磁共振动态增强扫描(DCE-MRI)检测易损性动脉粥样硬化斑块应用价值实验研究

曲晓峰,杨海山,刘书峰,刘亚洁,王乃玉

(1.吉林大学中日联谊医院放射科,吉林长春130033;2.大连医科大学附属二院a.放射科,b.病理科)

动脉粥样硬化斑块破裂是引起急性心脑血管意外的主要病因,因此对于早期检出易损性动脉粥样硬化斑块对于预防心脑血管意外的发生具有重要的意义。病理研究表明:斑块的易损性与斑块的成分密切相关,而不是与管腔的狭窄程度有关,动脉粥样硬化斑块易损性与斑块内新生微血管与斑块的炎症反应密切相关[1-2]。本研究通过动物实验探讨磁共振动态增强扫描(Dynamic Contrast Enhanced MRI DCE-MRI)参数与动脉粥样硬化斑块内新生微血管与炎性反应相关性,通过量化的指标评价动脉粥样硬化斑块内新生微血管量与炎性反应程度,从而评价动脉粥样硬化斑块易损性。

1 材料与方法

1.1 动物模型制作

成年新西兰雄性大白兔20只,体重2.5-3.5 kg,高脂喂养(200 g饲料2.5%胆固醇15%蛋黄粉10%猪大油)[3]自由饮水,高脂喂养4周后实施球囊拉伤损伤主动脉内膜,麻醉后腹股沟区备皮及消毒,切开长约3 cm切口;确认股动脉后,采用Seldinger技术穿刺插入导丝导管,将4F球囊扩张导管插入至腹主动脉约心脏下方水平2 cm处,球囊内充入生理盐水,感觉有阻力后缓慢拉出约10-1 5 cm,拉出的速度约为10 cm/s,反复3次[4];取出球囊压迫止血后,缝合切口。术后肌肉注射庆大霉素3天,预防感染。于第4、8周各对1只实验兔进行MR扫描,观察血管壁情况,调整饲料内胆固醇含量或进行2次动脉内膜损伤。

1.2 影像学检查方法

美国GE Signa CV/i 1.5T磁共振扫描仪,扫描前8H禁食,仰卧体位,使用表面线圈。MR多序列扫描采用FSE序列T1WI T2WI抑脂序列,质子密度加权像其中重复时间与回波时间(TR/TE)分别为T1WI:200/4.2 ms;FSE T2WI:4 000/86 ms;PDW:2 000/20 ms;FOV:20CM;矩阵 256×160;收集信号次数(NEX):2.多期动态增强扫描采用T1WI FSPGR序列,重复时间与回波时间(TR/TE)分别为175/4.2 ms矩阵256×128;连续扫描12个时相,每个时相间隔约为1 min,造影剂为德国先灵公司产马根维显(0.5 mmol/kg),经耳缘静脉团注,注射速度为1 mL/s。

1.3 病理学检查

实验动物采用经耳缘静脉注射过量的3%戊巴比妥钠处死实验兔,解剖尸体,取出自主动脉根部至髂总动脉分叉处的主动脉,按其相应解剖标志,取扫描范围内血管。生理盐水冲洗干净后,10%福尔马林浸泡固定,24H后组织制片,使用HE染色观察血管的形态及动脉粥样硬化斑块形态。免疫组化方法使用CD31染色,标记动脉粥样硬化斑块内新生微血管内皮细胞,使用CD68染色,标记动脉粥样硬化斑块内巨噬细胞,以血管内皮细胞胞质内出现棕黄色颗粒且着色强度高于背景染色者判定为阳性。

1.4 实验方法

实验兔损伤腹主动脉内膜后高脂喂养第16-20周行磁共振FSE序列T1WI、T2WI抑脂序列扫描及MR动态增强扫描,扫描范围从髂总动脉分叉处至膈肌水平,扫描结束后处死实验兔,取出扫描范围内病变血管,制成组织片后使用HE染色,免疫组化方法使用CD31染色标记动脉粥样硬化斑块内新生微血管,使用Image-Pro Plus专业图像分析软件分析免疫组化图像。计数3个不重叠区域中每个视野内的新生微血管内皮细胞数和阴性细胞数(个/400倍视野),取均值作为动脉粥样硬化斑块平均新生微血管内皮细胞数,计算CD31、CD68染色阳性细胞百分率,结果用±s表示。MR图像使用 GE ADW4.0工作站进行图像分析,绘制时间信号强度曲线。计算动脉粥样硬化斑块时间—信号强度曲线首过时相斜率S及斑块峰值信号强度强化后120 s信号强度下降率Soutflow,计算方法为:S=(SIF—SI0)×100%/(SI0×Δ t)Soutflow=(SImax—SImax+120s)×100%/SImax(SIF为首过时相信号强度,SI0为动态增强扫描起始信号强度,Δ t为首过时相间隔时间,SImax为峰值信号强度,SImax+120s为峰值信号强度强化后120 s信号强度。)

1.5 统计学方法

2 实验结果

动脉粥样硬化斑块时间—信号强度曲线斑块峰值信号强度强化后120 s信号强度下降率Soutflow与斑块内新生微血管(CD31免疫组化表达)、斑块内炎性反应(巨噬细胞CD68免疫组化表达)相关性分析,r值分别为0.469(P＜0.01)、0.415(P＜0.05),CD68计数与CD31计数相关性分析,r值为0.480(P＜0.01)。首过时相斜率S与CD68、CD31计数相关性分析,r值分别为0.452(P＜0.05)、0.479(P＜0.01)。CD68计数与CD3计数相关性分析,r值为0.480(P＜0.01)

20只实验兔共检测30处强化动脉粥样硬化斑块,增强扫描均可见强化。使用GE ADW4.0工作站测定斑块信号强度,绘制时间—信号强度曲线。测定斑块时间—信号强度曲线首过时相斜率S(4.15±1.13)及斑块峰值信号强度强化后120 s信号强度下降率Soutflow(30.88±9.33)使用Image-Pro Plus专业图像分析软件分析免疫组化图像,计算CD31染色阳性细胞百分率(36.65±13.96)%。CD68染色阳性细胞百分率(45.47±11.41)%。见图1-4。

3 讨论

最新研究表明:动脉粥样硬化斑块易损性、斑块内新生微血管与斑块的炎症反应密切相关[1、2]。斑块内新生微血管与斑块内的炎症反应可以作为斑块易损性的标志[3]。

图1 DCE-MRI增强扫描动脉粥样硬化斑块可见明显强化(白色箭头)

图2 相对应层面病理切片HE染色显示动脉粥样硬化斑块

图3 CD31免疫组化染色标记新生血管内皮细胞(棕色为阳性表达区域)

图4 CD68免疫组化染色标记新生血管内皮细胞(棕色为阳性表达区域)

斑块的强化程度与斑块内新生微血管、斑块的血管渗透性和排泄动力学、血管外细胞外的容积和斑块内多种成分有关。斑块炎性过程可以引起细胞外容积的增加和细胞内皮的通透性,造影剂可以快速的进入斑块细胞外的空间,动脉粥样硬化斑块可以出现强化[4、5]。处于活动期的动脉粥样硬化斑块新生微血管数目多,斑块内的炎性反应水平高,造影剂容易扩散至斑块细胞外空间。因此,动脉粥样硬化斑块强化与斑块内新生微血管的数目和斑块的炎症反应程度密切相关。首过时相斜率S反应造影剂早期流入斑块的情况,Soutflow反应斑块达到峰值强化后造影剂流出情况,本研究表明:动脉粥样硬化斑块时间—信号强度曲线首过时相斜率S与斑块内新生微血管CD31计数、斑块内炎性反应CD68计数具有明显相关性(R=0.479,P＜0.01、R=0.452,P＜0.05),斑块峰值信号强度强化后120 s信号强度下降率Soutflow与斑块内新生微血管CD31计数、斑块内炎性反应CD68计数具有明显相关性(R=0.415,P＜0.05、R=0.469,P＜0.01)。通过对动脉粥样硬化斑块时间—信号强度曲线量化指标S与Soutflow测定反应斑块内新生微血管数目与炎症反应程度,S与Soutflow越大,斑块的炎症反应明显、新生微血管量多,表明斑块处于活动期,具有易损性。易损性动脉粥样硬化斑块新生微血管数目多、炎症反应明显,反之,S与Soutflow较小表明斑块的炎症性反应和新生微血管数目少,发生斑块破裂的可能性较小。因此可以通过量化指标S与Soutflow检测动脉粥样硬化斑块的易损性。

本研究通过对于动脉粥样硬化斑块时间—信号强度曲线参数Soutflow与S的测定,能够较为全面的评价动脉粥样硬化斑块内造影剂排泄动力学改变,对于动脉粥样硬化斑块的新生微血管数目、斑块内的炎性反应水平进行半定量测定,为临床早期发现和干预治疗易损性动脉粥样硬化斑块提供可靠的影像学依据,能够有效的预防心脑血管意外的发生。

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