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超声技术在心血管外科临床的应用

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摘要:超声技术自应用到心脏疾病诊疗以来经历了快速发展,近年来心脏外科超声技术呈现多种形式共同发展,主要包括经胸超声心动图、经食管超声心动图、超声造影技术等,这几种形式的超声技术各有利弊及适应证,各种形式之间相互融合,取长补短是今后超声技术的发展方向之一。未来的超声技术对心血管外科手术的变革将会起到巨大促进作用,甚至可能会出现新的手术方式,如取代数字减影血管造影技术,出现“零射线”杂交手术室。超声技术的进步可为心血管外科临床工作顺利开展提供保障,也是促进心外科临床技术变革的因素之一。

关键词:心血管外科;围术期;超声造影;经食管超声心动图;瞬时流量测定技术;血管内超声技术

超声技术自1953年首次应用到心血管疾病的诊断以来,经历了飞速发展,成为当今心脏疾病辅助检查的基本技术之一,是心血管外科临床工作顺利开展不可或缺的保障[1]。近年来心血管外科疾病谱较以往发生了巨大变化,急危重病患者比例增加,复杂的病情对术前检查提出了更为苛刻的要求,促使了超声技术的进步,特别是心外膜超声(intraoper⁃ativeepicardialelectrocardiograph,IEE)、瞬时血流量检测(transittimeflowmeters,TTFM)等技术的出现极大地促进了心血管外科手术方式的变革[2]。这些新超声技术形式既融合了传统超声的优点,又紧扣临床发展需要,为临床工作提供了巨大帮助,因此被称为心外科医师的“眼睛”和“听诊器”。超声技术的进步是未来心血管外科各项临床技术发展的基石,因其无创及操作简便等优点将会替代血管造影、CT等对人体产生损伤的检查方式,如“零射线”射频消融技术已在心脏电生理领域出现并逐步推广应用[3]。超声技术在未来心血管的杂交手术室应用会愈加广泛,甚至可能引起心外科手术方式更大的变革。现就超声技术在心外科的应用发展予以综述。

1经胸超声心动图

经胸超声心动图(transthoracieechocardio⁃graphy,TTE)是经典的超声技术形式。与其他形式的超声相比,TTE具有无创、安全、易于重复、可以床旁操作的优点,因而在心外科临床工作中处于基础地位,特别是床旁超声的作用更无可替代,2016年急危重症临床专家共识对床旁超声的应用给予了充分的肯定[4]。床旁超声降低了心外科危重患者因超声检查所带来的转运风险,它通过采集危重患者心脏状态的直观图像,明确病理生理改变,为临床医师制定诊疗方案,评估预后提供依据。床旁超声还具有无创、可重复性的特点,使医师动态掌控病情变化[5]。TTE须与临床高度结合方有意义,心脏压塞是心外科术后较为常见的急危重并发症,依据其临床表现早期并不容易诊断,超声检查可以提供重要的参考依据。但值得一提的是,由于心外科监护室患者胸骨正中切口、心包纵隔引流管、正压通气及血块机化等干扰因素的存在,超声对心脏压塞并不敏感。临床工作中经常遇到临床表现高度符合心脏压塞,而床旁超声却没有阳性表现,后经手术确诊为心脏压塞,且积血及血块并不在少量。这可能与心包内血凝块的性质和位置有一定关系,特别是对于心功能不全的患者仅有小的血凝块压迫右心房即可表现出明显的临床症状。另外一种情况是某些急性主动脉综合征的患者短期内心包内渗入的血并不多见,但患者依然表选出急性心脏压塞[6],此时应积极手术。对于心脏压塞的患者,超声诊断应密切结合临床,遇到与临床不符时应仔细分析病情,而非超声结果以免延误病情。

2经食管超声

主要分为经典经食管超声心动图(transesopha⁃gealechocardiography,TEE)、经食管血流动力学心脏超声心动图(hemodynamictransesophagealelectro⁃cardiography,h⁃TEE)及经食管心外膜超声。

2.1TEE

TEE紧贴心脏的后方探查其心内结构,避免了探测路径等因素的干扰,故能采集到更为清晰的图像[7],提高了心血管疾病诊断的敏感性和可靠性,也便于心脏手术中的监测与评价。TEE在心外科较少用于术前常规检查,更多地用于术中患者病情的评估,可以验证或补充术前诊断,对手术效果及时检测,以指导临床医师修正手术方案。特别是在先天性心脏病、心脏瓣膜病等手术中能及时发现瓣周漏、残余漏以及检测瓣膜成形效果,降低手术并发症发生率[8]。另外在心脏复跳时,尚可以协助手术医师排出心室腔内气体,指导停机等。对于术中置入主动脉内球囊反搏的患者还可TEE确定球囊位置。TEE近年来也越来越多地被用来监护室危重患者的检查及血流动力学检测,也取得了满意效果。但TEE因操作相对复杂,需要专业心脏超声科医师操作,干扰危重患者呼吸循环稳定且不能持续监测而限制了其在心外ICU中的应用。

2.2h⁃TEE

h⁃TEE的出现解决TEE的部分不足之处,与传统TEE相比,h⁃TEE探头更小,操作过程中患者经历的不适感也更轻微,使用的镇痛镇静药物剂量更低,因此对呼吸循环系统影响更小,且可在患者食管内留置长达72h,能持续动态地监测患者心脏功能、容量状况以及两者之间的匹配度,也可监测患者对药物治疗的反应,对于严重心功能不全的患者具有重要意义[9]。同时,h⁃TEE植入后心外科医师经过简单培训即可操作。聂帅和穆心苇[10]认为h⁃TEE可用于指导血流动力学不稳定的患者调整治疗方案以及血管活性药物、心肺辅助装置的使用及撤离等,其并发症发生率低、安全性高。

2.3经食管心外膜超声

是近年来出现的TEE与IEE的新型结合形式,集合了食管超声及IEE的优势[11]。经食管心外膜超声的出现部分克服了传统IEE的局限性,是未来超声技术发展的一种新方向。经食管心外膜超声技术是通过将超声探头晶片无菌化处理后由手术医师协助置于心脏一侧,并由超声科医师调整经食管探头位置,操作仪器,以获取清晰可靠的图像。经食管心外膜超声技术与传统IEE技术相比其探头更小且柔韧性强,可依据检查部位的空间结构作“屈”“伸”“侧方旋转”等调整,可以探测到传统IEE难以探测到部分区域,且对心脏搏动影响小。因此克服了传统心外膜超声技术获取图像部位受限、心脏搏动致图像不清晰、易引起心律失常等不足,具有简捷、准确、安全的优势,目前此项技术已被用于瓣膜病及先天性心脏病的术中检查。但此项技术对严重扩大的心脏检查仍有一定的局限性[12]。

3心肌声学造影声学

造影技术又称对比超声造影技术,Gramiak于1968年将富含气泡的生理盐水注入待行检查的脏器后,然后通过超声谐振使气泡破裂致使回声增强,提高了超声图像的清晰度,这是声学造影技术在临床上的首次应用[13]。造影剂的质量决定了声学造影结果的质量,随着超声造影剂不断更新换代声学造影技术在临床上的应用范围也愈来愈广,从欠稳定、不易通过肺循环以空气为核心的第一代超声造影剂到稳定性提高、谐波信号增强的第二代超声造影剂,造影剂的发展极大地提高了声学造影图像的分辨率,特别是正在研究的具有靶向亲和作用,可以携带治疗药物的第三代声学造影剂,它的研发成功将会使超声技术具有诊断和治疗的双重作用[14⁃15]。现在声学造影已可以强化分辨生理与病理状态下的血流灌注情况,因此有学者将它与二维超声、多普勒和彩色血流成像技术并列为超声领域的三大革命性技术进步[13]。心肌声学造影(myo⁃cardialcontrastechocardiography,MCE)是超声造影技术应用到心血管学科的成功典范。

3.1MCE在心血管外科领域的应用

首先可应用其评估冠状动脉病变程度及冠状动脉血流储备,对心肌进行危险分层、判定心肌存活比例、评价冠状动脉内皮细胞功能、监测心肌再灌注情况、评估梗死后心室重构等,因此被称为评估冠状动脉微循环状态的金标准[14]。冠状动脉造影虽然是诊断冠心病的金指标,但其只能从影像学上分辨直径较大的冠状动脉血管的狭窄程度及范围而无法判定心肌灌注的微循环状态。Reis等[15]对48例有心绞痛症状而造影无冠状动脉狭窄的女性患者进行MCE研究发现导致心绞痛的主要原因是直径为100~200μm的微小动脉功能障碍。姚虹等[16]通过MCE评价冠状动脉造影狭窄程度为0~Ⅱ级的心绞痛患者的心肌灌注状况证实局部的心肌低灌注没有产生无复流,虽有微循环的损伤但不影响局部心肌细胞水平代谢,没有出现心肌舒缩功能的异常。因此MCE较冠状动脉造影技术可以客观评估心肌微循环层面的病理生理变化。目前临床上急性心肌梗死超早期诊断缺乏敏感性指标,即使目前被认为心肌梗死敏感指标的肌钙蛋白也是在数小时后才能出现阳性结果。既往研究认为即使短暂的冠状动脉闭塞(5~15min),相对应的室壁节段运动幅度也会出现异常,而MCE恰对微小的室壁运动异常敏感[17],因此MCE在心外科围术期心肌梗死的超早期诊疗中应用前景广阔。其次MCE可用于先天性心脏病及心脏肿瘤的诊断,MCE在卵圆孔未闭、房间隔缺损、永存左上腔静脉、肺动静脉瘘的诊断及治疗中有独特的优势[18]。在心脏占位性病变较小时,TTE及TEE均难以判定其性质。郭灵丹等[19]通过MCE显示占位性病变的血流灌注状况,为判断肿物性质提供了一种新的鉴别方法,特别是在鉴别较小的心脏占位性病变中有重要意义,可用于早期发现心脏肿瘤并鉴别其性质。

3.2声学造影技术的安全性

随着声学造影技术的不断发展进步,其安全性逐步被人们所重视,声学造影过程中造影剂在高声场中微泡的膨胀和压缩变得不对称,最终导致微泡破裂,并伴随着大量的能量释放,这是其引起生物学效应的主要原因。在欧美国家曾报道过数起与超声造影剂相关的死亡事件,由此引起了学者们对声学造影剂应用安全性的担忧。但大量的临床研究表明在诊断条件下的常规造影剂量并不会增加额外的风险[20],周冰洁等[21]通过观察超声造影对大鼠心肌毛细血管通透性的影响,认为高机械指数间断触发成像与低机械指数实时成像模式对大鼠血流动力学及心肌损伤指标均无明显影响,对合并有慢性高脂血症及急性心肌缺血/再灌注损伤的大鼠在MCE前后安全性指标与正常大鼠比较差异无统计学意义。

4IEE

作为一种对心肌直接接触,操作简单的技术手段,用于心外科手术术中。但因直接接触心脏外膜,可能带来一些检查的风险及并发症,所以其应用多与TEE互为补充。2007年美国超声心动图与麻醉医师协会发表了心脏术中IEE操作指南,表明IEE技术日渐普及[22]。IEE可以评估TEE难以探测到的左肺动脉、下腔静脉、肺动脉侧枝及主动脉弓部以上等位置,因探头直接在心脏表面操作,避免了探测路径的干扰,可以自由选择切面,获取的图像更加真实可靠,对病情的评估也更加准确[23]。IEE技术在心外科的应用具有广阔前景,对于心外科病情不允许接受某些术前特殊检查的患者,IEE可以在术中补充检查,实时了解心脏解剖及病理生理状态,以指导手术方案的制定及实施。但IEE需要在外科医师的协助下在心脏表面操作,故会延长手术时间[24],同时图像的质量亦受手术医师采集图像的能力、手术切口、探头可进入的位置、心包空间及心脏搏动的影响,探头加压亦有损伤心肌的风险。

5TTFM

TTFM的概念最早由Baldes和Franklin等提出,Drost等于1978年将此技术与超声技术相结合,1980年后期基于两种技术的超声瞬时血流量计系统被研发应用于临床[25]。超声瞬时血流量系统具有操作方便、简单,不用校对“零”点,提供精确的血流实时监测,测定结果可靠、稳定,实时记录分析。TTFM参数目前主要包括血流波形图、弹力指数、平均流量、反流量百分比等,依据术中测定移植物流量判定吻合口质量,还可同步心电图和压力信息,并计算出派生指数,能够提供更好的治疗效果[26]。因此TTFM通过对心脏外科手术中冠状动脉移植物血流量的测定,确定血流速度和血流方向,精确地评估血管狭窄的程度及病变远端的血流情况[27]。在冠状动脉旁路移植术中,桥血管吻合完毕后TTFM可以即时检测桥血管血流量,以判断吻合口通畅程度,对于吻合口狭窄的桥血管拆除重新吻合,有效预防因吻合口质量不佳引起的术后急性冠状动脉综合征等严重并发症的发生,但目前TTFM测量对象主要为冠状动脉旁路移植术中移植血管,只能测量游离的桥血管,而对心肌表面及心肌内血管血流无法有效测定。

6血管内超声

血管内超声技术(intravenousultrasound,IVUS)是将无创的超声技术和有创的心血管导管技术相结合,从血管腔内直观地评估血管内壁病变。IVUS最常用于冠状动脉病变的诊疗过程,在心外科的应用主要是用于评估心脏移植物血管病变。心脏移植术后第1年死亡的主要原因是供体心脏血管病变。供体心脏血管病变并不引起明显的心绞痛症状,易造成误诊及漏诊。IVUS相对于冠状动脉造影能更早地发现动脉粥样硬化,是目前诊断心脏移植物血管病变及随访的主要手段之一,成为评估动脉重构的金标准[28]。IVUS在心外科的另一个重要应用是评估先天性心病肺高压状态下肺动脉壁病变进展情况[29]。先天性心脏病伴有高肺血流性肺动脉高压疾病的患者,在手术前需要评估肺动脉病理状态,由于肺血管病变具有不均一性,肺活检在临床评价病变方面受到限制,IVUS能对肺小血管进行高分辨率成像,能观测到临界状态的先天性心脏病患儿的肺动脉搏动,准确测量各项参数,以评估肺动脉血管病变程度,对手术适应证的选择及预后评估提供依据,但检查过程应考虑诱发肺动脉痉挛的风险[30]。7展望随着心外科手术技术水平不断提高,手术适应证越来越宽,围术期危重患者比例也逐年增长[31],也因此给临床医师带来一些新问题。急性主动脉夹层是心外科急危重病种之一,患者术前常因病情危重不能接受冠状动脉造影检查,围术期存在急性冠状动脉综合征风险,若术中一旦发生急性心肌梗死则可能引起严重的心功能下降难以脱离体外循环机器支持,既往处理这一并发症的做法为“盲搭”即依据术中观测到的室壁运动情况及心电图变化等辅助指标对可能存在问题的血管进行血运重建,但效果不确切,若不能有效恢复心肌灌注则会危及患者生命[32]。因此明确这类患者冠状动脉情况并针对性地进行血运重建,可预防急性冠状动脉综合征事件,改善患者预后。在患者心血管术后病情不适合接受冠状动脉造影检查时如何确定造成围术期心肌梗死的罪犯血管及罪犯部位,是处理这一并发症的关键。心血管外科术后患者机体处于应激状态,围术期心肌梗死早期并不易与如心脏压塞等某些其他并发症相鉴别,出现问题后更多采取的办法是开胸探查,在设有杂交手术室的心脏中心此时可同期行术中冠状动脉造影指导再次血运重建,而目前国内大多数单位对这类患者的处理可能是依据患者术前的造影及心电图变化等,推断围术期心肌梗死的罪犯血管进行再次血运重建术,效果不佳。随着“零射线”影像技术的开展,将来有望解决这些问题[33]。如将IEE、声学造影、食管超声等技术有机融合,形成心外膜声学造影技术,帮助心外科医师在手术室内不依赖于冠状动脉造影技术即可诊断冠状动脉病情,避免冠状动脉造影术的并发症,对高危血管进行预处理,降低患者围术期风险。将来随着这些技术的成熟,甚至可能研发出冠状动脉术中支架,术中支架与旁路移植术相结合,普通手术室或许就具备杂交手术室的功能。

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作者:吴建涛a;唐国璋b;王英c;池一凡a;张文锋a;牛兆倬a;生伟a;李好友a;尹红a 单位:青岛大学医学院附属青岛市立医院a.心脏病中心,b.心脏超声科,c.耳鼻喉科

超声技术在心血管外科临床的应用责任编辑:张雨    阅读:人次