實驗用獼猴頸部骨骼和血管的影像學及血流動力學分析

凌澤莎，周志明，鄭曉，江園，賈功偉，虞樂華

（重慶醫科大學 第二附屬醫院：康復科1，影像科2，超聲科3，重慶 400010）

研究報告

實驗用獼猴頸部骨骼和血管的影像學及血流動力學分析

凌澤莎1，周志明2，鄭曉3，江園1，賈功偉1，虞樂華1

（重慶醫科大學 第二附屬醫院：康復科1，影像科2，超聲科3，重慶 400010）

目的為以獼猴為實驗對象的基礎研究提供有價值的頸部影像學資料。方法選擇實驗獼猴6只，雌雄各半，年齡3～5歲，體重3.5～5 kg，給予全身麻醉后行頸部CT血管掃描試驗，采用平掃及增強掃描技術，進行容積數據采集，獲取正常獼猴頸部CT橫斷面影像。并在橫斷位圖像中測量C6橫突孔入口處左右兩側椎動脈直徑、C2-C6橫突孔的橫徑、矢狀徑。彩色多普勒超聲對健康獼猴頸總動脈（CCA）、頸內動脈（ICA）、頸外動脈（ECA）、椎動脈（VA）的收縮期峰值血流速度（PSV）、舒張期峰值血流速度（EDV）及血管內徑（D）進行分析。結果螺旋CT三維重建顯示：①獼猴椎動脈經C6橫突孔入頸椎，C2橫突孔出頸椎，并有鉤椎關節的存在，獼猴椎動脈的走行與人極其相似；②獼猴左側椎動脈直徑為（1.89±0.44）mm，右側椎動脈直徑為（1.72±0.39）mm，雙側椎動脈直徑比較無統計差異（P＞0.05），同一節段雙側的橫突孔測量指標比較無統計學差異（P＞0.05）與人相似。彩色多普勒超聲檢測頸部血管提示：獼猴左右兩側的頸總動脈收縮期峰值血流速度（CCA-PSV）、舒張期峰值血流速度（CCA-EDV），頸內動脈收縮期峰值血流速度（ICA-PSV）、舒張期峰值血流速度（ICA-EDV），頸外動脈的收縮期峰值血流速度（ECA-PSV），椎動脈收縮期峰值血流速度（VA-PSV）的差異有統計學意義。頸部左側動脈是獼猴的優勢動脈。結論獲得了實驗用獼猴頸部骨骼及血管的影像學資料，血流動力參數及血管內徑的測值，為以獼猴為實驗對象的科學研究提供一些有價值的基礎資料。

獼猴；椎動脈；CT血管成像；超聲；血流動力學；

獼猴與人類都屬靈長類，它的生理結構和生存條件與人類十分相似，獼猴有94%的基因與人類相同。相對于以鼠、兔為實驗對象的科學研究，以獼猴為實驗對象的研究結果具備更高的可信度。因此獼猴一直都是多種科學研究中比較理想的實驗研究對象［1ˉ2］。由于獼猴稀少、飼養困難、價格昂貴等原因，使得獼猴用于實體解剖來研究其各組織、器官的功能形態的數量就相對較少，尤其是頸部的骨骼結構、血管走行、血流動力學的研究資料相對缺乏。目前通過活體解剖實驗動物以了解局部組織器官的形態結構，不僅對實驗動物創傷大，而且不能全面、重復地去觀察研究對象的整體三維結構，僅能在有限的時段里觀察到三維解剖結構的某一個側面。因此，本研究應用三維CT血管造影技術（three-dimensional CT angiographic imaging，3D-CTA）在CT掃描的基礎上，運用CT的后處理重建技術，重建獼猴頸部骨骼、血管的三維影像使其達到一定的立體效果，測量椎動脈與相應橫突孔的直徑大小。通過高頻超聲以無創的方法獲得獼猴頸部血管的血流動力學相關資料，以豐富實驗獼猴的生物學特性數據庫，為獼猴相關的科學研究及疾病診斷提供一些有價值的影像學參考資料。

1 材料與方法

1.1 研究對象

普通級實驗獼猴，6只，年齡3～5歲，雌雄各半，體重3.5～5 kg，購于重慶碩斯靈長類動物研究有限公司［SCXK（渝）2013-050］。由重慶醫科大學動物實驗中心［SYXK（渝）2007-0001］飼養，喂養的主食為全價營養膨化飼料和青稞飼料，每天定時定量的喂食，自由飲水，籠內飼養，每天光照12 h，動物房溫度為20～24℃，相對濕度為45%～50%，實驗前一周不再喂養含鈣質添加劑的飼料。經過外觀、心率、呼吸、體溫、生化、血液常規等相關檢查均到達國家普通級實驗猴質量標準檢測要求。

1.2 儀器和試劑

320-CT（東芝 Aquilion one），百勝Esaote彩色超聲診斷儀（探頭頻率7.5-10 MHz），試驗對比劑：碘普羅胺注射液（濃度370 mg I/mL，優維顯，拜耳公司），高壓注射器（雙筒高壓注射器Ulrich，德國），均由重慶醫科大學附屬第二醫院影像科提供。陸眠寧II（吉林畜牧責任有限公司），硫酸阿托品（蘇州海博生物技術有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 頸部骨骼、血管CT掃描

實驗前要求獼猴禁食至少12 h，CT掃描前后及過程中需監測獼猴的心率、呼吸、血壓。在CT掃描開始前，先通過對獼猴肌內注射陸眠寧（0.1 mL/ kg）及硫酸阿托品（0.02 mg/kg）進行全身麻醉。在獼猴麻醉后，取頭前尾后仰臥位于CT診斷床上，胸部正中矢狀面垂直于掃描床平面并與床面長軸的中線重合。檢查前在獼猴右肘前靜脈內留置針，以Ulrich高壓注射器經留置針注射對比劑1.5 mL/kg，速率：2.5～3.5（mL/s）。用頭頸部CTA智能觸發追蹤程序，ROI置于主動脈弓水平，觸發閾值設定為125 Hu。自主動脈弓下緣至顱頂部，頭頸部平掃后行CTA掃描。掃描參數為：120 kV，250 mA，螺距0.984，重建FOV：350 mm，矩陣512×512，掃描轉速0.5 s/r，采集層厚0.5 mm，重建間隔0.5 mm。將收集的獼猴頸部CT原始圖像數據導入副臺工作站及Vitrea fx后處理工作站進行圖像重建，掃描獲得的原始容積數據運用圖像后處理技術進行三維圖像重組。處理方法有最大密度投影（MIP）、多平面重建（MPR）、容積再現（VR）等相關重建技術的綜合應用并結合開始軸位圖像以提供準確的空間定位，運用編輯功能對原始圖進行剪切，分別提取獼猴的CCA、ECA、ICA、VA和頸椎三維重建目標結構。獲得CTA影像后，利用后處理功能將所需測量的橫突孔旋轉至完整、對稱的最佳位置進行測量，在C2-C6椎體中段的橫斷位像中，用骨窗條件測量左右橫突孔橫徑及矢狀徑，VA直徑。VA直徑的測量在入C6橫突孔處，測量后取平均值作為測量所得數據。

1.3.2 頸部血管超聲檢查診斷儀，探頭頻率7.5～10 MHz進行監測，每組數值重復測量三次以確保其準確性。

1.4 統計學分析

2 結果

獼猴按前述全身麻醉后，平臥于檢查床上，用脫毛劑，脫掉頸部猴毛。頸下墊枕，頭略向后仰，偏向檢查的對側，充分暴露頸部。探測時將超聲探頭置于獼猴頸部胸鎖乳頭肌前緣，從鎖骨上窩CCA起始處開始，縱橫切面掃查，經CCA分叉至ICA入顱顯示不清為止。二維切面聲像圖觀察血管解剖結構、走行情況、管腔內情況并測量血管管徑，CCA分叉的高度、ICA與ECA起始段的位置關系。彩色多普勒觀察整個管腔的血流動力學情況。脈沖多普勒取樣觀測獼猴頸部血管的血流參數：PSV和EDV，聲束方向與血管走行夾角＜60°并校正。由一名經過專門培訓的臨床超聲醫師用百勝Esaote彩色超聲

2.1 頸部骨骼、血管CT掃描

通過計算機三維重建得到了獼猴頸部動脈血管的數字圖像，可以清晰完整地從不同角度去觀察獼猴頸部動脈的起始及其在頸椎內的行程走向，重建的三維結構可以多彩色、以透明或任意組合顯示。本實驗獲得了實驗獼猴活體頸椎結構CT連續斷層圖像數據集：獼猴的頸椎骨均由前方圓柱形的椎體和后方板狀的椎弓組成，椎弓發出1個棘突、1對橫突和2對關節突共7個隆起。椎弓及其發出的隆起統稱為附件，并且有鉤椎關節的存在。獼猴第一頸椎（寰椎）由前弓、后弓和兩個側塊組成，第二頸椎（樞椎）的椎體向頭側伸出齒突叉。頸椎的橫突有孔，孔內有椎動脈走形。（見圖1-B）。

注：A.獼猴頸部去骨性結構的血管三維重建：1.椎動脈起始段；2.椎動脈椎骨段；3.椎動脈枕段；4.椎動脈顱內段；5.基底動脈；6.頸內動脈頸段；7.頸內動脈巖段。B.獼猴頸部血管及椎體側位三維重建。C.獼猴頸部有骨性結構的血管三維重建：8.鉤椎關節。圖1 獼猴頸部血管及頸椎體的三維圖像Note.A.Three-dimensional image of cervical artery in amacaque：1.The beginning segmentof vertebral artery，2.Vertebral segment artery，3.Occipital segmentof vertebral artery，4 Intracranial segmentof vertebral artery，5.Vertebrobasilar artery，6.Cervical segmentof internal carotid artery，7.Intrapetrous segment of carotid artery.B.Three-dimensional image of cervical artery and vertebral body of amacaque. C.Three-dimensional image of cervical vertebral body of amacaque：8.Uncovertebral jointFig.1 Three-dimensional images of cervical artery and vertebral body of themacaques

從重建圖像中精選具有解剖意義的圖像，觀察到獼猴頸部大血管系統的起始、走行特點在三維CTA影像上主要體現為：①獼猴的主動脈弓發出兩條分支動脈血管，右側的分支動脈血管較粗稱為共干，其進一步又分為左頸總動脈和無名動脈（或稱頭臂干）（見圖1-A），左側的分支較小稱左鎖骨下動脈，左側椎動脈就起源于左鎖骨下動脈（見圖1-C）。無名動脈在氣管的前方斜向右上，在右胸鎖關節的后方處分為右頸總動脈和右鎖骨下動脈，右鎖骨下動脈在進一步分支發出右側椎動脈（見圖1-A）。②獼猴頸總動脈在C2-C3處分為頸內動脈和頸外動脈。（3）獼猴椎動脈起自鎖骨下動脈，經C6橫突孔入頸椎，在解剖上也可將椎動脈分為4部分（見圖1-A、C）：橫突前段（V1）段：從起始于鎖骨下動脈到入C6橫突孔時的一段；橫突段（V2）：從頸6橫突孔至C2橫突孔之間的一段，是VA中行程最長的一段；枕下段（V3）：從樞椎橫突孔下口至寰椎椎動脈溝內的一段；顱內段（V4）：從VA穿過枕骨大孔起，到VA進入顱內與對側的VA合成基底動脈。

通過CT掃描所得獼猴頸部C2-C6橫突孔的測量指標結果（見表1、2）經統計分析，發現獼猴同一節段右側與左側橫突孔的測量指標比較無統計學意義（P＞0.05），頸椎橫突孔橫徑最大值為（2.72± 0.69）mm，最小值（2.22±0.55）mm；頸椎橫突孔矢狀徑最大值為（2.89±0.74）mm，最小值為（2.39± 0.59）mm。左右兩側橫突孔內椎動脈直徑檢測結果：左側椎動脈直徑為（1.89±0.44）mm，右側椎動脈直徑為（1.72±0.39）mm，雙側椎動脈比較差異無顯著性（P＞0.05）。

表1 橫突孔橫徑（±s，mm）Tab.1 Transverse diameter of the transverse foramen

表1 橫突孔橫徑（±s，mm）Tab.1 Transverse diameter of the transverse foramen

注：同一節段雙側橫突孔比較，P＞0.05。Note.Comparison of the left and right transverse foramen of the same segment，P＞0.05.

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表2 橫突孔矢狀徑（±s，mm）Tab.2 The sagittal diameter of transverse foramen

表2 橫突孔矢狀徑（±s，mm）Tab.2 The sagittal diameter of transverse foramen

注：同一節段雙側橫突孔比較，P＞0.05。Note.Comparison of the left and right transverse foramina of the same segment，P＞0.05.

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2.2 頸部血管超聲檢查

彩色多普勒超聲對健康獼猴頸總動脈（CCA）、頸內動脈（ICA）、頸外動脈（ECA）、椎動脈（VA）的收縮期峰值血流速度（PSV）、舒張期峰值血流速度（EDV）及血管內徑（D）進行檢測并比較分析所示（見圖2及表3）：獼猴左右兩側的頸總動脈收縮期峰值血流速度（CCA-PSV）、舒張期峰值血流速度（CCA-EDV），頸內動脈收縮期峰值血流速度（ICAPSV）、動脈舒張期峰值血流速度（ICA-EDV），頸外動脈的收縮期峰值血流速度（ECA-PSV），椎動脈收縮期峰值血流速度（VA-PSV）的差異均具有顯著的統計學意義（P＜0.05）。左右兩側頸外動脈舒張期峰值血流速度（ECA-EDV）、頸總動脈血管內經（CCA-D）、頸內動脈血管內徑（ICA-D）、頸外動脈血管內徑（ECA-D）、椎動脈血管內徑（L-VA-D）的差異無顯著性（P＞0.05）。通過超聲檢測獼猴頸部血管管徑和健康成人比較發現其血管內徑要比人的纖細［3］，獼猴頸部左側動脈是優勢動脈。

表3 獼猴頸部大血管血流學指標檢測Tab.3 Detection of hemodynamic indexes of themacaque cervical arteries

3 討論

通過對疾病病因及發病機制的探討，可以起到對疾病預防和治療方法的改進作用。許多研究都需要在適當的動物模型上進行［4ˉ5］。一個理想的動物模型應該在形態學、組織學、生物力學和運動學的特性上與人體相近。靈長類動物獼猴（恒河猴）被認為是與人類最接近的動物。因此，在生命科學各個領域的實驗研究過程中常用作人類的最佳“替身”［6ˉ8］。獼猴與人類親緣關系密切，因此它的生理、代謝功能及組織結構等方面都與人類相似。但是，目前對獼猴本身的解剖研究還存有諸多的不足，對它的解剖學研究還停留在大體解剖的水平［9ˉ10］?；铙w解剖所獲得的局部組織器官形態結構的二維圖譜不能全面地把握整體的三維結構僅能觀察到三維解剖結構的某一個側面，并且對實驗動物創傷巨大。

三維CT血管造影技術（3D-CTA）是一種微創、快速且能提供高質量圖像的檢查手段，創傷較小、操作簡單，能沿血管的最大徑進行重建，顯示血管的全過程，同時可以觀察與周圍骨性結構的解剖關系［11］，這是DSA和MRA無法與其相比的優點之一［12］。另外螺旋CT三維重建可以隨意選擇各個掃描期相及層厚進行最大密度投影（MIP）及多平面重組（MPR）進一步顯示細節能透明、多彩色及任意切割組合顯示［13］，具有理想的三維可視化效果，尸體解剖難以達到這樣的效果。320排CT又稱320排動態容積CT，其誕生被稱為醫學影像領域發展史的一次革命，是當今唯一能夠實現真正動態容積成像的CT。在獲得器官解剖結構的同時還可以進行器官灌注和運動功能成像。僅用0.35 s就能完成一圈掃描，以0.5 mm層厚進行重建，在得到高質量的薄層橫斷圖像的同時，還具有質量較高的3D或4D重組功能，亦可進行器官灌注和運動成像。此外，Vitrea FX工作站的強大功能亦為圖像后處理奠定了良好基礎，可以任意選擇病變中心，根據診斷需要進行不同平面和角度的重組，獲得高質量的三維重組圖像。既往有范春梅等［7］學者利用螺旋CT觀察獼猴頭頸部骨性解剖結構和利用265層螺旋CT三維重建觀察獼猴腹部及盆腔大血管［15］，因此，三維重建技術也對傳統解剖學起到了良好補充和傳承的作用。

目前利用CT對獼猴組織器官的研究還不多，主要是集中在腦、肺、胃等器官組織及疾病的相關研究［12，13］。盡管對于頸椎形態學測量的研究可通過X線片、MRI等影像學檢查進行，然而CT測量的結果更真實，可作為實際值應用［14，15］。本研究通過320-CT掃描研究獼猴頸部血管解剖走行及與周圍骨性結構的關系，發現獼猴頸部血管解剖走行及椎體與人的頸部解剖極其相似，但也存在一些差異：①一般情況下人的主動脈弓發出三條分支動脈，依次為頭臂干、左頸總動脈和左鎖骨下動脈，而獼猴的主動脈弓發出兩條分支，依次為共干，左鎖骨下動脈；②人類頸總動脈在C3-C4處分支為頸內動脈和頸外動脈，獼猴頸總動脈分支為頸內動脈和頸外動脈的位置在C2-C3；③獼猴頸椎骨的基本組成與人相同，形態略有差異。人的頸椎棘突分叉，獼猴的頸椎棘突未分叉。本研究應用CT對活體實驗獼猴橫突孔及椎動脈直徑進行測量，在CT橫斷面測量獼猴橫突孔及椎動脈直徑大小，我們發現盡管絕大多數的測量參數在不同橫突孔之間有所不同，但左右兩側參數值在統計學上比較并無統計學差異，這一現象與人相似。所觀察的獼猴椎動脈均經C6橫突孔入頸椎，C2橫突孔出頸椎，經枕骨大孔入顱腔，與大多數人類雙側椎動脈的走形相似［16］。此外，獼猴左右兩側椎動脈直徑也無統計學差異。

我們還通過高頻超聲以無創的方法獲得獼猴頸部血管的血流動力學相關資料，以豐富實驗獼猴的生物學特性數據庫。通過對獼猴頸總動脈（CCA）、頸內動脈（ICA）、頸外動脈（ECA）、椎動脈（VA）的收縮期峰值血流速度（PSV）、舒張期峰值血流速度（EDV）及血管內徑（D）進行檢測和分析發現其左側血管是優勢血管，而且獼猴頸部雙側血管直徑均要比健康成人纖細。

本研究利用320CT三維血管重建技術聯合高頻超聲檢測獲得健康實驗獼猴頸部骨骼及血管的影像學資料，以及獼猴頸動脈血流動力參數及椎動脈血管內徑的測值，為以獼猴做實驗對象的科學研究提供一些有價值的基礎資料。

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M orphology and hemodynam ic analysis of vertebral arteries in rhesus macaques by 320-CT and color Doppler ultrasound

LING Ze-sha1，ZHOU Zhi-ming2，ZHENG Xiao3，JING Yuan1，JIA Gong-wei1，YU Le-hua1
（1.Department of Rehabilitation，2.Department of Medical Imaging，3.Department of Ultrasound，the Second Affiliated Hospital of Chongqing Medical university，Chongqing 400010，China

ObjectiveTo obtain imaging information of the cervical arteries and vertebral structure of rhesusmacaques and provide useful reference data formedical research works usingmacaques as animalmodels.M ethodsSix adultmacaques（3 males and 3 females）in age of3-5 years，body weight from 3.5 to 5 kg，were used to examine the neck by 320 row spiral CT imaging under general anesthesia，and three-dimensional reconstruction was performed to observe the vertebral artery morphology，and tomeasure the diameter of vertebral artery and the size of transverse foramen of themacaques.Color Doppler ultrasound was combined with 320-CT imaging to assess the blood flow velocity in carotid arteries. After CT scan tomake sure that the vertebral artery and cervical vertebra ofmacaques had no deformity，the size of transverse foramen and diameter of vertebral artery weremeasured in the cross-sectional images.Color Doppler ultrasound was used to analyze the peak systolic velocity（PSV），diastolic peak flow velocity（EDV）and the diameter（D）of common ca-rotid artery（CCA），internal carotid artery（ICA），external carotid artery（ECA），and vertebral artery（VA）of themacaques.ResultsThe 320-CT scan showed that in themonkeys，the vertebral artery enters the cervical spine through the intervertebral foramina at C6，and leaves the cervical spine at C2 level，and the cervical spine has Luschka joint，which is similar to the anatomic structure in humans.The diameter of leftand right vertebralarterieswas1.89±0.44 mm and 1.72 ±0.39 mm，respectively，with no significant difference between them in the same segment（P＞0.05），and the size of transverse foramen also had no significant difference in the same segment（P＞0.05）.Color Doppler ultrasound showed that the left and right side systolic peak velocity（PSV）and diastolic peak velocity（EDV）of CCA and ICA，the left and right side systolic peak velocity（PSV）of ECA and VA had statistically significant difference（P＜0.05），and the leftarteries were predominant in themacaques.ConclusionsIn this study we obtained some imaging information of vertebral arterymorphology and artery blood flow ofmacaques and these information may provide some useful basic data for further studies using rhesusmacaques as animalmodels.

Rhesusmacaque；Vertebral artery；Artery CT imaging；Color Doppler ultrasound；Hemodynamics

Q95-33

A

1005-4847（2015）05-0500-06

10.3969/j.issn.1005ˉ4847.2015.05.011

2015-04-17

重慶市衛生局項目（2010-1-20）；國家自然科學基金面上項目（81171859）。

凌澤莎（1987ˉ），女，研究生。Email：lzesha@163.com

虞樂華。Email：Yulehuadoc@aliyun.com.cn