基于DANTE預(yù)脈沖3D CUBE磁共振成像對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化管壁重復(fù)性測(cè)量的實(shí)驗(yàn)研究＊

陳士躍 李 帥 彭雯佳 陳錄廣 楊家誠(chéng) 孫澤 陸建平

中國(guó)人民解放軍海軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像醫(yī)學(xué)科(上海 200433)

腦卒中已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)的常見(jiàn)病，發(fā)病率、復(fù)發(fā)率、致殘率和致死率極高，嚴(yán)重危害著人類(lèi)生命健康[1]。頸動(dòng)脈和顱內(nèi)動(dòng)脈斑塊是引起卒中的主要原因，如何確定是否存在斑塊及斑塊是否高危，是預(yù)防卒中的關(guān)鍵。基于MRI對(duì)頸動(dòng)脈斑塊的研究已有二十余年，逐漸成為分析斑塊、預(yù)防卒中的最有效工具。磁共振管壁成像(magnetic resonance vessel wall imaging，MR-VWI)的3D掃描是大范圍血管壁成像的基礎(chǔ)，各種新興的血流抑制(黑血)技術(shù)是降低管腔內(nèi)血流偽影的有效手段，其中，延遲交替進(jìn)動(dòng)的定制激發(fā)技術(shù)(delay alternating with nutation for tailored excitaion，DANTE)就是黑血預(yù)備脈沖的一種[2-3]。本研究以動(dòng)脈粥樣硬化的新西蘭大白兔模型為研究對(duì)象，對(duì)其腹主動(dòng)脈進(jìn)行一系列的2D和3D MR-VWI掃描，定量分析基于DANTE預(yù)脈沖3D CUBE序列對(duì)管壁定量測(cè)量的可重復(fù)性。

1 資料與方法

1.1 動(dòng)物模型

1.1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 純種健康成年新西蘭大白兔10只，雄性和雌性各5只，體質(zhì)量為2.6～3.2kg，由海軍軍醫(yī)大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供，動(dòng)物單籠飼養(yǎng)，基礎(chǔ)飼料適應(yīng)性喂養(yǎng)2周后進(jìn)行分組，實(shí)驗(yàn)組8只(雄性4只)，對(duì)照組2只(雄性1只)。

1.1.2 模型制作 實(shí)驗(yàn)組高脂飼料(兔維持飼料79.5%，豬油5%，蛋黃粉15%，膽固醇0.5%)喂養(yǎng)，自由飲水，4周后進(jìn)行球囊損傷主動(dòng)脈內(nèi)膜手術(shù)。術(shù)前禁食12h，仰臥位氣體麻醉(詳見(jiàn)1.2.1動(dòng)物麻醉)，腹股溝區(qū)脫毛消毒，皮膚切口約3cm，確認(rèn)股動(dòng)脈后采用Seldinger技術(shù)穿刺插入導(dǎo)管導(dǎo)絲，將4F球囊擴(kuò)張導(dǎo)管插入至腹主動(dòng)脈約心臟下方水平2cm處，并在該處用橡皮管綁定腹主動(dòng)脈。球囊內(nèi)緩慢充入生理鹽水，感覺(jué)有阻力后緩慢拉出，反復(fù)3次。之后去除球囊，壓迫止血后，傷口處撒少許青霉素粉末，縫合傷口。術(shù)后，肌肉注射青霉素3d，以預(yù)防感染；繼續(xù)高脂喂養(yǎng)，第8、第12周檢測(cè)血脂含量變化。待高脂血癥出現(xiàn)后，進(jìn)行后續(xù)MRI檢查。期間實(shí)驗(yàn)組先后有2只兔(雄性)意外死亡。對(duì)照組始終基礎(chǔ)飼料喂養(yǎng)，控制食量，自由飲水。最終共8只兔(實(shí)驗(yàn)組6只)進(jìn)入后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

1.2 MRI檢查

1.2.1 動(dòng)物麻醉 動(dòng)物在MRI檢查前12h禁食、前4h禁水。動(dòng)物稱(chēng)重后放置于兔夾箱固定軀體并露出頭部，利用MRI兼容的動(dòng)物麻醉機(jī)(MSS-3S，上海任誼生物科技有限公司)連接口鼻面罩吸入異氟烷行誘導(dǎo)麻醉，麻醉濃度為5%，流量計(jì)流量為1L/min。待動(dòng)物全身麻醉后將之俯臥位放置于MRI掃描床，檢查期間繼續(xù)進(jìn)行吸入式麻醉，維持麻醉的麻醉濃度為1.5%～2%，流量計(jì)濃度0.5L/min。

1.2.2 MRI掃描 運(yùn)用3.0T磁共振掃描儀(Discovery MR750，GE Healthcare，Milwaukee)，32通道腹部線圈覆蓋軀干，俯臥位、尾先進(jìn)。成像目標(biāo)血管是腹主動(dòng)脈，掃描序列包括(圖1～圖4)：(1)3D DANTE CUBE T1WI序列，冠狀位掃描，掃描范圍上至膈肌下至腹股溝下緣, TR/TE 1100.0ms/12.9ms，層厚1.2mm，層間距0.6mm，層數(shù)92，F(xiàn)OV 200mm×200mm，采集矩陣256×256，采集時(shí)間8min22s；(2)3D DANTE CUBE T2WI序列，冠狀位掃描, 掃描范圍上至膈肌下至腹股溝下緣,TR/TE 2000.0ms/58.6ms，層厚1.2mm，層間距0.6mm，層數(shù)84，F(xiàn)OV 200mm×200mm，采集矩陣256×256，采集時(shí)間5min51s；(3)2D FSE T1WI序列，以右腎動(dòng)脈開(kāi)口為中心橫軸位掃描，TR/TE 506.0ms/9.7ms，層厚5mm，層數(shù)22，層間距6mm，F(xiàn)OV 200mm×200mm，采集矩陣 320×192，采集時(shí)間2min22s；(4)2D脂肪抑制PROPELLER T2WI序列，TR/TE 7917.3ms/86.0ms，采集矩陣 352×352，掃描定位及其他主要參數(shù)與2D FSE T1WI一致，采集時(shí)間2min54s。

1.3 圖像分析及測(cè)量利用RadiAnt DICOM Vie wer 4.2.1(Medixant, Poland)軟件導(dǎo)入所有掃描序列，首先在2D橫軸位T2WI和T1WI圖像中觀察腹主動(dòng)脈管壁情況，是否有增厚或斑塊形成，然后依次對(duì)冠狀位掃描的DANTE預(yù)脈沖3D CUBE T1WI和T2WI序列進(jìn)行橫軸位重建，最后在重建的圖像中進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，有斑塊的血管以斑塊最厚處為中心選取上下連續(xù)的6個(gè)層面測(cè)量，無(wú)明顯斑塊的血管則以右腎動(dòng)脈開(kāi)口處為起始向下選取連續(xù)的6個(gè)層面測(cè)量，測(cè)量參數(shù)包括腹主動(dòng)脈的管腔面積(LA)、血管總面積(TA)，計(jì)算管壁面積(WA)，WA=TA-LA。兩位放射科醫(yī)師(均為高年資主治醫(yī)師，分別從事血管疾病影像診斷9年和7年)分別獨(dú)立完成一次管壁測(cè)量，2周后其中一位醫(yī)師重復(fù)一次測(cè)量。

1.4 病理學(xué)檢查完成磁共振檢查后將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物處死(10%KCl溶液1mL/kg耳緣靜脈注射)，解剖分離出主動(dòng)脈，按相應(yīng)解剖標(biāo)志截取掃描范圍內(nèi)的腹主動(dòng)脈，經(jīng)生理鹽水沖洗干凈血凝塊，將標(biāo)本固定于10%中性福爾馬林溶液，脫鈣、整體包埋于石蠟中，連續(xù)切片(間距1mm，層厚10μm)，從近心端開(kāi)始依次編號(hào)。病理檢查包括HE染色(顯示血管/斑塊結(jié)構(gòu)，圖5、圖7)和免疫組化CD31染色(標(biāo)記新生微血管，圖6、圖8)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法使用SPSS 22.0和Medcalc 13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。采用Kolmogorov-Smirnov方法對(duì)計(jì)量資料正態(tài)性檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布資料用(±s)表示。采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)比較觀察者內(nèi)和觀察者間重復(fù)測(cè)量的差異性。統(tǒng)計(jì)變異系數(shù)(CV)和組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(ICC)以評(píng)估觀察者間和觀察者內(nèi)的一致性，ICC低于0.4表示信度較差；CV小于15%、ICC大于0.75表示信度良好。

2 結(jié) 果

2.1 定性結(jié)果評(píng)價(jià)最終入組的8只兔均順利完成MRI檢查且圖像質(zhì)量良好。6只實(shí)驗(yàn)組中，有3只的腹主動(dòng)脈局部可見(jiàn)管壁不均勻增厚/偏心性增厚，余3只腹主動(dòng)脈局部管壁僅輕微增厚。病理檢查示，3只實(shí)驗(yàn)組的不均勻增厚/偏心性增厚的管壁為AHA Ⅱ型斑塊，主要表現(xiàn)為增厚的內(nèi)膜中出現(xiàn)巨噬細(xì)胞和泡沫細(xì)胞，且管壁內(nèi)膜下出現(xiàn)較多CD31標(biāo)記的新生血管內(nèi)皮細(xì)胞；另3只輕微增厚的管壁為AHA Ⅰ型斑塊，特征為增厚的內(nèi)膜主要由平滑肌細(xì)胞組成。2只對(duì)照組腹主動(dòng)脈管壁在MRI圖像和病理染色中均無(wú)明顯異常。

2.2 DANTE預(yù)脈沖3D CUBE序列的可重復(fù)性評(píng)價(jià)同一位醫(yī)師兩次測(cè)量(觀察者內(nèi))的一致性較高(表1)：基于DANTE預(yù)脈沖的CUBE T1WI和T2WI兩個(gè)序列的LA、TA和WA的CV均小于15%；ICC均大于0.4，其中DANTE CUBE T1WI序列的TA的ICC大于0.90，DANTE CUBE T1WI的LA、WA和DANTE CUBE T2WI的TA的ICC均大于0.75。兩位醫(yī)師各自獨(dú)立測(cè)量(觀察者間)的一致性也較高(表2)：除了DANTE CUBE T2WI序列的LA的CV稍大于15%(15.86%)以外，DANTE CUBE T1WI的三個(gè)管壁參數(shù)、DANTE CUBE T2WI的TA和WA的CV均小于15%；兩個(gè)序列的所有管壁參數(shù)的ICC均大于0.4，其中DANTE CUBE T2WI序列的TA和WA的ICC均大于0.90，DANTE CUBE T1WI序列的三個(gè)管壁參數(shù)的ICC均大于0.75。

3 討 論

動(dòng)脈粥樣硬化是誘發(fā)心腦血管疾病的直接原因之一，及時(shí)識(shí)別動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的易損性逐漸成為近年的研究熱點(diǎn)。現(xiàn)代神經(jīng)影像的發(fā)展使大動(dòng)脈粥樣硬化可被及時(shí)發(fā)現(xiàn)及評(píng)估，其中，MR-VWI是近年發(fā)展起來(lái)的針對(duì)動(dòng)脈管壁的高分辨成像方法。MR-VWI可以很好地定性和定量評(píng)價(jià)管腔、管壁及其病變情況，在動(dòng)脈血管壁成像中具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于血管病的實(shí)驗(yàn)研究、診斷和隨訪[4-6]。

3D技術(shù)和血流抑制(黑血)技術(shù)是MR-VWI的發(fā)展方向[7]。3D成像有諸多優(yōu)勢(shì)：層面方向的空間分辨率較高，幾乎可達(dá)到各向同性；掃描范圍大，尤其在冠狀位采集方向的覆蓋較廣；可以對(duì)圖像進(jìn)行任意方位和任意層厚的后處理重建，尤其對(duì)于較迂曲的顱內(nèi)血管。但是，目前臨床應(yīng)用的3D管壁成像的層面內(nèi)空間分辨率略遜于2D圖像，且3D成像對(duì)磁場(chǎng)的均勻性要求更高，對(duì)運(yùn)動(dòng)偽影也更加敏感。

表1 觀察者內(nèi)測(cè)量兔腹主動(dòng)脈血管面積的一致性分析

表2 觀察者間測(cè)量兔腹主動(dòng)脈血管面積的一致性分析

圖1 ～圖4 同一只新西蘭大白兔(實(shí)驗(yàn)組)的腹主動(dòng)脈MRI圖像。圖1～圖2常規(guī)橫軸位2D管壁成像，已將原俯臥位圖像翻轉(zhuǎn)180度呈現(xiàn)、以適應(yīng)讀片習(xí)慣，圖1為T(mén)1WI，圖2為脂肪抑制T2WI，可見(jiàn)腹主動(dòng)脈左后側(cè)壁管壁增厚(白箭)。圖3～圖4冠狀位3D DANTE CUBE成像，圖3為T(mén)1WI，圖4為T(mén)2WI，可見(jiàn)腹主動(dòng)脈中下段管壁不均勻增厚，以虛白箭指示范圍明顯。圖5～圖6 實(shí)驗(yàn)組腹主動(dòng)脈病理染色，圖5 HE染色(×100)，可見(jiàn)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊(紅箭)；圖6 免疫組化CD31染色(×200)，可見(jiàn)棕色陽(yáng)性表達(dá)的斑塊內(nèi)新生血管內(nèi)皮細(xì)胞(紅箭)。圖7～圖8 對(duì)照組腹主動(dòng)脈病理染色，圖7為HE染色(×100)，管壁未見(jiàn)明顯異常；圖8為免疫組化CD31染色(×200)，管壁未見(jiàn)陽(yáng)性表達(dá)區(qū)域。

黑血技術(shù)可以專(zhuān)門(mén)抑制管腔內(nèi)流動(dòng)的血液信號(hào)，以便更好地對(duì)比出管壁/斑塊信號(hào)。近年來(lái)，隨著MRI軟硬件的發(fā)展，各種新興的黑血技術(shù)層出不窮，而DANTE序列就是其中的代表之一。DANTE序列對(duì)于B0和B1場(chǎng)的不均勻性都不敏感；能夠抑制任何方向的血流信號(hào)；對(duì)于緩慢流動(dòng)的液體(如腦脊液)也有較好的抑制效果[8]，可以應(yīng)用于管壁成像[9]和中樞神經(jīng)系統(tǒng)成像[10-11]等。研究報(bào)道，基于DANTE預(yù)脈沖的3D SPACE序列對(duì)頭頸部動(dòng)脈和靜脈血流抑制的效果明顯優(yōu)于僅用SPACE序列的圖像[9]。但DANTE技術(shù)也有一些不足之處，如靜止組織的信號(hào)也有所降低(5%～10%)，使用對(duì)比劑增強(qiáng)后，可能需要重新設(shè)置脈沖鏈的參數(shù)以維持充分的血流信號(hào)抑制效果[2]。本研究對(duì)新西蘭大白兔腹主動(dòng)脈的管壁成像發(fā)現(xiàn)，無(wú)論2D還是3D序列，由于腹主動(dòng)脈周?chē)@腹腔脂肪組織，脂肪抑制后對(duì)管壁外輪廓的顯示優(yōu)于非脂肪抑制。3D DANTE CUBE的T1WI和T2WI對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化病變的管壁和正常管壁均可達(dá)到理想的黑血成像效果，定量分析也證實(shí)對(duì)管壁厚度測(cè)量方面有較高的可重復(fù)性。

本研究選擇新西蘭大白兔作為研究對(duì)象主要是其質(zhì)量體積適宜臨床MRI儀檢查，兔的主動(dòng)脈管徑與人的頭頸部主干動(dòng)脈管徑相當(dāng)。關(guān)于動(dòng)物的動(dòng)脈粥樣硬化模型有很多種方法，高脂飼料喂養(yǎng)法接近人類(lèi)飲食習(xí)慣，造成的模型較接近人類(lèi)病變，但造模周期相對(duì)較長(zhǎng)；動(dòng)脈內(nèi)膜拉傷等機(jī)械損傷法建立模型快速并且動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的部位明確，但手術(shù)操作要求高，對(duì)動(dòng)物損害較大[12]。本研究結(jié)合這兩種造模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在較短時(shí)間內(nèi)目標(biāo)血管的動(dòng)脈粥樣硬化病變形成。

本研究存在一些不足：第一，雖然設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，但是在結(jié)果中并沒(méi)有對(duì)兩組測(cè)量值進(jìn)行比較。筆者在初步統(tǒng)計(jì)分析時(shí)曾經(jīng)分組統(tǒng)計(jì)過(guò)兩組管壁厚度，但由于樣本量較小，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。另外，本實(shí)驗(yàn)的主要目的是測(cè)量DANTE CUBE序列的重復(fù)性，結(jié)果提示實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的總體可重復(fù)性都較理想，亦說(shuō)明本研究的MR-VWI序列對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化早期病變(輕微增厚的管壁)也有很好的定性和定量評(píng)估效果。第二，沒(méi)有利用MR-VWI對(duì)斑塊成分進(jìn)行判斷，原因是利用動(dòng)物模型短期很難模擬形成具有復(fù)雜成分(如斑塊內(nèi)出血、鈣化等)的斑塊。本研究的MR-VWI發(fā)現(xiàn)病變均勻不同程度的管壁增厚，且各序列信號(hào)無(wú)明顯異質(zhì)性，經(jīng)病理檢查也發(fā)現(xiàn)斑塊均屬于動(dòng)脈粥樣硬化早期病變。第三，沒(méi)有行增強(qiáng)DANTE CUBE序列掃描，如前所述DANTE序列在注射對(duì)比劑后如果不重新調(diào)整參數(shù)可能達(dá)不到最佳的血流抑制效果，筆者將來(lái)擬對(duì)人的頸動(dòng)脈及顱內(nèi)動(dòng)脈應(yīng)用DANTE CUBE序列，以直接探索適用于臨床的相關(guān)參數(shù)。

綜上所述，基于DANTE預(yù)脈沖CUBE高分辨磁共振管壁成像序列掃描范圍較大，時(shí)間效率較高，空間分辨率可達(dá)到對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化血管進(jìn)行定量評(píng)估的要求。