能譜CT成像在兔缺血性心臟病模型中的應(yīng)用

龐麗芳 張 歡 楊文潔 陸 偉 肖 華 卜玉蓮 陳 穎許偉青 潘自來 陳克敏 嚴(yán)福華

缺血性心臟病引起的心肌梗死是現(xiàn)代社會最常見的疾病和主要致死病因。找到早期發(fā)現(xiàn)心肌壞死及準(zhǔn)確判斷心肌缺血程度的無創(chuàng)性影像學(xué)方法，對缺血性心臟病的診斷、治療決策和預(yù)后評估都有很重要的意義。本研究通過對不同缺血時間的兔缺血性心臟病模型進(jìn)行CT心肌能譜掃描，評估CT心肌能譜成像在缺血性心臟病不同階段中的診斷價值。

方 法

1.實驗動物及實驗流程

1.1兔缺血性心臟病模型的制備：健康雄性新西蘭大白兔40只，4～5月齡，體重2～3kg（2.7±0.3kg）。通過開胸結(jié)扎冠狀動脈左前降支（在LAD根部下方3～5mm結(jié)扎）的方法制作缺血性心臟病模型。建模成功后隨機分為4組，每組各10只，分別于結(jié)扎后6h、3d、7d及14d行CT心肌能譜掃描。

1.2CT心肌能譜檢查方法：采用寶石CT（HDCT，high-definition Discovery CT750HD，GE Healthcare,Wisconsin, USA）對各組進(jìn)行掃描。將兔缺血性心臟病模型麻醉固定后，先行兩個定位相掃描：0°、90°，掃描參數(shù)：80kV 20mA，之后經(jīng)兔耳緣靜脈留置針以2.5ml/min的速率注射非離子型碘對比劑碘帕醇（300mg/ml）1ml/kg。對比劑注入后10s、1min、3min進(jìn)行CT心肌能譜掃描，掃描范圍包括整個心臟，掃描參數(shù)：80～140kVp 0.5ms瞬間快速切換，管電流600mA，螺距0.531∶1，轉(zhuǎn)速0.5s/r，掃描層厚1.25mm，掃描矩陣512×512，F(xiàn)OV 32cm，三期圖像均進(jìn)行70keV的單能量重建及薄層重建，重建層厚、層間距0.625mm。

1.3組織病理學(xué)檢查：各組實驗動物掃描結(jié)束后處死，開胸取出心臟，垂直左室長軸位由心尖部至冠狀動脈左前降支結(jié)扎處平行切取三塊心臟組織，厚約2mm，行HE染色和CD31染色檢查。

1.4圖像分析與處理方法：應(yīng)用寶石CT能譜專用GSI分析軟件進(jìn)行分析和處理。選擇GSI分析軟件中Optimal CNR項，進(jìn)行顯示缺血心肌最佳keV的測量。在碘基圖上選擇顯示缺血區(qū)最佳的層面，劃定心尖部缺血心肌的圓形或類圓形感興趣區(qū)（region of interest，ROI），并將相同大小的背景ROI放置在同層面正常的側(cè)壁心肌組織內(nèi)，分析軟件自動計算出對比噪聲比（contrast-to-noise ratio，CNR）最大，顯示病灶最佳keV，記錄該值。

在前面測得的顯示缺血區(qū)最佳keV單光子能譜圖像中，將圓形或類圓形的ROI放置在缺血區(qū)域、側(cè)壁正常心肌區(qū),同時在同一層面主動脈內(nèi)放置相同大小的ROI。連續(xù)選取兩個層面的ROI，取其平均值作為缺血區(qū)、正常心肌及主動脈的最終ROI值。為減少測量誤差，三期ROI大小、位置盡量保持一致，測量ROI內(nèi)碘基值（以碘為基礎(chǔ)物質(zhì)圖像計算所得到的數(shù)值）。為避免心肌血流量以外因素的干擾如實驗兔對比劑的注射速率、劑量以及循環(huán)所造成的差異，進(jìn)行標(biāo)化處理，即將缺血心肌、正常心肌的碘基值除以同期相主動脈碘基值得到nICIM、nICHM后進(jìn)行統(tǒng)計分析。

C D31免疫組化染色進(jìn)行微血管密度測定（microvessel density，MVD）。

2.統(tǒng)計學(xué)處理

運用SPSS13.0統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，應(yīng)用單因素方差分析(One-Way ANOVA)及Pearson’s相關(guān)分析進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。數(shù)值以均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差表示（±s），以P＜0.05作為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

兔缺血6h大體標(biāo)本未見明顯異常，經(jīng)HE染色后前間壁心肌組織中可見心肌間質(zhì)水腫、心肌纖維紊亂、斷裂、扭曲。缺血3d大體標(biāo)本顯示心梗區(qū)呈灰色，HE染色后見明顯心肌凝固性壞死的炎癥反應(yīng)，可見大量巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞浸潤和少量的纖維母細(xì)胞。缺血7d和14d模型的大體標(biāo)本可見明顯的心梗區(qū)，HE染色后見肉芽組織形成，缺血14d標(biāo)本HE染色后可見瘢痕組織。

缺血6 h、3 d、7 d、14 d組M V D值分別為(104.81±39.55)mm-2、(218.85±40.96)mm-2、(281.19±70.34)mm-2、(328.05±73.62)mm-2。應(yīng)用方差分析得到除缺血7d與14d組MVD差異無統(tǒng)計學(xué)意義外，其他各組MVD之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義，具體P值如下：P6h-3d= 0.00, P6h-7d=0.00, P6h-14d=0.00, P3d-7d=0.02,P3d-14d=0.00, and P7d-14d=0.08。

延遲10s、1min、3min掃描顯示缺血心肌的最佳keV為65keV，應(yīng)用方差分析，不同延遲掃描時間各缺血組之間最佳keV值之間P值均＞0.05，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（表1）。

在延遲10s掃描能譜圖像上，缺血心肌碘基標(biāo)化值nICIM從6h到14d呈遞減趨勢。其中6h組與其余3組比較均有顯著統(tǒng)計學(xué)差異，P6h-3d=0.01，P6h-7d=0.01，P=0.00，其余的各組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義。延遲1min和3min的掃描，缺血心肌的nICIM從6h到14d呈遞增趨勢。應(yīng)用方差分析得到，在延遲1min掃描時，6h和7d組、6h和14d組、3d和14d組之間具有顯著差異，P6h-7d=0.01，P6h-14D=0.00，P3d-14d=0.01. 在延遲3min掃描時，6h和其余3組之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義，P6h-7d=0.01，P6h-14d=0.00，P3d-14d=0.04。在三組不同延遲掃描時間內(nèi)，不同缺血時間模型正常心肌的碘基標(biāo)化值nICHM間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

延遲3min掃描缺血心肌的碘基標(biāo)化值nICIM高于正常心肌及延遲1min掃描時的缺血心肌nIC值，而正常心肌的碘基標(biāo)化值nICHM則低于延遲1min掃描（表2，3）。

應(yīng)用Pearson’s相關(guān)分析得到，缺血心肌的碘基標(biāo)化值nICIM與MVD具有較好的相關(guān)性。延遲10s掃描nICIM與MVD存在負(fù)相關(guān)，r=-0.54，P=0.00。延遲1min及3min掃描，nICIM與MVD存在正相關(guān)，延遲1min掃描時r=0.57，P=0.00，延遲3min 掃描時r=0.48,P=0.00。

表1 不同掃描時間顯示缺血心肌的最佳keV

表2 不同掃描時間各組缺血心肌和正常心肌的碘基標(biāo)化值nIC

表3 不同掃描時間各組缺血心肌碘基標(biāo)化值nICIM兩兩比較P值

討 論

近年來，隨著CT成像技術(shù)的發(fā)展，CT在心血管領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。冠狀動脈CTA有取代傳統(tǒng)選擇性冠狀動脈造影（SCA）作為缺血性心臟病篩查手段的趨勢[1]。冠脈CTA檢查能夠清晰顯示冠狀動脈解剖學(xué)上改變，分析冠狀動脈的狹窄程度，定性、定量地檢測冠狀動脈斑塊，還可用于分析心功能，但其對檢測心肌缺血的存在與否有一定的局限[2]。缺血性心臟病不同時期在常規(guī)增強CT掃描無顯著性差異，而早期發(fā)現(xiàn)心肌壞死或準(zhǔn)確判斷心肌缺血的程度對決定治療方案、提高患者的預(yù)后都有很重要的意義[3-4]。

寶石能譜CT成像作為一種功能性影像，具有以往CT所不具備的功能。能譜CT成像能根據(jù)不同物質(zhì)在不同單光子能量下的吸收系數(shù)不同，產(chǎn)生不同物質(zhì)各自的特征性吸收曲線，進(jìn)行物質(zhì)分離，生成新的基礎(chǔ)物質(zhì)，如水、鈣、碘等的密度圖像，為臨床提供更多、更全面的病理信息。目前CT能譜成像在鑒別腫瘤性病變方面得到了較好的臨床驗證[5]。

較傳統(tǒng)CT，能譜CT為我們多提供2種類型的圖像：一種是單能量圖像，通過分析軟件可以得到顯示病變與正常組織最大差別的最佳能量，以利于更好的檢出病變。在本研究中，顯示兔缺血性心臟病模型缺血心肌的最佳單能量值為65keV。另一種是物質(zhì)分離圖像，利用這種圖像我們可以定量測量某種物質(zhì)。碘是對比劑的主要成分，心肌中的碘濃度是反映血供的良好指標(biāo)。心肌的強化程度取決于碘濃度以及注射對比劑后延遲掃描時間。在本研究中，不同缺血時間缺血心肌的碘基標(biāo)化值存在統(tǒng)計學(xué)差異，使得碘基標(biāo)化值用于評估缺血心肌成為可能。

以往的動物實驗和臨床研究表明，梗死心肌的CT及MRI強化類型相似，表現(xiàn)為動脈期強化低于正常心肌，延遲期掃描明顯強化[6-7]，而早期的缺血心肌在常規(guī)的CT及MRI掃描中可無異常表現(xiàn)。本研究將對比劑注入后10s作為動脈期掃描，為最大程度減小誤差，將碘基值標(biāo)化后進(jìn)行分析。結(jié)果顯示缺血心肌的nIC較正常心肌值低，而在常規(guī)掃描中兩者CT值相近。從缺血6h組到14d組，nIC值依次降低， 6h組與其他組的比較其差別具有統(tǒng)計學(xué)意義。心肌無強化或低度強化說明心肌處于低灌注狀態(tài)，可能由于心肌梗死急性期和瘢痕形成期動脈阻塞和微血管阻塞引起。

近年來研究表明心肌延遲掃描的最佳時間在對比劑注入后5～15min[7-8]。本研究表明在延遲3min掃描期，缺血心肌nIC值均大于正常心肌及延遲1min缺血心肌的nIC值，同時正常心肌nIC值在3min掃描時比1min掃描的值更低。因此在對比劑后注入后3min，缺血心肌即發(fā)生了延遲強化。如果將來能在臨床中得到驗證和應(yīng)用，可縮短檢查時間，優(yōu)化檢查流程。

心肌梗死的愈合過程包括細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)、血管再生、胞外基質(zhì)分解和瘢痕形成[9]，我們重點研究血管再生的表現(xiàn)，用MVD計數(shù)作為評價指標(biāo)。從缺血6h組到14d組MVD遞增。盡管在3d組和14d組的對比中無顯著性差異，但在延遲1min掃描和3min掃描中缺血心肌的nIC呈增加趨勢。在延遲1min掃描和3min掃描時，MVD與缺血心肌nIC之間存在正相關(guān)。在10s掃描，缺血心肌的nIC與MVD呈負(fù)相關(guān)。這可能與10s的動脈期掃描不能探查到心肌再灌注有關(guān)。由此可知，CT心肌能譜掃描可反映心肌缺血后的血管再生情況，有望在不久的將來成為缺血性心臟病的治療隨訪新手段。

本研究尚存在幾點不足之處。第一，心肌能譜掃描是在無心電門控下進(jìn)行的，掃描過程中大白兔的平均心率約120次/min，無法同時進(jìn)行冠狀動脈成像。隨著能譜成像技術(shù)的發(fā)展，相信在不久的將來，血管、心肌、心功能一次掃描完成的“一站式”檢查成為可能。第二，盡管我們發(fā)現(xiàn)延遲3min掃描可用于評估兔缺血性心臟病模型的缺血心肌的延遲強化程度，尚不能證實這是臨床應(yīng)用中的最佳掃描延遲時間。最后，本研究使用了40只大白兔，在其他動物中我們不能確保得出同樣的結(jié)論，不同的動物模型可能得出不同的結(jié)論。

綜上所述，我們認(rèn)為CT心肌能譜成像可有效評價缺血性心臟病的不同階段，有望成為缺血性心臟病診斷和治療隨訪的新手段。