第二节 超声造影剂和造影方法学的研究历史
Steve Feinstein发明了第一个应用于市场的造影剂Albunex，使左室腔显影。虽然这个造影剂经冠脉注射可产生极好的心肌显像，但经静脉注射仅能使左心室（left ventricular，LV）显影。后来认识到这是由于微泡中的空气很快弥散和溶解，因此急需新一代的造影剂。新的造影剂或含有高分子量的气体（如六氟化硫，全氟化碳）使气体不容易弥散和相对不易溶解于血；或采用不渗漏的外壳（如聚合物）。一些研究者，如Paul Grayburn证明了其在LV显影和在改善左室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）测定的价值。Paul和其他人还证明了以微泡为基础的运输基因的可行性。
尽管有新的造影剂，但静脉注射心肌造影并未能实现完美，原因如下：
1.不能很好地将微泡信号和心肌信号区分
虽然发展了谐波成像信号处理系统部分解决了这个问题，由于微泡在超声野的共振产生谐波信号，这种信号可被宽带的传感器捕捉，当时认为，组织是无压缩的，不能产生谐波，所以当获得高质量的图像时，这种方法令人惊讶。目前，谐波成像是B型超声成像的标准方法，同时这个技术的进展成为MCE研究的副产品。然而，由于在谐波成像中仍可看到组织，于是发展了离线影像处理工具，发现被微泡增强的心肌信号。Jiri Sklenar，一名计算机专家，为正确分辨心肌的增强建立了影像对准、减影、彩色编码和显示的程序，这种处理方法虽然非常有效，但在数字化超声以前感到非常烦琐，同时有许多步骤，包括模拟数据的数字转化，故不久就被更智能的信号处理程序取代，开发出了在超声野内使微泡震动产生的非线性信号发放，而由组织中产生的信号取消。这些进展是由Peter Burns和Nico de Jong对微泡超声相互作用特征的基础发现而成为可能。应用数字图像处理，Villanueva是第一个证明应用犬右心注射浓缩Albunex使LV心肌增强的人。
2.超声破坏微泡使心肌显影不良
早在Tom Porter做犬实验中意外发现当停止超声发射后再发射超声可见第一个切面的心肌增强非常明显时就已了解超声破坏微泡会使心肌显影不良。成像使用较高的能量可使震动的微泡在超声中爆破，用较低的能量输出可使LV显影良好；应用新的信号处理系统，较低的能量输出也能使心肌显影良好。
应用静脉注射第二代造影剂Optison和谐波技术，曾在人体完成心肌显影。Sanjiv Kaul等与伦敦的Roxy Senior合作完成30例对比单光子发射计算机断层成像术（single photon emission computed tomography，SPECT）心肌灌注显影和图像处理彩色编码MCE，结果表明，两者在发现可逆性心肌缺血和固定性心肌缺血方面的一致性良好，同时表明静脉注射超声造影剂发现冠心病的临床可行性。
由于MCE图像的心肌声强值反映的是心肌血容积（MBV）而不是心肌血流量（MBF），因而有一定局限性，在了解了超声可用于破坏微泡之后，Sanjiv Kaul等根据这一现象建立了一种定量MBF方法可同时测定MBV和MBF速度，Kevin Wei在动物和人体上广泛验证了应用微泡破坏和再充填方法可以测定MBF。Ananda Jayaweera建立了一种测定组织营养血流的简单的数学模式，这个模式成为测量心、脑、肾、皮肤和骨骼肌组织灌注的标准方法。Jiri Sklenar补充了一个定量组织血流的简单的计算机图像分析方法。应用这个方法，Andre Linka证明当存在严重冠状动脉狭窄时，心内膜下心肌缺血是由于心内膜下血流速度的减少，而不是由于MBV减少。
一旦MBF-血流速度和MBV可被区分，会使确定可逆性灌注缺损成为可能，可逆性灌注缺损原来认为是由于血管扩张剂负荷时MBV的减少造成的。Jayaweera应用一种新的模型证明在药物负荷时为了维持恒定的静水压，非严重狭窄动脉远端毛细血管减少征募，形成MBV可逆性减少的基础，同时使任何一种应用示踪剂的心肌灌注影像显示为可逆性灌注缺损。Jayaweera证明，当冠状动脉静息血流减少使灌注压下降时通常认为是由于毛细血管崩溃导致的结果；如果是这样，则毛细血管床是充血血流的关键。由于毛细血管是平行排列，毛细血管减少就会引起血流储备减少，如心肌梗死和高血压患者的情况。Elizabeth Le后来提示，当自动调节功能衰竭时，毛细血管通过减少征募来调节它们的静水压。
在一个恒定冠脉血流的缺血再灌注模型，将微泡直接注射到冠脉后观察到，在基础状态最初几秒微泡通过心肌转运后，于再灌注后部分微泡保持在组织内引起持续的心肌显影增强。同样的现象可见于手术搭桥后的患者，在冷晶盐水与温血混合的心脏停跳液应用后。Jonathan Lindner应用外置微循环装置在活体纤维镜下探讨了这种现象，在缺血和再灌注时，微泡非特异性地黏附到微静脉中白细胞和内皮细胞表面。这个研究同样证明应用微泡和超声进行分子成像的可行性。Jonathan和Liza完成了许多在炎症和血管新生微泡靶向到内皮表面的研究。Jonathan还用微泡在动物上研究了骨骼肌的微循环和周围血管疾病。
基于以前的研究证明，只要冠脉的血流是恒定的（非严重狭窄），冠脉血容积的增加与冠脉病变的严重程度成比例，Sanjiv Kaul等探讨应用超声造影在静息状态下发现冠心病（coronary artery disease，CAD）的可能性。由于心肌内的小动脉的血只占MBV的一小部分，当超声束充分充满时，这些血管内微泡发出的信号正常可忽略不计；然而，如果应用非常短的破坏微泡的超声脉冲间歇，所获得的信号只能源于在短期内能充填的血管，既不是毛细血管，也不是小静脉能有机会被充填。由于大的心肌内血管的前向血流出现在舒张期，故为舒张期MCE显示的主要信号；在收缩期，受心肌弹性改变的影响使小动脉的血逆向移动到较大的心肌内血管，使在MCE上收缩期的信号很小。当存在狭窄时，受自动调节影响，小动脉的血量增多；有较多的微泡由较小的血管逆向移动，形成在收缩期心肌内血管的信号增强。由于这些血管不参加自动调节，舒张期信号保持不变，在严重狭窄时，收缩期与舒张期信号比值增大。Wei在不应用任何应激源的情况下在动物实验和人体上验证这种方法可在静息状态下发现CAD。
由于毛细血管是充血血流的关键，影响毛细血管阻力的因素（主要是黏滞性）会影响充血血流。Se-Joong Rim证明，高脂血症通过增加全血黏度增加心肌血管阻力，从而减少血流储备；宾建平证明，硝酸甘油通过减少血液黏度，同时诱发血红蛋白在缺血区组织卸载更多的氧，使缺血床的微血管血流增加。
随着许多第二代和第三代造影剂（Optison，Definity，Sonovue，Imagent，Sonozoid，Cardiosphere，Imagify）的应用，研究者进行了若干实验研究的验证和Ⅱ、Ⅲ期临床研究。这些研究表明，对可疑或已知CAD患者，应用药物负荷试验，MCE和核素心肌灌注显像相比，具有相等的甚至更好的结果。对到急诊室的胸痛患者，MCE和SPECT对检出急性冠状动脉综合征（acute coronary syndrome，ACS）患者具有相同的价值，对最初到达急诊室的患者，MCE可增加诊断价值。