超声剪切波传播速度评估心肌细胞排列方向及排列紊乱的实验研究

Myocardial fiber disarray is a characteristic pathological feature of hypertrophic cardiomyopathy (HCM), and is correlated with cardiac function and prognosis of patients. Therefore, evaluation of myocardial fiber disarray will be of great value for early diagnosis and prognosis prediction of patients with HCM. Real-time shear wave elastography (SWE) has been used to assess stiffness of biological tissue in recent years. During SWE shear wave will be generated and propagate in the tissue with a direction parallel to the transducer position, and the smaller the angle between propagation direction and muscle fiber, the faster the propagation speed. We will use β-MyHC-Q403 transgenic rabbit as HCM animal model, and measure the propagation speed of shear wave in subepicardial, middle, subendocardial myocardium during different transducer position. Myocardial fiber orientation will be evaluated according to shear wave propagation speed, and myocardial fiber disarray will be assessed by calculating the coefficient of variability, and the results will be validated by histological study. The feasibility of SWI for evaluation of myocardial fiber orientation and disarray will be assessed, to which no similar research has been reported before. Our research will provide experimental evident for evaluation of myocardial fiber disarray by real-time shear wave elastography.

心肌细胞排列紊乱是肥厚型心肌病的特征性病理表现，与患者的心脏功能和预后密切相关。因此，评估心肌细胞排列紊乱对肥厚型心肌病的早期诊断及预后判断有重要的意义。实时超声剪切波弹性成像近年来被用于检测生物组织中剪切波传播速度以评估组织硬度，其发射的剪切波传播方向与探头放置方向平行，且当剪切波传播方向与肌纤维间的角度越小时，剪切波传播速度越快。我们将以β-MyHC-Q403转基因兔作为肥厚型心肌病动物模型，通过测量不同探头放置方向时心外膜下层、中层、心内膜下层心肌的剪切波传播速度，评估各层心肌细胞的排列方向，并计算探头方向变化时剪切波速度离散系数，评估心肌细胞排列紊乱程度，并与组织学分析所获结果进行比较，评估剪切波弹性成像技术用于检测心肌细胞排列方向和排列紊乱程度的准确性，这在国内外尚无同类报道。本研究将为应用实时超声剪切波弹性成像技术检测心肌纤维排列紊乱提供实验依据。

心肌细胞排列紊乱见于心肌病、高血压性心脏病等多种心血管疾病中，可影响心肌运动及电生理活动，与预后密切相关。因此，评估心肌细胞排列紊乱对于早期诊断、预后判断以及阐明疾病的病理生理机制有重要的意义。.本研究应用升主动脉缩窄法建立了心肌肥厚动物模型，对实验动物心脏进行了超声剪切波弹性成像（Shear wave imaging, SWI），记录不同传播方向时剪切波在心内膜下层、心肌中层、心外膜下层心肌内的传播速度及变化情况，基于当剪切波传播方向与肌纤维平行时传播速度最快的原理，评估各层心肌细胞排列方向。此外，计算不同传播方向时剪切波传播速度的离散系数，以反映心肌细胞排列紊乱情况，并应用超声剪切波平均传播速度评估心肌的僵硬度。完成剪切波弹性成像研究后，对心脏进行取材和组织病理学分析，获得各层心肌细胞排列方向的“金标准”结果，并对心肌细胞排列紊乱和心肌间质纤维化进行定量研究。.研究发现，各层心肌内的剪切波传播速度会随传播方向的改变而发生变化，SWI测得的各层心肌细胞排列角度分别为心内膜下层72.63°±12.51°、心肌中层32.37°±11.47°、心外膜下层-48.95°±11.00°；组织学方法获得的实际心肌细胞排列角度分别为心内膜下层47.84°±19.09°、心肌中层23.26°±12.35°、心外膜下层-42.42°±17.75°，SWI和组织学方法测量的心肌细胞排列角度具有良好的相关性（r=0.93，p<0.01）。心肌肥厚组的心肌细胞紊乱面积大于对照组（12.67%±2.15% vs 4.54%±2.47%，p<0.01），心内膜下层的剪切波传播速度离散系数与心肌细胞紊乱面积具有相关性（r=-0.78，p<0.01）。心肌肥厚组的心肌间质纤维化面积大于对照组（8.63%±2.01% vs 4.20%±2.30%，p<0.01），剪切波传播速度平均值与心肌间质纤维化面积具有相关性（r=0.84，p<0.01）。.本研究证实了SWI评估心肌细胞排列方向的可行性，并为无创性评估心肌细胞排列紊乱、心肌间质纤维化等心肌病理变化提供了实验依据，具有潜在的临床应用价值。