腺苷负荷动态CT心肌灌注定量评价冠状动脉微循环的实验研究

籍庆余，高 扬，王志强，唐 跃，贾六军，李 彬，孙 凯，吕 滨*

(1.内蒙古科技大学包头医学院第二附属医院CT室，内蒙古 包头 014030；2.国家心血管病中心 北京协和医学院 中国医学科学院阜外医院放射科，北京 100037；3.中国医学科学院阜外医院深圳医院放射科，广东 深圳 518057)

腺苷是一种内源性核苷，可直接进入心肌经磷酸化生成腺苷酸，参与心肌能量代谢，且作为冠状动脉血管扩张剂增加冠状动脉血流量，在心肌灌注成像(myocardial perfusion imaging， MPI)中是公认安全的药理学应激剂[1]，目前多以可快速降解为腺苷的三磷酸腺苷(ATP)作为腺苷来源。心肌灌注参数如心肌血流量(myocardial blood flow， MBF)、心肌血容量(myocardial blood volume， MBV)、达峰时间(time to peak， TTP)及组织通过时间(tissues Transit time， TTT)等可直接反映心肌组织血液供应及心脏微循环过程[2]。动态CT心肌灌注成像(CT myocardial perfusion imaging， CT-MPI)可定量观察心肌灌注相关参数。随着MSCT技术的发展和双源CT(dual source CT， DSCT)的出现，CT冠状动脉成像(CT coronary angiography, CTCA)已广泛用于筛查和诊断冠心病，负荷CT心肌灌注量化临床研究也已开展[3-]。本研究观察腺苷负荷对小型猪冠状动脉血流增加的量化指标，为进一步临床研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验对象 健康中华小型猪10只(北京市琉璃河科兴实验动物养殖中心)，雌雄不限，7～8月龄，体质量(25.1±3.2)kg。

1.2 扫描前准备 术前停饲12 h、停水8 h。以5%戊巴比妥钠(1 ml/kg体质量)肌内注射行基础麻醉，仰卧位保定动物，使四肢外展并固定，经双侧耳缘静脉埋置12G静脉留置针，建立静脉通路，以5%戊巴比妥钠[1 ml/(kg·h))进行全身麻醉维持，并予利多卡因2 mg/kg体质量静脉滴注预防室性心律失常。

1.3 双源CT动态心肌灌注扫描 采用Siemens SOMATOM第2代双源(光子)CT，应用双筒高压注射器以3 ml/s流率注射碘海醇2 ml/kg体质量、再以相同速率注射生理盐水20 ml后，采用回顾性心电门控行静息动态扫描，扫描时间确定在升主动脉对比剂开始上升前4 s，方向为头-足向，范围为自肺动脉干上缘至心脏膈面下约l cm。根据心率，于R波后 170～250 ms后触发扫描以获取收缩末图像，行穿梭模式(shuttle mode)扫描。参数：转速0.28 s，管电压100 kV，管电流350 mAs，探测器宽度38 mm，原始图像层厚3.0 mm，层间隔2.9 mm，FOV 22 cm，图像覆盖范围73 mm。10 min后再次注射对比剂，并以 140 μg/(kg·min)泵入2 ml三磷酸腺苷二钠注射液(2 ml：20 mg，国药集团荣生制药有限公司)持续 3 min后进行动态扫描，扫描完成时停止注入。

1.4 图像数据处理及判定 利用光滑解卷积核(B23f)以层厚3.0 mm、层间隔2.9 mm对原始数据进行重建。将重建数据调入(Syngo.via)标准工作站中的“VPCT Body”软件进行动态数据分析，得到彩色编码的心肌灌注图。分别以横断面、心室短轴位、长轴位、四腔心位及左心室短轴位二维图像为解剖图，与心肌灌注图融合，通过测算得到左心室心肌各节段的MBF、MBV、TTP及TTT值。根据美国心脏病协会关于左心室心肌节段进行心肌分段[5](图1)，以心肌灌注参数计算每次扫描中17节段心肌血流灌注值。标记序列后，由2名从事图像后处理5年以上的主治医师以盲法对随机打乱顺序后的心肌灌注图像手动绘制并测量、记录各节段MBF、MBV、TTP及TTT值，以组内相关系数行一致性分析。根据3支血管[右冠状动脉(right coronary artery, RCA),左前降支(left anterior descending artery， LAD)及左回旋支(left circumflex artery, LCx)]对不同心肌节段的支配情况(图2A)计算其支配心肌节段血流灌注值；根据其在3个区域(即基底部、中间部、心尖部)支配心肌节段(图2B)计算心肌血流灌注值；根据各心肌壁(前壁、间隔壁、下壁、侧壁)所属心肌节段计算血流灌注值(图2C)。

图1 左心室心肌17节段

1.5 统计学分析 采用SPSS 21.0统计分析软件。以±s表示连续性定量数据，百分比表示分类变量，定性资料以频率或百分比表示。计算Kappa值，评价腺苷负荷动态CT心肌灌注结果的一致性。以自身对照结果为参照标准，分别对比静息态及负荷态所测MBF、MBV、TTP及TTT平均值，以配对t检验比较静息态及负荷态MBF、MBV、TTP及TTT平均值的差异。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

对10只猪均顺利完成实验，共340个心肌节段纳入分析。给予腺苷负荷后动物心率加快(静息平均75次/分，负荷后平均125次/分)，根据Schlesinger冠状动脉分布分类法，CTA优势分型为8只均衡型，2只左优势型。心肌17节段各心肌灌注定量指标见表1。通过动态CT-MPI得到腺苷作用前后猪左心室心肌节段、相应血管、区域及心肌壁对应心肌节段心肌灌注情况。静息组MBF、MBV、TTP及TTT分别为(199.82±66.24)ml/(100 ml·min)、(15.71±5.58)ml/100 ml、(6.38±2.03)s及(13.39±4.91)s，负荷组分别为(278.87±123.24)ml/ (100 ml·min)、(20.91±7.66)ml/100 ml及(5.83±1.68)s、(12.53±4.49)s。相比静态组，负荷组MBF、MBV显著升高、TTP缩短(t=8.757、7.738、3.367，P均<0.05)，2组TTT差异无统计学意义(t=1.743，P>0.05)，见表2、图3。

2.1 MBF 腺苷负荷后测得170个节段MBF值均升高(P<0.05，图4)，Kappa值为0.798。每个节段MBF绝对值平均升高79.03 ml/(100 ml·min)。3支血管对应区MBF定量值不同，LAD对应MBF灌注量升高较多；3个区域对应MBF定量值较均匀增高，以心尖部相对MBF较大；心肌各壁中，以前壁对应心MBF升高较多。

表1 小型猪左心室心肌17节段各心肌灌注定量指标数据(±s)

表1 小型猪左心室心肌17节段各心肌灌注定量指标数据(±s)

心肌节段静息组MBF[ml/(100 ml·min)]MBV(ml/100 ml)TTP(s)TTT(s)负荷组MBF[ml/(100 ml·min)]MBV(ml/100 ml)TTP(s)TTT(s)1198.63±71.3816.21±6.4216.21±6.4414.87±3.77260.77±112.1418.13±6.876.03±1.9014.03±3.782190.03±56.8116.12±6.7816.08±6.7512.70±5.08284.83±167.0718.11±7.836.31±2.0413.05±4.573261.28±55.3420.76±5.5720.78±5.6312.78±4.17331.37±91.1023.70±6.555.32±1.5811.08±5.474179.52±44.0314.47±3.7314.53±3.6611.90±4.45261.84±107.5317.81±7.305.74±1.5512.12±3.465200.68±69.3817.13±8.1817.07±8.1913.10±6.04273.57±140.6618.71±8.575.80±1.7711.40±4.346184.01±47.0314.41±5.4314.42±5.4017.04±3.40260.03±123.0416.87±6.505.69±1.8813.69±3.907186.08±66.6915.02±4.0115.01±4.0413.17±5.43260.50±129.4717.21±6.475.90±1.9212.07±5.248179.62±44.1914.23±3.4814.20±3.5113.50±5.10266.22±142.7716.94±7.056.04±1.5712.10±5.049247.58±100.4319.43±7.4619.38±7.5412.38±4.56330.28±138.2022.34±8.815.79±1.5710.57±5.4810185.42±66.3114.77±5.4714.79±5.4711.27±5.21259.31±106.4017.10±6.046.11±1.9010.80±4.8411206.57±61.8915.34±4.0315.27±4.0014.03±5.17282.45±140.6718.31±7.685.78±1.9313.37±3.0912197.04±77.5815.85±6.3215.92±6.2816.13±5.56269.01±99.4417.71±5.666.13±1.7915.37±4.2413200.68±91.6316.31±6.5516.33±6.6012.47±5.80301.18±124.1819.10±7.045.87±1.7914.22±4.6014179.44±40.0114.24±3.0814.24±3.0813.50±4.38244.03±80.7316.23±4.185.90±1.4812.92±5.1715228.34±67.4718.60±5.7718.61±5.8011.7±5.78314.51±167.6820.82±8.485.73±1.8411.59±4.9016178.10±57.1414.27±5.1114.27±5.1413.81±4.54263.77±99.4616.93±5.746.03±1.8011.87±3.8817194.24±55.2814.69±3.7314.70±3.6613.77±3.92276.90±143.8917.60±7.285.87±1.7612.81±3.64

图2 冠状动脉与对应左心室心肌节段/基底部、中间部及心尖部对应心肌节段/各心肌壁对应心肌节段

表2 小型猪负荷前后动态CT-MPI定量指标组间比较(±s)

表2 小型猪负荷前后动态CT-MPI定量指标组间比较(±s)

组别MBF[ml/(100 ml·min)]MBV(ml/100ml)TTP(s)TTT(s)静息组199.82±66.2415.71±5.586.38±2.0313.39±4.91负荷组278.87±123.2420.91±7.665.83±1.6812.53±4.49t 值8.7577.738-3.367-1.743P 值<0.001<0.0010.0010.083

图3 小型猪CT-MPI A.静息状态下；B.腺苷负荷状态下

2.2 MBV 腺苷负荷后170个节段MBV值均升高(P<0.05，图5)，Kappa值为0.812。腺苷负荷后17个心肌节段心肌血流量较静息时均匀升高，每节段MBV绝对值平均升高5.23 ml/100 ml，百分比升高33%；3支血管腺苷负荷前后对应MBV定量值不同，RCA对应心肌血容量升高较多；3个区域对应MBV定量值较均匀增高，无显著差别；心肌各壁中，侧壁对应MBV升高较多。

2.3 TTP 腺苷负荷后170个节段TTP值均缩短(P<0.05)，每个节段TTP绝对值平均缩短0.64 s，Kappa值为0.788，其中第6节段TTP缩短较显著。3支血管对应TTP缩短程度基本相同；3个区域中基底部TTP较其他区域缩短；各肌壁中以前壁TTP缩短较显著。

2.4 TTT 腺苷负荷前后170个节段TTT无明显变化，3支血管、3个区域、各心肌壁中以侧壁血流灌注量静息与负荷后TTT值差异不大。17个心肌节段负荷后心肌灌注较静息时TTT无明显变化(P>0.05)，Kappa值为0.812。

3 讨论

本研究结果表明，腺苷负荷后小型猪MBF、MBV增加，TTP缩短，利用动态CT-MPI可以得到负荷前后心肌灌注的定量指标，进而分析指标的变化程度及特点。

图4 左心室心肌17节段腺苷负荷前后MBF对比

图5 左心室心肌17节段腺苷负荷前后MBV对比

3.1 可行性及优势 腺苷对心脏具有正性激动作用，其与A1受体在冠状动脉血管平滑肌细胞激活后可减少缺血细胞数量。腺苷A1受体过度表达对心肌缺血性应激具有保护作用[6]。腺苷与A2a受体结合可以扩张冠状动脉，减轻心肌缺血所致损伤[7]。腺苷对于体外细胞及实验动物的激动作用已获证实。中华小型猪心脏大小、解剖结构、侧支循环及冠状动脉口径接近于人类，且心率与人类也比较接近[8]，可用于多次反复观察正常心肌组织负荷前后变化，满足实验需要。既往研究[9-10]表明，动态CT-MPI可量化评价心肌血流灌注情况，评价心肌缺血的敏感度为72%～100%，特异度74%～100%，阳性预测值为48%～100%，阴性预测值为78%～100%[11]。 本研究选择实验动物自身对照，以避免多变量因素对实验的影响。

3.2 结果及意义 腺苷作用前后，动态CT-MPI显示实验猪左心室17个心肌节段及3个区域对应心肌节段MBF、MBV值均呈均匀升高，LAD对应心肌节段MBF值高于其他2支，而MBV值升高幅度以RCA对应心肌节段更高，与其支配心肌节段体积较大有关[5]；前壁对应心肌节段MBF升高幅度大于其他心肌壁，考虑与LAD血流量比其他2支相对较大有关[12]，而MBV升高幅度以侧壁最高，与侧壁对应心肌节段体积较大有关[5]。腺苷负荷后TTP均提前，其中第6节段(基底部近前壁侧壁)TTP提前较显著，基底部及前壁达峰时间提前较显著，可能与该区域腺苷受体分布较多有关。TTT指血液流经微血管及额外血管组织的时间，代表对比剂流入及流出心肌组织所用的时间，反映血流在血管内是否受阻及其严重程度[13]。本实验未建立血管狭窄模型，结果中腺苷负荷前后TTT基本保持不变，符合预期。

心肌灌注储备(myocardial perfusion reserve， MPR)为负荷状态MBF与静息状态MBF的比值，是反映负荷前后心肌血流量增加幅度的指标，目前主要在核素心肌灌注成像中用于评价心肌灌注[14]。相关研究[13]重点在观察上述参数，认为MBF、MBV可作为反映心肌灌注的重要指标。PELGRIM等[15]分析离体猪心脏模型，通过人工改变模型中的血流，定量检测MBF、MBV，结果显示血流减少前后MBF、MBV差异显著，可用于检测早期心肌缺血，为制定人类正常心肌灌注参数标准提供参考。

3.3 局限性 本研究针对同一动物模型依次完成静息和腺苷负荷2次CT-MPI，实验结果可靠，但样本数量较少，且未行核素及磁共振心肌灌注显像。CT-MPI中有个别心肌节段出现未经预见的统计特异值，可能与个体差异有关。目前CT-MPI尚未广泛应用于临床，缺乏图像解读经验，对一些伪影认识不足，或在一定程度上有碍其诊断心肌缺血及灌注损伤的准确性。

综上所述，腺苷对小型猪心脏具有正性激动作用，动态CT-MPI可加以定量评价。