心电门控多层螺旋CT血管造影评价年龄相关的颈动脉弹性

2014-03-10王子军WANGZijun

中国医学影像学杂志 2014年11期

关键词：心电颈动脉弹性

王子军 WANG Zijun

王庆军 WANG Qingjun

郭勇 GUO Yong

陆伟 LU Wei

张云 ZHANG Yun

李小娟 LI Xiaojuan

论著 Original Research

心电门控多层螺旋CT血管造影评价年龄相关的颈动脉弹性

王子军 WANG Zijun

王庆军 WANG Qingjun

郭勇 GUO Yong

陆伟 LU Wei

张云 ZHANG Yun

李小娟 LI Xiaojuan

目的通过多层螺旋CT血管造影评价年龄相关的颈动脉弹性。资料与方法对34例心血管健康人群进行多时相心电门控多层螺旋CT血管造影，测量不同时相颈内动脉、颈动脉球和颈总动脉的横截面，结合不同时相颈动脉横截面积以及脉压计算颈内动脉、颈动脉球部和颈总动脉的弹性。结果颈内动脉、颈动脉球部和颈总动脉的弹性与年龄之间均呈显著线性负相关（r=－0.73、－0.74、－0.64, P＜0.01）。结论作为一种新的方法，心电门控多层螺旋CT血管造影可以可靠地定量评价颈动脉弹性。在心血管健康人群，随着年龄增加颈动脉弹性降低。

体层摄影术，螺旋计算机；血管造影术；颈动脉；弹性；年龄因素

多层螺旋CT血管造影（multi-detector CT angiography, MDCTA）可以用来测量主动脉弹性[1]，然而目前这种方法尚未应用于颈动脉弹性的测量。本研究使用的测量方法，定量评价颈动脉弹性，并分析颈动脉弹性与年龄之间的变化规律。

1 资料与方法

1.1 研究对象选取2011-06～2012-09在海军总医院医学影像科因头颈部病变行头颈部检查的34例患者，所有患者均未进行过头颈部放、化疗及手术治疗。详细记录患者病史以及血液生化检查，排除有动脉粥样硬化及心血管疾病因素的患者；患者在进行MDCTA检查前均进行颈动脉超声检查，排除有颈动脉粥样硬化斑块的患者。入组对象均为因头颈部病变需要进行头颈部CTA检查的患者，因此本研究并未加重患者的检查负担以及因检查而带来的风险。本研究经我院医学伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。

1.2 MDCTA原始数据获取及辐射剂量分析所有MDCTA检查均使用256层螺旋CT（Philips Brilliance iCT, Eindhoven, Netherlands）。机架旋转时间为270 ms/周，时间分辨率36～135 ms，空间分辨率为0.67×0.67×0.67 mm3。使用回顾性心电门控技术，以便能够对原始数据进行多时相重建。使用高压注射器，以5.5 ml/s经静脉团注80 ml碘造影剂（Ultravist 370, Bayer Healthcare），以相同流速注射40 ml生理盐水冲洗。将感兴趣区放置于降主动脉，使用触发扫描技术开始扫描。扫描范围包括颅底及整个颈部，采用回顾性心电门控技术，扫描时间为6～8 s，固定管电压120 kV，管电流300 mAs。探测器准直宽度为2×128×0.625 mm，螺距0.18。将原始数据在一个心动周期内重建20个时相（间隔5%），层厚0.8 mm，重叠间距0.4 mm。有效剂量的计算方法为剂量长度乘积和器官权重因子[K=0.005 9 mSv/ (mGy·cm)][2]。本研究计算出研究对象平均的剂量长度乘积以及有效辐射剂量，以便与常规颈动脉MDCTA的辐射剂量进行直观比较。

1.3 血压测量由于血压值直接关系到颈动脉弹性的计算结果，因此最为理想的血压值应该在扫描过程中测出。为此，检查前培训患者学会使用电子血压计，检查技师在扫描前10 s左右通过对讲系统让患者按一下电子血压计“开始”按钮，这样电子血压计基本能够在扫描过程中或紧邻扫描过程测得患者血压。在检查中扫描同时测量患者肱动脉收缩压、舒张压及脉压。将脉压值由毫米汞柱换算为帕，换算标准为1 mmHg≈133.322 Pa。

1.4 图像质量评价所有重建后的图像数据传到处理工作站进行分析。图像质量由2名有经验的主治医师共同分级评价，评分标准[3]：1级为很好，2级为好，3级为中度，4级为差。所有评为4级的图像均被排除。

1.5 图像分析不同时相的图像统一放大4倍并同步显示在2台高分辨显示器上。在3个解剖层面上测量颈动脉横截面积。颈内动脉（internal carotid artery, ICA）：分叉水平以上4 mm处；颈动脉球部（carotid bulb, CB）：分叉水平以下2 mm处；颈总动脉（common carotid artery, CCA）：分叉水平以下8 mm处。由1名影像主治医师使用半自动测量软件（Edge Finder）测量每个时相以上3处颈动脉横截面积。如果软件对于动脉壁的勾画出现偏差则由测量医师进行校正。在测量前，先有图像质量评价的2名主治医师随机抽取10例研究对象的颈动脉MDCTA图像，分别记录这10例颈动脉图像最佳观察窗宽和窗位，并分别计算窗宽和窗位的平均值，所得结果为窗宽=212 HU，窗位=1086 HU，并以此作为主治医师测量颈动脉横截面积的窗宽、窗位。找到每个心动周期最小横截面积（A0[mm2]）以及最大横截面积（A[mm2]），并计算面积差值（△A[mm2]），动脉弹性（E[Pa-1]）=△A[mm2]/（A0[mm2]×PP[Pa]）[4]，计算方法见图1。对于每个检查对象，首先计算单侧颈内动脉弹性（elasticity at internal carotid artery, EICA）、颈动脉球部弹性（elasticity at carotid bulb, ECB）、颈总动脉弹性（elasticity at common carotid artery, ECCA），分别对照上述3个测量部位左右侧颈动脉弹性值是否存在差异，如果无差异则取双侧平均值进行最后的统计分析，如果有差异分别使用单侧颈动脉弹性值进行最后的统计学分析。

1.6 统计学方法采用SPSS 15.0软件，使用One-Sample Kolmogorov-Smirnov Test检验数据分布情况，使用配对t检验分析每个测量部位（EICA、ECB、ECCA）左右侧颈动脉弹性值是否存在差异，颈动脉弹性与年龄之间的相关性使用线性相关分析，P＜0.05表示差异有统计学意义。

图1 颈动脉弹性计算方法

2 结果

2.1 患者一般资料情况共有34例符合入组条件的患者完成心电门控MDCTA检查。排除2例图像质量被评为4级和3例颈动脉与静脉无法分清的患者，最终有29例患者（58个颈动脉）的图像数据进入统计分析。入组患者中男16例，女13例；平均年龄（45.31±12.31）岁；体重指数（22.06±2.33）kg/m2；收缩压（115.55±10.55）mmHg，舒张压（74.03± 9.582）mmHg，脉压（41.52±8.35）mmHg，三酰甘油（1.04±0.47）mmol/L，总胆固醇（3.99±0.82）mmol/L，高密度脂蛋白胆固醇（1.32±0.23）mmol/L，低密度脂蛋白胆固醇（1.73±0.46）mmol/L。以上指标均在正常标准范围之内。

2.2 颈动脉弹性与年龄的相关性心电门控MDCTA能清晰显示颈动脉（图2）。29例双侧ICA、CB和CCA面积平均值分别（47.07±14.49）mm2、（82.09±25.61）mm2和（46.56±14.89）mm2。同一个心动周期中，ICA、CB和CCA的面积-时相曲线相似：在25%～40% RR间期时最大，而在0%～10% RR间期时最小（图3）。每个测量部位（EICA、ECB、ECCA）左右侧颈动脉弹性值差异无统计学意义（表1）。EICA、ECB、ECCA双侧平均值分别为（2.70±1.76）×10-5Pa-1、（2.38±1.53）×10-5Pa-1和（3.38±1.66）×10-5Pa-1。

EICA与年龄之间存在线性相关（图4A）：

ECB与年龄之间存在线性相关（图4B）：

ECCA与年龄之间存在线性相关（图4C）：

2.3 辐射剂量平均的剂量长度乘积为（441±41.8）mGy·cm，有效平均辐射剂量为（2.38±0.23）mSv。

图2 同一层面不同时相左侧颈总动脉横截面积

图3 一个心动周期内ICA、CB及CCA面积-时相曲线

表1 双侧EICA、ECB、ECCA及对比分析（×10-5Pa-1, n=29）

3 讨论

图4 颈内动脉弹性（A）、颈动脉球部弹性（B）、颈总动脉弹性（C）与年龄的相关性

颈动脉弹性减低是早期动脉粥样硬化病变中动脉内皮功能损伤的一个标志，也是动脉粥样硬化病变的独立危险因素[5,6]。颈动脉易患动脉粥样硬化且接近体表，通常被视为测量颈动脉弹性的窗口。一些研究已经表明，颈动脉弹性降低与动脉粥样硬化所导致的总体死亡率[7]、心血管事件和缺血性脑卒中[8]密切相关。当使用动脉弹性来反映动脉粥样硬化的严重程度时，必须考虑到影响动脉弹性的一些因素，比如年龄、高血压、糖尿病、高脂血症和吸烟等。以往超声研究已提示颈动脉弹性与年龄之间具有相关性[9,10]。目前，应用最为广泛的无创性评估动脉弹性的方法为两种超声学技术：颈动脉-股动脉脉搏波传导速率（pulse wave velocity，PWV）和反射波增益指数（augmentation index, AI）[11,12]。PWV主要测量依据是脉冲波从颈动脉到股动脉脉搏波传导速度。动脉弹性的减低能增加动脉脉搏波速度，PWV就会增加。然而，PWV中脉搏波传导所经的动脉结构变化较大：颈动脉、髂动脉、股动脉主要为肌性动脉，主动脉主要为弹性动脉，因此PWV实际上测量的是复合动脉弹性而非真正的局部动脉弹性[13]。同样，基于压力波理论的AI反映的是全身动脉树弹性而不是一个单一的动脉弹性（如颈动脉）[11]。通过使用一些特殊的成像序列，MRI也可以测量颈动脉弹性[14]。但是，由于扫描时间长，MRI评价颈动脉弹性的劣势在于时间分辨率低以及容易出现吞咽、头颈部运动伪影[15]。

随着探测器和旋转速度的改进，MDCTA是具有更大扫描覆盖范围和更高的时间分辨率，理论上能够观察到一个心动周期中无穷尽时相动脉横断面积的变化，因此相对于超声（如PWV和AI），MDCTA更能够客观、准确地测量单一动脉局部的弹性[16]。通过使用心电门控MDCTA技术，Ganten等[1]研究了主动脉弹性与年龄的相关性，结果显示随着年龄的增加主动脉弹性降低。Ganten等[1]还将MDCTA所测的主动脉弹性值通过公式转换为PWV动脉弹性值，结果显示该PWV动脉弹性值与以往文献报告的数值基本一致。Ganten等[1]的研究说明，虽然心电门控MDCTA技术是测量动脉弹性的新方法，但是这一方法具有比较强的可靠性。

本研究中，我们同样使用心电门控MDCTA技术，对心血管健康人群进行了颈动脉弹性成像。我们经过严格筛选，排除那些有颈动脉斑块和各种动脉粥样硬化危险因素的对象。结果显示：与低年龄组相比，高年龄组在ICA弹性明显降低，而且随着年龄增加，颈动脉弹性减低，两者具有线性相关性。本研究结果表明，颈动脉弹性可以反映动脉血管壁自然老化过程中病理生理的细微改变。以往对于灵长类动物研究显示，随着年龄的增加，动脉血管壁会出现内膜和中膜增厚、平滑肌细胞增生、胶原纤维含量的增加、内皮功能损伤等，这些细微的变化将导致动脉壁变硬、弹性减低[17]。虽然总体上颈动脉弹性存在随着年龄增加而下降的趋势，但是不同解剖部位下降的程度和速度可能存在差异。本研究显示，相对于颈动脉球部和颈总动脉，颈内动脉弹性下降更为明显，这可能与颈动脉分叉处特殊的血流动力学有关。Xue等[18]研究发现，相对于其他解剖部位，颈内动脉受到的管壁剪切应力更低，这或许会导致在动脉自老化过程中，颈内动脉更容易发生血管内皮功能损伤、内中膜增厚、平滑肌细胞增生等变化，从而使弹性减低更为明显。

本研究还对心电门控MDCTA颈动脉弹性成像的辐射剂量进行了分析。由于颈动脉MDCTA扫描范围包括甲状腺区域，可能会增加甲状腺癌发生的风险，因此颈动脉MDCTA必须考虑到辐射剂量的控制。为了获得多时相重建图像，我们使用了回顾性心电门控MDCTA扫描方法。相对于前瞻性心电门控MDCTA或常规螺旋扫描方法，回顾性心电门控MDCTA辐射剂量通常较高[19]。然而值得注意的是，辐射剂量同时受多种因素影响，如管电压、管电流和扫描范围。在本研究中，使用固定的管电压（120 kV）和管电流（300 mAs），平均辐射剂量为2.4 mSv，而在另一个有关颈动脉MDCTA的研究中，管电压固定为140 kV，自动管电流，辐射剂量为3.8 mSv[20]。由于本研究中临床诊断的需要，扫描范围包括了颅底和整个颈部，如果仅仅是测量颈动脉弹性，范围只覆盖颈动脉分叉段即可，辐射剂量还会明显降低。

[1] Ganten M, Krautter U, Hosch W, et al. Age related changes of human aortic distensibility:evaluation with ECG-gated CT. Eur Radiol, 2007, 17(3): 701-708.

[2] Seibert JA, Boone JM, Wootton-Gorges SL, et al. Dose is not always what it seems:where very misleading values can result from volume CT dose index and dose length product. J Am Coll Radiol, 2014, 11(3): 233-237.

[3] 于薇, 张小洁, 王瑞, 等. 家族性高胆固醇血症纯合子患者冠状动脉及颈动脉血管病变的影像学分析——双源CT和高分辨MRI研究. 中国医学影像学杂志, 2010, 18(5): 461-465.

[4] Hameeteman K, Rozie S, Metz CT, et al. Automatic carotid artery distensibility measurements from CTA using nonrigid registration. Med Image Anal, 2013, 17(5): 515-524.

[5] van Sloten TT, Schram MT, van den Hurk KA, et al. Local stiffness of the carotid and femoral artery is associated with incident cardiovascular events and all-cause mortality the hoorn study. J Am Coll Cardiol, 2014, 63(17): 1739-1747.

[6] Selwaness M, Van den Bouwhuijsen Q, Mattace-Raso F, et al. Arterial stiffness is associated with carotid intraplaque hemorrhage in the general population: the Rotterdam study. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2014, 34(4): 927-932.

[7] Ferreira I, Van de Laar RJ, Prins MH, et al. Carotid stiffness in young adults: a life-course analysis of its early determinants the Amsterdam growth and health longitudinal study. Hypertension, 2012, 59(1): 54-61.

[8] Saiki H, Kurishima C, Masutani S, et al. Cerebral circulation in patients with fontan circulation: assessment by carotid arterial wave intensity and stiffness. Ann Thorac Surg, 2014, 97(4): 1394-1399.

[9] Rogowicz-Frontczak A, Araszkiewicz A, Pilacinski S, et al. Carotid Intima-Media thickness and arterial stiffness in type 1diabetic patients are dependent on age and mean blood pressure. Exp Clin Endocrinol Diabetes, 2011, 119(5): 281-285.

[10] Lin HF, Liu CK, Liao YC, et al. The risk of the metabolic syndrome on carotid thickness and stiffness: Sex and age specifc effects. Atherosclerosis, 2010, 210(1): 155-159.

[11] Cieślik-Guerra UI, Kamiński M, Kurpesa M. Correlations of pulse wave velocity with augmentation index and ambulatory arterial stiffness index in the population of patients after acute coronary syndrome. Preliminary results of the FOREVER study. Pol Arch Med Wewn, 2013, 123(6): 327-329.

[12] 涂滨, 梁峭嵘, 杨延斌, 等. 高血压病患者颈动脉弹性功能与脉压差相关性研究. 中国医学影像学杂志, 2011, 19(7): 530-534.

[13] Cinarka H, Kayhan S, Gumus A, et al. Arterial stiffness measured via carotid femoral pulse wave velocity is associated with disease severity in COPD. Respir Care, 2014, 59(2): 274-280.

[14] Christensen JT, Lu JC, Donohue J, et al. Relation of aortic stiffness and strain by cardiovascular magnetic resonance imaging to age in repaired tetralogy of fallot. Am J Cardiol, 2014, 113(6): 1031-1035.

[15] Duivenvoorden R, Vanbavel E, de Groot E. Endothelial shear stress: a critical determinant of arterial remodeling and arterial stiffness in Humans-a carotid 3.0-T MRI study. Circ Cardiovasc Imaging, 2010, 3(5):578-585.

[16] Laurent S, Cockcroft J, Van Bortel L, et al. Expert consensus document on arterial stiffness: methodological issues and clinical applications. Eur Heart J, 2006, 27(21): 2588-2605.

[17] Chen LY, Schussler S, Gong LL, et al. Increased carotid Intima-Media thickness and arterial stiffness are associated with lone atrial fibrillation. Int J Cardiol, 2011, 124(21, S): 3132-3134.

[18] Xue Y, Gao P, Lin Yan, et al. Preliminary study of hemodynamics in human carotid bifurcation by computational fluid dynamics combined with magnetic resonance angiography. Acta radiol, 2007, 48(7): 788-797.

[19] Schernthaner RE, Stadler A, Beitzke D, et al. Dose modulated retrospective ECG-gated versus non-gated 64-row CT angiography of the aorta at the same radiation dose:comparison of motion artifacts,diagnostic confdence and signal-to-noiseratios. Eur J Radiol, 2012, 81(4): e585-590.

[20] Mnyusiwalla A, Aviv RI, Symons SP. Radiation dose from multidetector row CT imaging for acute stroke. Neuroradiology, 2009, 51(10): 635-640.

（本文编辑冯婕）

Electrocardiogram-gated Multi-detector CT Angiography in the Evaluation of Age-related Carotid Artery Elasticity

PurposeTo evaluate the correlation between carotid elasticity and age using electrocardiogram (ECG)-gated multi-detector CT angiography (MDCTA).Materials and MethodsECG-gated multiple phases MDCTA was performed on 34 vascular health subjects. Cross-section of the internal carotid artery (ICA), carotid bulb (CB) and common carotid artery (CCA) were measured at different phases. Carotid elasticity at ICA (EICA), CB (ECB) and CCA (ECCA) was calculated based on the carotid cross-sectional area changes and pulse pressure (PP).ResultsThe EICA, ECB and ECCA showed signifcantly negative linear correlation with age (r=－0.73, －0.74 and －0.64, P＜0.01).ConclusionThe ECG-gated MDCTA is a novel method to evaluate carotid elasticity quantitatively and reliably. Carotid elasticity decreases with aging in vascular health population.

Tomography, spiral computed; Angiography; Carotid arteries; Elasticity; Age factors

海军总医院医学影像科北京 100048

王庆军

Department of Medical Imaging, Navy General Hospital, Beijing 100048, China

Address Correspondence to: WANG Qingjun

E-mail: wangqingjun77@163.com

R445.3；R543.1

2014-05-15

修回日期：2014-10-16

中国医学影像学杂志

2014年第22卷第11期：801-804，810

Chinese Journal of Medical Imaging