負相關性，而與LVEDV、LVESV呈明顯正相關性，提示室壁瘤累及的心肌節段數越多，左心功能受損及左心室重構程度越嚴重，預后越差；相反，室壁瘤累及的范圍越小，心功能受損程度及左心室重構程度越不明顯，預后相對較好。根據回歸方程計算，室壁瘤累及節段數的增加與LVEF的下降及LVEDV、LVESV的增加呈近似1:4的關系。與LVEF的相關性相比，室壁瘤累及的心肌節段數與反應左心室重構程度的指標（包括LVEDV及LVESV）的相關性更好。提示在室壁瘤形成初期，室壁瘤大小（累及心肌節段數）對左心室重構程度的影響可能比對左心室整體功能的影響更明顯。

本研究的獨特之處在于采用和人體心臟病理生理學特性接近的小豬而制作室壁瘤模型，并在無任何干預治療的情況下首次報道了采用核素顯像的方法對室壁瘤形成過程及轉歸進行動態的深入研究，對臨床治療方案的制定和估測預后有重要價值。然而，本研究的局限性為，采用大動物作為研究對象，必須采用價格比較昂貴但是分辨率和靈敏度等性能很好的SPECT和PET顯像設備，而且要在建模成功后第4周和8周分別進行顯像，導致本研究的實驗周期較長，對非疾病造成動物死亡的因素不易控制，且操作復雜，因此在不同階段的大動物數量相對較少，為獲得更加可靠的結論，需要在本研究的基礎上繼續增加樣本數量或可在有小動物顯像設備的單位對小動物（如小鼠）等進行相關實驗研究。相關研究表明，18F-FDG PET心肌代謝顯像受血糖以及缺血心肌異常攝取等因素影響[14]，存在一些假陽性和假陰性現象,這對于所有心肌（包括存活心肌和梗死心肌）節段的勾畫可能會造成一定的影響，從而間接影響到LVEDV、LVESV和LVEF等參數的測量準確性[15]。

總之，我們通過對小型豬初步的研究發現，隨著心肌灌注受損范圍越大，室壁瘤形成的可能性越大，而且隨著室壁瘤增大，左心室整體功能受損和左心室重構程度越嚴重，預后越差；相反，室壁瘤越小，對左心室整體功能影響不大，左心室重構不明顯，預后較好。

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Dynamic Evaluation of Left Ventricular Function and Remodeling by Gated SPECT Perfusion and Gated FDG PET Metabolic Imaging During Ventricular Aneurysm Formation in Experimental Pigs

KE Yu-tong, TIAN Cong-na, WEI Hong-xing, TIAN Yi, WANG Wei-xue, YANG Yi-jian, ZHANG Zong-yao, GENG Qing-hai, WANG Qi, WANG Hong-yue, ZHANG Xiao-li, TANG Yue.
Department of Nuclear Medicine, Cardiovascular Institute and Fu Wai Hospital, CAMS and PUMC, Beijing (100037), China
Co-corresponding Authors: ZHANG Xiao-li, Email: xlzhang68@yahoo.com and TANG Yue, Email: tangyue1226@vip.sina.com

Objective: To dynamically evaluate left ventricular perfusion, global and local functional changes during left ventricular aneurysm (LVA) formation and to explore the relationship between the size of LVA and LVEF, LVESV, LVEDV by gated99mTc-MIBI SPECT (GSPECT) and gated18F-FDG PET metabolic (GPET) imaging in experimental pigs.

Aneurysm; Left ventricular remodeling; Animal models; GSPECT; GPET; Prognosis

2015-01-09）

（編輯：常文靜）

國家自然基金資助項目（ NO.81071177 ）；北京市科技計劃首都臨床特色應用研究（NO.Z131107002213181）

100037 北京市, 北京協和醫學院 中國醫學科學院 阜外心血管病醫院 核醫學科（科雨彤、 田叢娜、魏紅星、 王偉學、 楊易劍 、張宗耀、 耿慶海、 王琦 、張曉麗），動物實驗中心（田毅、 唐躍），病理科（王紅月）

科雨彤 碩士研究生 主要研究方向為核心臟病學 Email：flyfish1211@126.com 通訊作者：張曉麗 Email: xlzhang68@yahoo.com

*共同 通訊作者：唐躍 Email: tangyue1226@vip.sina.com

R54

A

1000-3614（2015）06-0580-05

10.3969/j.issn.1000-3614.2015.06.018