能谱CT成像在兔缺血性心脏病模型中的应用

庞丽芳 张 欢 杨文洁 陆 伟 肖 华 卜玉莲 陈 颖许伟青 潘自来 陈克敏 严福华

缺血性心脏病引起的心肌梗死是现代社会最常见的疾病和主要致死病因。找到早期发现心肌坏死及准确判断心肌缺血程度的无创性影像学方法，对缺血性心脏病的诊断、治疗决策和预后评估都有很重要的意义。本研究通过对不同缺血时间的兔缺血性心脏病模型进行CT心肌能谱扫描，评估CT心肌能谱成像在缺血性心脏病不同阶段中的诊断价值。

方 法

1.实验动物及实验流程

1.1兔缺血性心脏病模型的制备：健康雄性新西兰大白兔40只，4～5月龄，体重2～3kg（2.7±0.3kg）。通过开胸结扎冠状动脉左前降支（在LAD根部下方3～5mm结扎）的方法制作缺血性心脏病模型。建模成功后随机分为4组，每组各10只，分别于结扎后6h、3d、7d及14d行CT心肌能谱扫描。

1.2CT心肌能谱检查方法：采用宝石CT（HDCT，high-definition Discovery CT750HD，GE Healthcare,Wisconsin, USA）对各组进行扫描。将兔缺血性心脏病模型麻醉固定后，先行两个定位相扫描：0°、90°，扫描参数：80kV 20mA，之后经兔耳缘静脉留置针以2.5ml/min的速率注射非离子型碘对比剂碘帕醇（300mg/ml）1ml/kg。对比剂注入后10s、1min、3min进行CT心肌能谱扫描，扫描范围包括整个心脏，扫描参数：80～140kVp 0.5ms瞬间快速切换，管电流600mA，螺距0.531∶1，转速0.5s/r，扫描层厚1.25mm，扫描矩阵512×512，FOV 32cm，三期图像均进行70keV的单能量重建及薄层重建，重建层厚、层间距0.625mm。

1.3组织病理学检查：各组实验动物扫描结束后处死，开胸取出心脏，垂直左室长轴位由心尖部至冠状动脉左前降支结扎处平行切取三块心脏组织，厚约2mm，行HE染色和CD31染色检查。

1.4图像分析与处理方法：应用宝石CT能谱专用GSI分析软件进行分析和处理。选择GSI分析软件中Optimal CNR项，进行显示缺血心肌最佳keV的测量。在碘基图上选择显示缺血区最佳的层面，划定心尖部缺血心肌的圆形或类圆形感兴趣区（region of interest，ROI），并将相同大小的背景ROI放置在同层面正常的侧壁心肌组织内，分析软件自动计算出对比噪声比（contrast-to-noise ratio，CNR）最大，显示病灶最佳keV，记录该值。

在前面测得的显示缺血区最佳keV单光子能谱图像中，将圆形或类圆形的ROI放置在缺血区域、侧壁正常心肌区,同时在同一层面主动脉内放置相同大小的ROI。连续选取两个层面的ROI，取其平均值作为缺血区、正常心肌及主动脉的最终ROI值。为减少测量误差，三期ROI大小、位置尽量保持一致，测量ROI内碘基值（以碘为基础物质图像计算所得到的数值）。为避免心肌血流量以外因素的干扰如实验兔对比剂的注射速率、剂量以及循环所造成的差异，进行标化处理，即将缺血心肌、正常心肌的碘基值除以同期相主动脉碘基值得到nICIM、nICHM后进行统计分析。

C D31免疫组化染色进行微血管密度测定（microvessel density，MVD）。

2.统计学处理

运用SPSS13.0统计分析软件进行数据处理，应用单因素方差分析(One-Way ANOVA)及Pearson’s相关分析进行统计学分析。数值以均数和标准差表示（±s），以P＜0.05作为差异有统计学意义。

结 果

兔缺血6h大体标本未见明显异常，经HE染色后前间壁心肌组织中可见心肌间质水肿、心肌纤维紊乱、断裂、扭曲。缺血3d大体标本显示心梗区呈灰色，HE染色后见明显心肌凝固性坏死的炎症反应，可见大量巨噬细胞、淋巴细胞浸润和少量的纤维母细胞。缺血7d和14d模型的大体标本可见明显的心梗区，HE染色后见肉芽组织形成，缺血14d标本HE染色后可见瘢痕组织。

缺血6 h、3 d、7 d、14 d组M V D值分别为(104.81±39.55)mm-2、(218.85±40.96)mm-2、(281.19±70.34)mm-2、(328.05±73.62)mm-2。应用方差分析得到除缺血7d与14d组MVD差异无统计学意义外，其他各组MVD之间差异有统计学意义，具体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。

延迟10s、1min、3min扫描显示缺血心肌的最佳keV为65keV，应用方差分析，不同延迟扫描时间各缺血组之间最佳keV值之间P值均＞0.05，差异无统计学意义（表1）。

在延迟10s扫描能谱图像上，缺血心肌碘基标化值nICIM从6h到14d呈递减趋势。其中6h组与其余3组比较均有显著统计学差异，P6h-3d=0.01，P6h-7d=0.01，P=0.00，其余的各组间差异无统计学意义。延迟1min和3min的扫描，缺血心肌的nICIM从6h到14d呈递增趋势。应用方差分析得到，在延迟1min扫描时，6h和7d组、6h和14d组、3d和14d组之间具有显著差异，P6h-7d=0.01，P6h-14D=0.00，P3d-14d=0.01. 在延迟3min扫描时，6h和其余3组之间差异有统计学意义，P6h-7d=0.01，P6h-14d=0.00，P3d-14d=0.04。在三组不同延迟扫描时间内，不同缺血时间模型正常心肌的碘基标化值nICHM间差异无统计学意义（P＞0.05）。

延迟3min扫描缺血心肌的碘基标化值nICIM高于正常心肌及延迟1min扫描时的缺血心肌nIC值，而正常心肌的碘基标化值nICHM则低于延迟1min扫描（表2，3）。

应用Pearson’s相关分析得到，缺血心肌的碘基标化值nICIM与MVD具有较好的相关性。延迟10s扫描nICIM与MVD存在负相关，r=-0.54，P=0.00。延迟1min及3min扫描，nICIM与MVD存在正相关，延迟1min扫描时r=0.57，P=0.00，延迟3min 扫描时r=0.48,P=0.00。

表1 不同扫描时间显示缺血心肌的最佳keV

表2 不同扫描时间各组缺血心肌和正常心肌的碘基标化值nIC

表3 不同扫描时间各组缺血心肌碘基标化值nICIM两两比较P值

讨 论

近年来，随着CT成像技术的发展，CT在心血管领域得到广泛的应用。冠状动脉CTA有取代传统选择性冠状动脉造影（SCA）作为缺血性心脏病筛查手段的趋势[1]。冠脉CTA检查能够清晰显示冠状动脉解剖学上改变，分析冠状动脉的狭窄程度，定性、定量地检测冠状动脉斑块，还可用于分析心功能，但其对检测心肌缺血的存在与否有一定的局限[2]。缺血性心脏病不同时期在常规增强CT扫描无显著性差异，而早期发现心肌坏死或准确判断心肌缺血的程度对决定治疗方案、提高患者的预后都有很重要的意义[3-4]。

宝石能谱CT成像作为一种功能性影像，具有以往CT所不具备的功能。能谱CT成像能根据不同物质在不同单光子能量下的吸收系数不同，产生不同物质各自的特征性吸收曲线，进行物质分离，生成新的基础物质，如水、钙、碘等的密度图像，为临床提供更多、更全面的病理信息。目前CT能谱成像在鉴别肿瘤性病变方面得到了较好的临床验证[5]。

较传统CT，能谱CT为我们多提供2种类型的图像：一种是单能量图像，通过分析软件可以得到显示病变与正常组织最大差别的最佳能量，以利于更好的检出病变。在本研究中，显示兔缺血性心脏病模型缺血心肌的最佳单能量值为65keV。另一种是物质分离图像，利用这种图像我们可以定量测量某种物质。碘是对比剂的主要成分，心肌中的碘浓度是反映血供的良好指标。心肌的强化程度取决于碘浓度以及注射对比剂后延迟扫描时间。在本研究中，不同缺血时间缺血心肌的碘基标化值存在统计学差异，使得碘基标化值用于评估缺血心肌成为可能。

以往的动物实验和临床研究表明，梗死心肌的CT及MRI强化类型相似，表现为动脉期强化低于正常心肌，延迟期扫描明显强化[6-7]，而早期的缺血心肌在常规的CT及MRI扫描中可无异常表现。本研究将对比剂注入后10s作为动脉期扫描，为最大程度减小误差，将碘基值标化后进行分析。结果显示缺血心肌的nIC较正常心肌值低，而在常规扫描中两者CT值相近。从缺血6h组到14d组，nIC值依次降低， 6h组与其他组的比较其差别具有统计学意义。心肌无强化或低度强化说明心肌处于低灌注状态，可能由于心肌梗死急性期和瘢痕形成期动脉阻塞和微血管阻塞引起。

近年来研究表明心肌延迟扫描的最佳时间在对比剂注入后5～15min[7-8]。本研究表明在延迟3min扫描期，缺血心肌nIC值均大于正常心肌及延迟1min缺血心肌的nIC值，同时正常心肌nIC值在3min扫描时比1min扫描的值更低。因此在对比剂后注入后3min，缺血心肌即发生了延迟强化。如果将来能在临床中得到验证和应用，可缩短检查时间，优化检查流程。

心肌梗死的愈合过程包括细胞凋亡、炎症反应、血管再生、胞外基质分解和瘢痕形成[9]，我们重点研究血管再生的表现，用MVD计数作为评价指标。从缺血6h组到14d组MVD递增。尽管在3d组和14d组的对比中无显著性差异，但在延迟1min扫描和3min扫描中缺血心肌的nIC呈增加趋势。在延迟1min扫描和3min扫描时，MVD与缺血心肌nIC之间存在正相关。在10s扫描，缺血心肌的nIC与MVD呈负相关。这可能与10s的动脉期扫描不能探查到心肌再灌注有关。由此可知，CT心肌能谱扫描可反映心肌缺血后的血管再生情况，有望在不久的将来成为缺血性心脏病的治疗随访新手段。

本研究尚存在几点不足之处。第一，心肌能谱扫描是在无心电门控下进行的，扫描过程中大白兔的平均心率约120次/min，无法同时进行冠状动脉成像。随着能谱成像技术的发展，相信在不久的将来，血管、心肌、心功能一次扫描完成的“一站式”检查成为可能。第二，尽管我们发现延迟3min扫描可用于评估兔缺血性心脏病模型的缺血心肌的延迟强化程度，尚不能证实这是临床应用中的最佳扫描延迟时间。最后，本研究使用了40只大白兔，在其他动物中我们不能确保得出同样的结论，不同的动物模型可能得出不同的结论。

综上所述，我们认为CT心肌能谱成像可有效评价缺血性心脏病的不同阶段，有望成为缺血性心脏病诊断和治疗随访的新手段。