实验用猕猴颈部骨骼和血管的影像学及血流动力学分析

凌泽莎，周志明，郑晓，江园，贾功伟，虞乐华

（重庆医科大学 第二附属医院：康复科1，影像科2，超声科3，重庆 400010）

研究报告

实验用猕猴颈部骨骼和血管的影像学及血流动力学分析

凌泽莎1，周志明2，郑晓3，江园1，贾功伟1，虞乐华1

（重庆医科大学 第二附属医院：康复科1，影像科2，超声科3，重庆 400010）

目的为以猕猴为实验对象的基础研究提供有价值的颈部影像学资料。方法选择实验猕猴6只，雌雄各半，年龄3～5岁，体重3.5～5 kg，给予全身麻醉后行颈部CT血管扫描试验，采用平扫及增强扫描技术，进行容积数据采集，获取正常猕猴颈部CT横断面影像。并在横断位图像中测量C6横突孔入口处左右两侧椎动脉直径、C2-C6横突孔的横径、矢状径。彩色多普勒超声对健康猕猴颈总动脉（CCA）、颈内动脉（ICA）、颈外动脉（ECA）、椎动脉（VA）的收缩期峰值血流速度（PSV）、舒张期峰值血流速度（EDV）及血管内径（D）进行分析。结果螺旋CT三维重建显示：①猕猴椎动脉经C6横突孔入颈椎，C2横突孔出颈椎，并有钩椎关节的存在，猕猴椎动脉的走行与人极其相似；②猕猴左侧椎动脉直径为（1.89±0.44）mm，右侧椎动脉直径为（1.72±0.39）mm，双侧椎动脉直径比较无统计差异（P＞0.05），同一节段双侧的横突孔测量指标比较无统计学差异（P＞0.05）与人相似。彩色多普勒超声检测颈部血管提示：猕猴左右两侧的颈总动脉收缩期峰值血流速度（CCA-PSV）、舒张期峰值血流速度（CCA-EDV），颈内动脉收缩期峰值血流速度（ICA-PSV）、舒张期峰值血流速度（ICA-EDV），颈外动脉的收缩期峰值血流速度（ECA-PSV），椎动脉收缩期峰值血流速度（VA-PSV）的差异有统计学意义。颈部左侧动脉是猕猴的优势动脉。结论获得了实验用猕猴颈部骨骼及血管的影像学资料，血流动力参数及血管内径的测值，为以猕猴为实验对象的科学研究提供一些有价值的基础资料。

猕猴；椎动脉；CT血管成像；超声；血流动力学；

猕猴与人类都属灵长类，它的生理结构和生存条件与人类十分相似，猕猴有94%的基因与人类相同。相对于以鼠、兔为实验对象的科学研究，以猕猴为实验对象的研究结果具备更高的可信度。因此猕猴一直都是多种科学研究中比较理想的实验研究对象［1ˉ2］。由于猕猴稀少、饲养困难、价格昂贵等原因，使得猕猴用于实体解剖来研究其各组织、器官的功能形态的数量就相对较少，尤其是颈部的骨骼结构、血管走行、血流动力学的研究资料相对缺乏。目前通过活体解剖实验动物以了解局部组织器官的形态结构，不仅对实验动物创伤大，而且不能全面、重复地去观察研究对象的整体三维结构，仅能在有限的时段里观察到三维解剖结构的某一个侧面。因此，本研究应用三维CT血管造影技术（three-dimensional CT angiographic imaging，3D-CTA）在CT扫描的基础上，运用CT的后处理重建技术，重建猕猴颈部骨骼、血管的三维影像使其达到一定的立体效果，测量椎动脉与相应横突孔的直径大小。通过高频超声以无创的方法获得猕猴颈部血管的血流动力学相关资料，以丰富实验猕猴的生物学特性数据库，为猕猴相关的科学研究及疾病诊断提供一些有价值的影像学参考资料。

1 材料与方法

1.1 研究对象

普通级实验猕猴，6只，年龄3～5岁，雌雄各半，体重3.5～5 kg，购于重庆硕斯灵长类动物研究有限公司［SCXK（渝）2013-050］。由重庆医科大学动物实验中心［SYXK（渝）2007-0001］饲养，喂养的主食为全价营养膨化饲料和青稞饲料，每天定时定量的喂食，自由饮水，笼内饲养，每天光照12 h，动物房温度为20～24℃，相对湿度为45%～50%，实验前一周不再喂养含钙质添加剂的饲料。经过外观、心率、呼吸、体温、生化、血液常规等相关检查均到达国家普通级实验猴质量标准检测要求。

1.2 仪器和试剂

320-CT（东芝 Aquilion one），百胜Esaote彩色超声诊断仪（探头频率7.5-10 MHz），试验对比剂：碘普罗胺注射液（浓度370 mg I/mL，优维显，拜耳公司），高压注射器（双筒高压注射器Ulrich，德国），均由重庆医科大学附属第二医院影像科提供。陆眠宁II（吉林畜牧责任有限公司），硫酸阿托品（苏州海博生物技术有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 颈部骨骼、血管CT扫描

实验前要求猕猴禁食至少12 h，CT扫描前后及过程中需监测猕猴的心率、呼吸、血压。在CT扫描开始前，先通过对猕猴肌内注射陆眠宁（0.1 mL/ kg）及硫酸阿托品（0.02 mg/kg）进行全身麻醉。在猕猴麻醉后，取头前尾后仰卧位于CT诊断床上，胸部正中矢状面垂直于扫描床平面并与床面长轴的中线重合。检查前在猕猴右肘前静脉内留置针，以Ulrich高压注射器经留置针注射对比剂1.5 mL/kg，速率：2.5～3.5（mL/s）。用头颈部CTA智能触发追踪程序，ROI置于主动脉弓水平，触发阈值设定为125 Hu。自主动脉弓下缘至颅顶部，头颈部平扫后行CTA扫描。扫描参数为：120 kV，250 mA，螺距0.984，重建FOV：350 mm，矩阵512×512，扫描转速0.5 s/r，采集层厚0.5 mm，重建间隔0.5 mm。将收集的猕猴颈部CT原始图像数据导入副台工作站及Vitrea fx后处理工作站进行图像重建，扫描获得的原始容积数据运用图像后处理技术进行三维图像重组。处理方法有最大密度投影（MIP）、多平面重建（MPR）、容积再现（VR）等相关重建技术的综合应用并结合开始轴位图像以提供准确的空间定位，运用编辑功能对原始图进行剪切，分别提取猕猴的CCA、ECA、ICA、VA和颈椎三维重建目标结构。获得CTA影像后，利用后处理功能将所需测量的横突孔旋转至完整、对称的最佳位置进行测量，在C2-C6椎体中段的横断位像中，用骨窗条件测量左右横突孔横径及矢状径，VA直径。VA直径的测量在入C6横突孔处，测量后取平均值作为测量所得数据。

1.3.2 颈部血管超声检查诊断仪，探头频率7.5～10 MHz进行监测，每组数值重复测量三次以确保其准确性。

1.4 统计学分析

2 结果

猕猴按前述全身麻醉后，平卧于检查床上，用脱毛剂，脱掉颈部猴毛。颈下垫枕，头略向后仰，偏向检查的对侧，充分暴露颈部。探测时将超声探头置于猕猴颈部胸锁乳头肌前缘，从锁骨上窝CCA起始处开始，纵横切面扫查，经CCA分叉至ICA入颅显示不清为止。二维切面声像图观察血管解剖结构、走行情况、管腔内情况并测量血管管径，CCA分叉的高度、ICA与ECA起始段的位置关系。彩色多普勒观察整个管腔的血流动力学情况。脉冲多普勒取样观测猕猴颈部血管的血流参数：PSV和EDV，声束方向与血管走行夹角＜60°并校正。由一名经过专门培训的临床超声医师用百胜Esaote彩色超声

2.1 颈部骨骼、血管CT扫描

通过计算机三维重建得到了猕猴颈部动脉血管的数字图像，可以清晰完整地从不同角度去观察猕猴颈部动脉的起始及其在颈椎内的行程走向，重建的三维结构可以多彩色、以透明或任意组合显示。本实验获得了实验猕猴活体颈椎结构CT连续断层图像数据集：猕猴的颈椎骨均由前方圆柱形的椎体和后方板状的椎弓组成，椎弓发出1个棘突、1对横突和2对关节突共7个隆起。椎弓及其发出的隆起统称为附件，并且有钩椎关节的存在。猕猴第一颈椎（寰椎）由前弓、后弓和两个侧块组成，第二颈椎（枢椎）的椎体向头侧伸出齿突叉。颈椎的横突有孔，孔内有椎动脉走形。（见图1-B）。

注：A.猕猴颈部去骨性结构的血管三维重建：1.椎动脉起始段；2.椎动脉椎骨段；3.椎动脉枕段；4.椎动脉颅内段；5.基底动脉；6.颈内动脉颈段；7.颈内动脉岩段。B.猕猴颈部血管及椎体侧位三维重建。C.猕猴颈部有骨性结构的血管三维重建：8.钩椎关节。图1 猕猴颈部血管及颈椎体的三维图像Note.A.Three-dimensional image of cervical artery in amacaque：1.The beginning segmentof vertebral artery，2.Vertebral segment artery，3.Occipital segmentof vertebral artery，4 Intracranial segmentof vertebral artery，5.Vertebrobasilar artery，6.Cervical segmentof internal carotid artery，7.Intrapetrous segment of carotid artery.B.Three-dimensional image of cervical artery and vertebral body of amacaque. C.Three-dimensional image of cervical vertebral body of amacaque：8.Uncovertebral jointFig.1 Three-dimensional images of cervical artery and vertebral body of themacaques

从重建图像中精选具有解剖意义的图像，观察到猕猴颈部大血管系统的起始、走行特点在三维CTA影像上主要体现为：①猕猴的主动脉弓发出两条分支动脉血管，右侧的分支动脉血管较粗称为共干，其进一步又分为左颈总动脉和无名动脉（或称头臂干）（见图1-A），左侧的分支较小称左锁骨下动脉，左侧椎动脉就起源于左锁骨下动脉（见图1-C）。无名动脉在气管的前方斜向右上，在右胸锁关节的后方处分为右颈总动脉和右锁骨下动脉，右锁骨下动脉在进一步分支发出右侧椎动脉（见图1-A）。②猕猴颈总动脉在C2-C3处分为颈内动脉和颈外动脉。（3）猕猴椎动脉起自锁骨下动脉，经C6横突孔入颈椎，在解剖上也可将椎动脉分为4部分（见图1-A、C）：横突前段（V1）段：从起始于锁骨下动脉到入C6横突孔时的一段；横突段（V2）：从颈6横突孔至C2横突孔之间的一段，是VA中行程最长的一段；枕下段（V3）：从枢椎横突孔下口至寰椎椎动脉沟内的一段；颅内段（V4）：从VA穿过枕骨大孔起，到VA进入颅内与对侧的VA合成基底动脉。

通过CT扫描所得猕猴颈部C2-C6横突孔的测量指标结果（见表1、2）经统计分析，发现猕猴同一节段右侧与左侧横突孔的测量指标比较无统计学意义（P＞0.05），颈椎横突孔横径最大值为（2.72± 0.69）mm，最小值（2.22±0.55）mm；颈椎横突孔矢状径最大值为（2.89±0.74）mm，最小值为（2.39± 0.59）mm。左右两侧横突孔内椎动脉直径检测结果：左侧椎动脉直径为（1.89±0.44）mm，右侧椎动脉直径为（1.72±0.39）mm，双侧椎动脉比较差异无显著性（P＞0.05）。

表1 横突孔横径（±s，mm）Tab.1 Transverse diameter of the transverse foramen

表1 横突孔横径（±s，mm）Tab.1 Transverse diameter of the transverse foramen

注：同一节段双侧横突孔比较，P＞0.05。Note.Comparison of the left and right transverse foramen of the same segment，P＞0.05.

?

表2 横突孔矢状径（±s，mm）Tab.2 The sagittal diameter of transverse foramen

表2 横突孔矢状径（±s，mm）Tab.2 The sagittal diameter of transverse foramen

注：同一节段双侧横突孔比较，P＞0.05。Note.Comparison of the left and right transverse foramina of the same segment，P＞0.05.

?

2.2 颈部血管超声检查

彩色多普勒超声对健康猕猴颈总动脉（CCA）、颈内动脉（ICA）、颈外动脉（ECA）、椎动脉（VA）的收缩期峰值血流速度（PSV）、舒张期峰值血流速度（EDV）及血管内径（D）进行检测并比较分析所示（见图2及表3）：猕猴左右两侧的颈总动脉收缩期峰值血流速度（CCA-PSV）、舒张期峰值血流速度（CCA-EDV），颈内动脉收缩期峰值血流速度（ICAPSV）、动脉舒张期峰值血流速度（ICA-EDV），颈外动脉的收缩期峰值血流速度（ECA-PSV），椎动脉收缩期峰值血流速度（VA-PSV）的差异均具有显著的统计学意义（P＜0.05）。左右两侧颈外动脉舒张期峰值血流速度（ECA-EDV）、颈总动脉血管内经（CCA-D）、颈内动脉血管内径（ICA-D）、颈外动脉血管内径（ECA-D）、椎动脉血管内径（L-VA-D）的差异无显著性（P＞0.05）。通过超声检测猕猴颈部血管管径和健康成人比较发现其血管内径要比人的纤细［3］，猕猴颈部左侧动脉是优势动脉。

表3 猕猴颈部大血管血流学指标检测Tab.3 Detection of hemodynamic indexes of themacaque cervical arteries

3 讨论

通过对疾病病因及发病机制的探讨，可以起到对疾病预防和治疗方法的改进作用。许多研究都需要在适当的动物模型上进行［4ˉ5］。一个理想的动物模型应该在形态学、组织学、生物力学和运动学的特性上与人体相近。灵长类动物猕猴（恒河猴）被认为是与人类最接近的动物。因此，在生命科学各个领域的实验研究过程中常用作人类的最佳“替身”［6ˉ8］。猕猴与人类亲缘关系密切，因此它的生理、代谢功能及组织结构等方面都与人类相似。但是，目前对猕猴本身的解剖研究还存有诸多的不足，对它的解剖学研究还停留在大体解剖的水平［9ˉ10］。活体解剖所获得的局部组织器官形态结构的二维图谱不能全面地把握整体的三维结构仅能观察到三维解剖结构的某一个侧面，并且对实验动物创伤巨大。

三维CT血管造影技术（3D-CTA）是一种微创、快速且能提供高质量图像的检查手段，创伤较小、操作简单，能沿血管的最大径进行重建，显示血管的全过程，同时可以观察与周围骨性结构的解剖关系［11］，这是DSA和MRA无法与其相比的优点之一［12］。另外螺旋CT三维重建可以随意选择各个扫描期相及层厚进行最大密度投影（MIP）及多平面重组（MPR）进一步显示细节能透明、多彩色及任意切割组合显示［13］，具有理想的三维可视化效果，尸体解剖难以达到这样的效果。320排CT又称320排动态容积CT，其诞生被称为医学影像领域发展史的一次革命，是当今唯一能够实现真正动态容积成像的CT。在获得器官解剖结构的同时还可以进行器官灌注和运动功能成像。仅用0.35 s就能完成一圈扫描，以0.5 mm层厚进行重建，在得到高质量的薄层横断图像的同时，还具有质量较高的3D或4D重组功能，亦可进行器官灌注和运动成像。此外，Vitrea FX工作站的强大功能亦为图像后处理奠定了良好基础，可以任意选择病变中心，根据诊断需要进行不同平面和角度的重组，获得高质量的三维重组图像。既往有范春梅等［7］学者利用螺旋CT观察猕猴头颈部骨性解剖结构和利用265层螺旋CT三维重建观察猕猴腹部及盆腔大血管［15］，因此，三维重建技术也对传统解剖学起到了良好补充和传承的作用。

目前利用CT对猕猴组织器官的研究还不多，主要是集中在脑、肺、胃等器官组织及疾病的相关研究［12，13］。尽管对于颈椎形态学测量的研究可通过X线片、MRI等影像学检查进行，然而CT测量的结果更真实，可作为实际值应用［14，15］。本研究通过320-CT扫描研究猕猴颈部血管解剖走行及与周围骨性结构的关系，发现猕猴颈部血管解剖走行及椎体与人的颈部解剖极其相似，但也存在一些差异：①一般情况下人的主动脉弓发出三条分支动脉，依次为头臂干、左颈总动脉和左锁骨下动脉，而猕猴的主动脉弓发出两条分支，依次为共干，左锁骨下动脉；②人类颈总动脉在C3-C4处分支为颈内动脉和颈外动脉，猕猴颈总动脉分支为颈内动脉和颈外动脉的位置在C2-C3；③猕猴颈椎骨的基本组成与人相同，形态略有差异。人的颈椎棘突分叉，猕猴的颈椎棘突未分叉。本研究应用CT对活体实验猕猴横突孔及椎动脉直径进行测量，在CT横断面测量猕猴横突孔及椎动脉直径大小，我们发现尽管绝大多数的测量参数在不同横突孔之间有所不同，但左右两侧参数值在统计学上比较并无统计学差异，这一现象与人相似。所观察的猕猴椎动脉均经C6横突孔入颈椎，C2横突孔出颈椎，经枕骨大孔入颅腔，与大多数人类双侧椎动脉的走形相似［16］。此外，猕猴左右两侧椎动脉直径也无统计学差异。

我们还通过高频超声以无创的方法获得猕猴颈部血管的血流动力学相关资料，以丰富实验猕猴的生物学特性数据库。通过对猕猴颈总动脉（CCA）、颈内动脉（ICA）、颈外动脉（ECA）、椎动脉（VA）的收缩期峰值血流速度（PSV）、舒张期峰值血流速度（EDV）及血管内径（D）进行检测和分析发现其左侧血管是优势血管，而且猕猴颈部双侧血管直径均要比健康成人纤细。

本研究利用320CT三维血管重建技术联合高频超声检测获得健康实验猕猴颈部骨骼及血管的影像学资料，以及猕猴颈动脉血流动力参数及椎动脉血管内径的测值，为以猕猴做实验对象的科学研究提供一些有价值的基础资料。

［1］ Frey S，Pandya DN，Chakravarty MM，et al.An MRIbased averagemacaquemonkey stereotaxic atlas and space（MNImonkey space）［J］.Neuroimage，2011，55（4）：1435ˉ1442.

［2］ Maeda M，Takamatsu H，Furuichi Y et al.Characterization of a novel thrombotic middle cerebral artery occlusion model in monkeys that exhibits progressive hypoperfusion and robust cortical infarction［J］.JNeurosciMethods，2005，146（1）：106ˉ115.

［3］ 丁宝维，戴良，夏玉光，等.健康成人颈动脉和椎动脉颅外段的超声特征解剖学分析［J］.解剖学杂志，2012，35（5）：645ˉ648.

［4］ 戴芳，王丽，王涛，等.实验动物呼吸系统主要器官比较组织学研究［J］.中国比较医学杂志，2013，23（4）：11ˉ14.

［5］ 盛孙仁，王向阳，娄伟钢，等.小牛与人颈椎解剖结构的比较［J］.脊柱外科杂志，2009，7（1）：45ˉ47.

［6］ Tominaga T，Dickman CA，Sonntag VK，et al.Comparative anatomy of the baboon and the human cervical spine［J］.Spine 1995，20：131ˉ137.

［7］ 范春梅，李志雄，周建华.实验猕猴头颈部CT影像学观察［J］.畜禽业，2012，（4）：30ˉ32.

［8］ 范春梅，李志雄，周建华.实验猕猴全身CT影像学观察［J］.福建畜牧兽医，2012，34（2）：1ˉ3.

［9］ 张修塨，王亭，高甲科，等.计算机辅助三维CT重建椎动脉横突段的走行及解剖变异［J］.中国组织工程研究与临床康复，2011，15（9）：1619ˉ1622.

［10］ 茹选良，陈天国，郝毅，等.椎动脉三维CT血管成像的应用及临床意义［J］.中国脊柱脊髓杂志，2003，13（4）：224ˉ 226.

［11］ 胡罢生，张雪林，周锋，等.多层螺旋CT扫描三维重建后逐层显示解剖结构及临床意义［J］.中国临床解剖学杂志，2006，24（1）：47ˉ49.

［12］ 俞诗源，贾宗平，夏冰芝，等.川金丝猴脑的动脉供应［J］.兽类学报，2007，27（1）：80ˉ85.

［13］ 范春梅，李志雄，车敏.螺旋CT三维重建观察实验猕猴胸部大血管系统［J］.实验动物与比较医学，2012，32（3）：215ˉ217

［14］ 赵刘军，徐荣明，胡铁波，等.下颈椎椎动脉与横突孔大小及位置关系的影像学研究［J］.中国脊柱脊髓杂志，2010，20（6）：488ˉ493

［15］ Ebraheim NA，Reader D，Xu R.Location of the vertebral artery foramen on the anterior aspect of the lower cervical spine by computed tomography［J］.JSpinal Disorders Tech.1997，10（4）：304ˉ307.

［16］ 姜树军，李鸣皋.椎动脉结构与功能研究进展［J］.中华保健医学杂志志，2012，14（4）：326ˉ329.

M orphology and hemodynam ic analysis of vertebral arteries in rhesus macaques by 320-CT and color Doppler ultrasound

LING Ze-sha1，ZHOU Zhi-ming2，ZHENG Xiao3，JING Yuan1，JIA Gong-wei1，YU Le-hua1
（1.Department of Rehabilitation，2.Department of Medical Imaging，3.Department of Ultrasound，the Second Affiliated Hospital of Chongqing Medical university，Chongqing 400010，China

ObjectiveTo obtain imaging information of the cervical arteries and vertebral structure of rhesusmacaques and provide useful reference data formedical research works usingmacaques as animalmodels.M ethodsSix adultmacaques（3 males and 3 females）in age of3-5 years，body weight from 3.5 to 5 kg，were used to examine the neck by 320 row spiral CT imaging under general anesthesia，and three-dimensional reconstruction was performed to observe the vertebral artery morphology，and tomeasure the diameter of vertebral artery and the size of transverse foramen of themacaques.Color Doppler ultrasound was combined with 320-CT imaging to assess the blood flow velocity in carotid arteries. After CT scan tomake sure that the vertebral artery and cervical vertebra ofmacaques had no deformity，the size of transverse foramen and diameter of vertebral artery weremeasured in the cross-sectional images.Color Doppler ultrasound was used to analyze the peak systolic velocity（PSV），diastolic peak flow velocity（EDV）and the diameter（D）of common ca-rotid artery（CCA），internal carotid artery（ICA），external carotid artery（ECA），and vertebral artery（VA）of themacaques.ResultsThe 320-CT scan showed that in themonkeys，the vertebral artery enters the cervical spine through the intervertebral foramina at C6，and leaves the cervical spine at C2 level，and the cervical spine has Luschka joint，which is similar to the anatomic structure in humans.The diameter of leftand right vertebralarterieswas1.89±0.44 mm and 1.72 ±0.39 mm，respectively，with no significant difference between them in the same segment（P＞0.05），and the size of transverse foramen also had no significant difference in the same segment（P＞0.05）.Color Doppler ultrasound showed that the left and right side systolic peak velocity（PSV）and diastolic peak velocity（EDV）of CCA and ICA，the left and right side systolic peak velocity（PSV）of ECA and VA had statistically significant difference（P＜0.05），and the leftarteries were predominant in themacaques.ConclusionsIn this study we obtained some imaging information of vertebral arterymorphology and artery blood flow ofmacaques and these information may provide some useful basic data for further studies using rhesusmacaques as animalmodels.

Rhesusmacaque；Vertebral artery；Artery CT imaging；Color Doppler ultrasound；Hemodynamics

Q95-33

A

1005-4847（2015）05-0500-06

10.3969/j.issn.1005ˉ4847.2015.05.011

2015-04-17

重庆市卫生局项目（2010-1-20）；国家自然科学基金面上项目（81171859）。

凌泽莎（1987ˉ），女，研究生。Email：lzesha@163.com

虞乐华。Email：Yulehuadoc@aliyun.com.cn