磁共振動態(tài)增強掃描(DCE-MRI)檢測易損性動脈粥樣硬化斑塊應用價值實驗研究

曲曉峰,楊海山,劉書峰,劉亞潔,王乃玉

(1.吉林大學中日聯(lián)誼醫(yī)院放射科,吉林長春130033;2.大連醫(yī)科大學附屬二院a.放射科,b.病理科)

動脈粥樣硬化斑塊破裂是引起急性心腦血管意外的主要病因,因此對于早期檢出易損性動脈粥樣硬化斑塊對于預防心腦血管意外的發(fā)生具有重要的意義。病理研究表明:斑塊的易損性與斑塊的成分密切相關,而不是與管腔的狹窄程度有關,動脈粥樣硬化斑塊易損性與斑塊內(nèi)新生微血管與斑塊的炎癥反應密切相關[1-2]。本研究通過動物實驗探討磁共振動態(tài)增強掃描(Dynamic Contrast Enhanced MRI DCE-MRI)參數(shù)與動脈粥樣硬化斑塊內(nèi)新生微血管與炎性反應相關性,通過量化的指標評價動脈粥樣硬化斑塊內(nèi)新生微血管量與炎性反應程度,從而評價動脈粥樣硬化斑塊易損性。

1 材料與方法

1.1 動物模型制作

成年新西蘭雄性大白兔20只,體重2.5-3.5 kg,高脂喂養(yǎng)(200 g飼料2.5%膽固醇15%蛋黃粉10%豬大油)[3]自由飲水,高脂喂養(yǎng)4周后實施球囊拉傷損傷主動脈內(nèi)膜,麻醉后腹股溝區(qū)備皮及消毒,切開長約3 cm切口;確認股動脈后,采用Seldinger技術穿刺插入導絲導管,將4F球囊擴張導管插入至腹主動脈約心臟下方水平2 cm處,球囊內(nèi)充入生理鹽水,感覺有阻力后緩慢拉出約10-1 5 cm,拉出的速度約為10 cm/s,反復3次[4];取出球囊壓迫止血后,縫合切口。術后肌肉注射慶大霉素3天,預防感染。于第4、8周各對1只實驗兔進行MR掃描,觀察血管壁情況,調(diào)整飼料內(nèi)膽固醇含量或進行2次動脈內(nèi)膜損傷。

1.2 影像學檢查方法

美國GE Signa CV/i 1.5T磁共振掃描儀,掃描前8H禁食,仰臥體位,使用表面線圈。MR多序列掃描采用FSE序列T1WI T2WI抑脂序列,質子密度加權像其中重復時間與回波時間(TR/TE)分別為T1WI:200/4.2 ms;FSE T2WI:4 000/86 ms;PDW:2 000/20 ms;FOV:20CM;矩陣 256×160;收集信號次數(shù)(NEX):2.多期動態(tài)增強掃描采用T1WI FSPGR序列,重復時間與回波時間(TR/TE)分別為175/4.2 ms矩陣256×128;連續(xù)掃描12個時相,每個時相間隔約為1 min,造影劑為德國先靈公司產(chǎn)馬根維顯(0.5 mmol/kg),經(jīng)耳緣靜脈團注,注射速度為1 mL/s。

1.3 病理學檢查

實驗動物采用經(jīng)耳緣靜脈注射過量的3%戊巴比妥鈉處死實驗兔,解剖尸體,取出自主動脈根部至髂總動脈分叉處的主動脈,按其相應解剖標志,取掃描范圍內(nèi)血管。生理鹽水沖洗干凈后,10%福爾馬林浸泡固定,24H后組織制片,使用HE染色觀察血管的形態(tài)及動脈粥樣硬化斑塊形態(tài)。免疫組化方法使用CD31染色,標記動脈粥樣硬化斑塊內(nèi)新生微血管內(nèi)皮細胞,使用CD68染色,標記動脈粥樣硬化斑塊內(nèi)巨噬細胞,以血管內(nèi)皮細胞胞質內(nèi)出現(xiàn)棕黃色顆粒且著色強度高于背景染色者判定為陽性。

1.4 實驗方法

實驗兔損傷腹主動脈內(nèi)膜后高脂喂養(yǎng)第16-20周行磁共振FSE序列T1WI、T2WI抑脂序列掃描及MR動態(tài)增強掃描,掃描范圍從髂總動脈分叉處至膈肌水平,掃描結束后處死實驗兔,取出掃描范圍內(nèi)病變血管,制成組織片后使用HE染色,免疫組化方法使用CD31染色標記動脈粥樣硬化斑塊內(nèi)新生微血管,使用Image-Pro Plus專業(yè)圖像分析軟件分析免疫組化圖像。計數(shù)3個不重疊區(qū)域中每個視野內(nèi)的新生微血管內(nèi)皮細胞數(shù)和陰性細胞數(shù)(個/400倍視野),取均值作為動脈粥樣硬化斑塊平均新生微血管內(nèi)皮細胞數(shù),計算CD31、CD68染色陽性細胞百分率,結果用±s表示。MR圖像使用 GE ADW4.0工作站進行圖像分析,繪制時間信號強度曲線。計算動脈粥樣硬化斑塊時間—信號強度曲線首過時相斜率S及斑塊峰值信號強度強化后120 s信號強度下降率Soutflow,計算方法為:S=(SIF—SI0)×100%/(SI0×Δ t)Soutflow=(SImax—SImax+120s)×100%/SImax(SIF為首過時相信號強度,SI0為動態(tài)增強掃描起始信號強度,Δ t為首過時相間隔時間,SImax為峰值信號強度,SImax+120s為峰值信號強度強化后120 s信號強度。)

1.5 統(tǒng)計學方法

2 實驗結果

動脈粥樣硬化斑塊時間—信號強度曲線斑塊峰值信號強度強化后120 s信號強度下降率Soutflow與斑塊內(nèi)新生微血管(CD31免疫組化表達)、斑塊內(nèi)炎性反應(巨噬細胞CD68免疫組化表達)相關性分析,r值分別為0.469(P＜0.01)、0.415(P＜0.05),CD68計數(shù)與CD31計數(shù)相關性分析,r值為0.480(P＜0.01)。首過時相斜率S與CD68、CD31計數(shù)相關性分析,r值分別為0.452(P＜0.05)、0.479(P＜0.01)。CD68計數(shù)與CD3計數(shù)相關性分析,r值為0.480(P＜0.01)

20只實驗兔共檢測30處強化動脈粥樣硬化斑塊,增強掃描均可見強化。使用GE ADW4.0工作站測定斑塊信號強度,繪制時間—信號強度曲線。測定斑塊時間—信號強度曲線首過時相斜率S(4.15±1.13)及斑塊峰值信號強度強化后120 s信號強度下降率Soutflow(30.88±9.33)使用Image-Pro Plus專業(yè)圖像分析軟件分析免疫組化圖像,計算CD31染色陽性細胞百分率(36.65±13.96)%。CD68染色陽性細胞百分率(45.47±11.41)%。見圖1-4。

3 討論

最新研究表明:動脈粥樣硬化斑塊易損性、斑塊內(nèi)新生微血管與斑塊的炎癥反應密切相關[1、2]。斑塊內(nèi)新生微血管與斑塊內(nèi)的炎癥反應可以作為斑塊易損性的標志[3]。

圖1 DCE-MRI增強掃描動脈粥樣硬化斑塊可見明顯強化(白色箭頭)

圖2 相對應層面病理切片HE染色顯示動脈粥樣硬化斑塊

圖3 CD31免疫組化染色標記新生血管內(nèi)皮細胞(棕色為陽性表達區(qū)域)

圖4 CD68免疫組化染色標記新生血管內(nèi)皮細胞(棕色為陽性表達區(qū)域)

斑塊的強化程度與斑塊內(nèi)新生微血管、斑塊的血管滲透性和排泄動力學、血管外細胞外的容積和斑塊內(nèi)多種成分有關。斑塊炎性過程可以引起細胞外容積的增加和細胞內(nèi)皮的通透性,造影劑可以快速的進入斑塊細胞外的空間,動脈粥樣硬化斑塊可以出現(xiàn)強化[4、5]。處于活動期的動脈粥樣硬化斑塊新生微血管數(shù)目多,斑塊內(nèi)的炎性反應水平高,造影劑容易擴散至斑塊細胞外空間。因此,動脈粥樣硬化斑塊強化與斑塊內(nèi)新生微血管的數(shù)目和斑塊的炎癥反應程度密切相關。首過時相斜率S反應造影劑早期流入斑塊的情況,Soutflow反應斑塊達到峰值強化后造影劑流出情況,本研究表明:動脈粥樣硬化斑塊時間—信號強度曲線首過時相斜率S與斑塊內(nèi)新生微血管CD31計數(shù)、斑塊內(nèi)炎性反應CD68計數(shù)具有明顯相關性(R=0.479,P＜0.01、R=0.452,P＜0.05),斑塊峰值信號強度強化后120 s信號強度下降率Soutflow與斑塊內(nèi)新生微血管CD31計數(shù)、斑塊內(nèi)炎性反應CD68計數(shù)具有明顯相關性(R=0.415,P＜0.05、R=0.469,P＜0.01)。通過對動脈粥樣硬化斑塊時間—信號強度曲線量化指標S與Soutflow測定反應斑塊內(nèi)新生微血管數(shù)目與炎癥反應程度,S與Soutflow越大,斑塊的炎癥反應明顯、新生微血管量多,表明斑塊處于活動期,具有易損性。易損性動脈粥樣硬化斑塊新生微血管數(shù)目多、炎癥反應明顯,反之,S與Soutflow較小表明斑塊的炎癥性反應和新生微血管數(shù)目少,發(fā)生斑塊破裂的可能性較小。因此可以通過量化指標S與Soutflow檢測動脈粥樣硬化斑塊的易損性。

本研究通過對于動脈粥樣硬化斑塊時間—信號強度曲線參數(shù)Soutflow與S的測定,能夠較為全面的評價動脈粥樣硬化斑塊內(nèi)造影劑排泄動力學改變,對于動脈粥樣硬化斑塊的新生微血管數(shù)目、斑塊內(nèi)的炎性反應水平進行半定量測定,為臨床早期發(fā)現(xiàn)和干預治療易損性動脈粥樣硬化斑塊提供可靠的影像學依據(jù),能夠有效的預防心腦血管意外的發(fā)生。

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