小鼠右心室舒张期参数的超声心动图测量

摘要

本文描述并比较了在小鼠中获取心尖四腔切面的两种体位。这两种体位均可用于量化右心室功能，结果具有可比性，且可互换使用。

摘要

舒张功能障碍是右心室（RV）重构的显著特征，常见于压力超负荷状态。然而，在实验研究中，右心室舒张功能很少被定量评估。这可能是由于在啮齿类动物中，从心尖四腔观观察右心室存在技术上的困难。本文介绍了两种有助于在小鼠中清晰显示心尖四腔观的位置，以评估右心室舒张功能。

通过将小鼠固定平台向左下方（LeCa）或向右上方（RiCr）倾斜，可获得心尖四腔切面。两种体位均可获取质量相当的图像，且由此测得的右心室舒张功能参数无显著差异。两种体位的操作难度相似，本方案可整合至已发表的实验流程中，从而实现对右心室功能的详细研究。

引言

舒张功能障碍是右心室（RV）重构的一个显著特征¹，并与压力超负荷状态相关²。超声心动图（EchoCG）可用于表征右心室舒张功能障碍^3,4。尽管小动物超声心动图技术近年来有所进展，但舒张参数的测量结果却很少被报道。相比之下，收缩功能的测量则被广泛用于转基因小鼠的表型特征分析⁵，以及治疗反应的评估⁶。

这在一定程度上可归因于从心尖四腔切面测量舒张期参数存在困难。通过倾斜固定平台（LeCa 或 RiCr 方向）可改善此体位下心脏的可视化效果。即使采用了这些操作，超声心动图操作者通常也不会在论文中报告这些细节^4,7。因此，目前尚不清楚这些操作是否能够提供可比的结果。此外，这也阻碍了小鼠该体位标准化命名体系的建立。

本研究旨在描述两种用于获取心尖四腔心切面图像的探头位置，并比较两者的结果。为了确定这两种位置之间的差异，我们采用了小鼠肺动脉束带（PAB）模型，该模型通过放置钽夹造成肺动脉部分阻塞。这种阻塞可导致右心室重构及功能障碍。有关PAB手术的详细步骤可参见先前发表的研究³。假手术组小鼠的钽夹被放置于肺动脉旁但不造成阻塞，作为对照组进行比较。术后三周，使用配备30 MHz扫描探头的成像系统进行超声心动图（EchoCG）检查（详见材料表）。关于小鼠体位及超声束方向的命名遵循Zhou等⁷所描述的规范。

方案

本研究根据动物实验的国家规定和欧盟指令2010/63进行。设备准备步骤详见Brittain 等人⁸的先前描述。

1. 小鼠准备

1. 获取 12 至13周龄雄性C57Bl6/J小鼠，并在恒定室温下以12小时光照/12小时黑暗循环饲养 随意摄取 可自由获取标准实验室饲料和水，直至实验开始。
2. 使用机构批准的全身麻醉剂对小鼠进行麻醉，并通过脚趾夹捏测试确认其无反应。在0.8%–1.2%异氟烷轻度麻醉下，将小鼠固定于加热平台上，在其四肢涂抹电极凝胶，以持续监测心率和体温。
3. 使用脱毛膏去除小鼠胸部的毛发。为减轻对胸腔的压力，不要将超声耦合凝胶直接涂抹于胸腔部位，而应将凝胶涂在探头尖端。

2. 图像采集

1. 心尖四腔切面，平台向左及尾侧倾斜
   1. 完成小鼠准备后，将平台向左倾斜10°–15°，然后向尾侧倾斜10°–15°。
   2. 将探头置于心尖上方，使成像平面与冠状面成约45°角，超声束的中心轴指向头侧、后方及左侧，以获得心尖四腔切面。按下B-Mode按钮以激活B模式/二维图像。
      注意：探头可手动持握，也可通过支架固定。“"B-mode"”一词来源于所使用的成像系统，替代了更为常见的“"two-dimensional"”（二维）这一术语，并在本方案中统一使用。
   3. 在声学窗口中寻找以下结构的显示：左心室（LV）、左心房（LA）、右心室（RV）、右心房（RA）、二尖瓣（MV）和三尖瓣（TV）。
   4. 在冠状面内调整成像平面，并围绕中心轴顺时针和逆时针旋转，直至两个心室均显示为最长径，且两个心房均可见。此即为四腔切面（图1）。
   5. 按下Cine store按钮以保存记录。
   6. 按下Scan/Freeze按钮以暂停系统。
2. 三尖瓣血流速度的测量
   1. 按下Scan/Freeze按钮以激活系统。
   2. 多次按下Overlay按钮以激活脉冲波（PW）模式的取样容积。
   3. 保持已获得的四腔切面，使用轨迹球将取样容积置于三尖瓣开口处，以测量流入速度（E波和A波峰值速度）。
   4. 按下PW模式按钮以测量流入速度（E波和A波峰值速度）。
      注意：由于在此位置三尖瓣难以清晰显示，进行多次测量有助于将取样容积正确对准血流方向。多普勒取样时，应使多普勒声束与血流方向之间的夹角尽可能小。所获得的血流频谱应符合以下标准：1）流入频谱呈类似M形，第一峰低于第二峰；2）存在呼吸调制，吸气时振幅增大；3）在多次测量中速度振幅达到最大（图2）。
   5. 按下Cine store按钮以保存优化后的记录。
   6. 按下Scan/Freeze按钮以暂停系统。
3. 三尖瓣环收缩期位移（TAPSE）的测量
   1. 按下Scan/Freeze按钮以激活系统。
   2. 按下B-Mode按钮切换至B模式。可能需要对图像进行若干调整，以重新获得正确的四腔切面。
   3. 多次按下Overlay按钮以激活M模式的取样容积。使用轨迹球将取样容积对准三尖瓣环的侧部。通过轨迹球拖动取样容积的边缘，调整其长度，使其覆盖心动周期中心脏运动的全部振幅。
   4. 按下M-Mode按钮以激活M模式。三尖瓣环的运动应呈现为波动波形（图2）。
   5. 按下Cine store按钮以保存记录。
   6. 按下Scan/Freeze按钮以暂停系统。
4. 组织多普勒参数的测量
   1. 按下Scan/Freeze按钮以激活系统。
   2. 按下B-Mode按钮以激活B模式。
      注意：可能需要在冠状面内进行角度调整，并围绕图像中心轴顺时针和逆时针旋转，以重新获得正确的四腔切面。
   3. 多次按下Overlay按钮以激活组织多普勒成像（TDI）的取样容积。使用轨迹球将取样容积对准三尖瓣环的侧部，即右心室游离壁与三尖瓣形成夹角的位置。通过轨迹球拖动取样容积的边缘，调整其范围，使其包含瓣环在收缩期和舒张期的极端位置。
   4. 按下Tissue按钮以激活TDI模式。
      注意：TDI记录中出现黄色轨迹，应符合以下标准：1）记录呈倒置M形；2）舒张期E'波和A'波峰值清晰可辨，收缩期S'波峰值明显；3）在多次测量中速度振幅达到最大（图2）。
   5. 按下Cine store按钮以记录优化后的图像。
   6. 按下Scan/Freeze按钮以暂停系统。
5. 心尖四腔切面，平台向右及头侧倾斜
   1. 将平台向右倾斜10°–15°，然后向头侧倾斜10°–15°。按照前述部分所述方法进行LeCa步骤（步骤2.1、2.2、2.3和2.4）的测量。
      注意：实验过程中，异氟烷浓度应滴定至0.8%–1.2%，以维持小鼠心率在400–440 bpm范围内。在此范围内，可测得清晰分离的三尖瓣跨瓣血流及组织多普勒（DTI）速度峰值。为避免热量散失对血流动力学的影响，数据采集后进行离线分析。仅使用呼气末获得的信号进行分析。测量3–5个心动周期并取平均值。

结果

在小鼠中获取心尖四腔切面较为困难。因此，通过调整平台位置可帮助改变心脏在胸腔内的位置，从而实现心脏的可视化。将平台向左和向右倾斜可改善声窗效果，并在B型模式下获得质量相当的图像（图1）。在获得正确位置后，PW、M型和TDI模式下的测量亦提供了质量相当的图像（图2）。舒张期参数的测量在假手术组和PAB手术组小鼠中进行（表1）。两种体位（RiCr和LeCa）在舒张期参数上给出相似的结果（表2）。此外，在两种体位下进行的超声心动图检查均显示出假手术组与PAB组之间相似的差异（表2，Dunnet检验）。相关性分析显示，从这两种优化体位获得的数据之间具有良好的一致性（图3）。由于本研究使用的小动物样本量较小，故采用非参数检验方法^9,

讨论

从胸骨旁切面评估小鼠超声心动图的右心室功能和容积已有充分描述。相比之下，由于技术上的困难，小鼠超声心动图中的心尖切面长期以来被忽视。使用水平平台体位时，难以获得足够的声窗以实现四腔心视图成像。为了便于获取该切面图像，可将平台向左侧倾斜，这一操作类似于临床检查中患者取左侧卧位。该体位可使心脏位置更偏左且更靠上，从而改善声窗条件。因此，LeCa 是我们用于心尖部可视化成像的标准体位。然而，在约 30%–35% 的小鼠中，该体位下的图像质量仍可能不足。此时，采用 RiCr 体位成像可能有所帮助。

从这两个位置可以测量三尖瓣跨瓣血流速度（E 和 A）以及组织多普勒速度（E' 和 A'），从而提供有关右心室舒张功能的信息。我们观察到，从这两个位置获得的组织多普勒参数之间具有良好的相关性，而 E 峰的相关性则不够理想。总体而言，三尖瓣血流频谱的可视化是本方案中最具挑战性的部分，且表现出最高的变异性。通过组织多普勒测量三尖瓣环收缩期位移（TAPSE）和 S' 速度可评估右心室收缩功能。然而，根据最近的研究发现，TAPSE 的生理意义尚不明确¹¹。我...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
RMV-707B 扫描头 30 MHz	Visual Sonics	P/N 11459	小鼠扫描头
VisualSonics Vevo 770® 高分辨率成像系统	Visual Sonics	770-230	超声成像设备
Veet 敏感肌肤脱毛膏	Veet	07768307
3M 外科胶带 Durapore	3M Deutschland GmbH	1538-1	用于固定
Askina Brauncel 纤维素棉签	B.Braun	9051015
Aquasonic 超声耦合剂	Parker Laboratories Inc.	BT025-0037L
电极凝胶	GE medical systems information technologies Inc.	2034731-002	涂抹于四肢，用于持续心电图和心率监测
Thermasonic 凝胶加热器	Parker Laboratories Inc.	82-04-20	用于使用前加热超声耦合剂，减少热量散失