雾化吸入威视派克对提高大鼠肺组织分辨率的实验研究

陈莹莹，陈小娟，黄绥丹，刘韵，陈淮

（广州医科大学附属第二医院放射科，广州 510260）

随着CT 的快速发展，高分辨率CT 为肺部疾病的诊疗提供了非常重要的价值。尽管高分辨率螺旋CT和螺旋CT图像后处理能够很好地显示支气管树，但它们对细支气管分辨度不够，不利于小气道的细微结构显示［1］，尤其是有慢性炎症的小气道。然而，呼吸系统常见疾病如COPD、哮喘等早期改变主要以小气道病变为主［2］，故如何更有效地提高胸部CT分辨率，使肺组织及小气道管壁可视化对这些疾病的早期诊断至关重要。有文献［3］表明：相比常规注射对比剂，雾化吸入对比剂可以改善成像的分辨率，可更准确地诊断肺部疾病，甚至可使最小的气道成像成为可能。根据Bailey 等［4］、EI-Gendy 等［5］研究，纳米颗粒组装成空气动力学直径约1～5 μm颗粒可高效输送至肺部，可达到肺泡。据我们所知，目前尚未发现经雾化吸入威视派克（VSP）对提高肺组织分辨率的相关实验研究。本实验旨在研究经雾化吸入VSP 对于提高肺组织分辨率及气道显像的可行性。

1 材料与方法

1.1 材料

选用5 只SPF 级雄性SD 大鼠5 只，体重90～100 g，购自广东省实验动物中心，许可证号：SCXK（粤）2018-0002。CT扫描装置：Siemens definition AS+128多层螺旋CT 扫描仪；压缩式雾化器：根据呼吸治疗设备欧洲标准EN13544-1：2007+A1：2009 测定喷雾粒子直径MMD5.5 μm以下；VSP：320 mgI/ml 50 ml，由GE Healthcare Ireland Limited 企业生产；生理盐水；戊巴比妥钠；1 ml 注射器；3 ml 注射器；100 μl 移液器；电子天平；固定装置。

1.2 实验方法

实验选用5 只SPF 级SD 大鼠，体重范围90～100 g，实验前12 h 对大鼠进行禁食，不禁水；实验当天将大鼠分为两组，空白组1只，实验组4只。

不同VSP320给药剂量的配置：对照组：生理盐水2 ml；实验组：0.1 ml/kg VSP320、0.3 ml/kg VSP320、0.5 ml/kg VSP320、0.7 ml/kg VSP320。

腹腔注射戊巴比妥钠麻醉大鼠，注射剂量为30 mg/kg（注：此剂量下大鼠麻醉时间约为90 min，大鼠苏醒后按照上述剂量的一半进行追加）。CT扫描：大鼠麻醉完毕时，即进行CT扫描，用作baseline。扫描方式：将大鼠以仰卧位放置于检查床并固定四肢，头先进，扫描范围从肺尖至膈角；CT 扫描参数：80 kV，50 mAs，Pith：0.5，FOV：100。见图1。

图1 大鼠扫描定位

雾化吸入药物：麻醉后大鼠仰卧，呼吸面罩对准大鼠头部，出气孔对准大鼠鼻部，将提前配好的对应溶液充分混匀加入雾化器中，5～10 min 将液体全部雾化完毕雾化吸入结束后0、30、60、90、120、150、180 min同一方案进行扫描。采集数据：将原始图像导入Lung Kit软件，对图像进行裁剪，获取肺部图像，随后对进行数据预处理，其中，图像重采样所使用方法为最近邻插值法，参数设置为：X-Spacing，0.195，Y-Spacing，0.195，Z-Spacing，0.195。然后，对预处理的图像进行组织分割，获得气道和肺部组织结构示意图。见图2。因为软件本身模型训练使用的是人的肺部组织，而实验的数据来源为大鼠，并不是十分匹配，因此并未将大鼠的具体肺叶分割出来。最终是将整个肺组织的平均CT 值作为结果进行后续分析。

图2 大鼠肺部示意图

1.3 观察指标

比较不同时间点的双侧肺组织CT 值及气道重建影像，分析最佳给药剂量以及最佳图像采集时间。

2 结果

对照组大鼠雾化吸入生理盐水之前与其吸入生理盐水之后不同时间的肺组织密度变化不明显，其肺组织CT 值变化率仅2.09%。实验组大鼠吸入不同剂量VSP 后，虽然视觉上肺组织密度未见明显变化，但是定量分析测定其肺组织CT 值均较吸入VSP之前有所提高，且随着VSP剂量的升高，肺组织CT 值变化越明显，以实验组4 变化最明显，高达17.96%，见图3。另外，雾化吸入不同剂量VSP 后，实验组1、2、3 大鼠肺组织CT 值基本于120 min 达高峰，而实验组4 肺组织CT 于150 min 达高峰。见表1、图4。

表1 各组大鼠雾化吸入VSP肺组织CT值变化

图3 雾化吸入VSP前后冠位CT

图4 不同剂量各时间点CT值

大鼠雾化吸入生理盐水或不同剂量VSP 前后CT三维气道重建结果显示：对照组在雾化吸入生理盐水前后气道显像情况无明显差别；实验组1、实验组2、实验组3 在雾化吸入VSP 后，气道显像情况较之前佳，并随着时间的延长，气道显影情况愈佳，最佳显像时间是180 min，目前能显示至第三级气管分支；实验组4气道显影情况较雾化吸入VSP 之前差，且随着时间的延长，其显影情况愈差。另外，雾化吸入不同浓度的VSP 混悬液对气道显像影响也不同，剂量为0.3 ml/kg VSP、0.5 ml/kg VSP 气道显像随着时间的延长较剂量为0.7 ml/kg VSP气道显像情况更佳。见图5。

图5 大鼠CT三维气道重建影像

3 讨论

CT 检查技术具有较高的密度分辨率及空间分辨率，对于充满气体的肺部组织而言，是最佳的影像学检查，并且相比于MRI、PET/CT 成像技术，CT成像更准确、省时、便宜，但CT对于小气道的显示仍然欠佳，目前高分辨率CT 只能对5 级以上支气管显示，对于直径小于2 mm 的小气道显示欠佳［6］。因此，寻找一种既能保持CT 成像优势，又能提高小气道的显示及肺部微小密度改变的定量成像方法是解决这一问题的关键。肺部CT 密度定量成像方法已经在人的肺部情况做了许多研究并显示该方法的准确性［7］，本实验将CT 密度成像定量方法用于大鼠的肺组织密度分析，得到的是准确的定量参数，在很大程度上减少了实验的误差。

有研究表明，气雾剂在呼吸道内沉积的位置在很大程度上取决于气雾剂的空气动力学直径，6 μm以上的雾粒主要分布在大气道内，2～6 μm的雾粒可进入细支气管，小于2 μm 的雾粒可达肺泡，可获得最佳的全身给药剂量，0.5 μm 以下随呼吸排出［8-9］。本实验所用的压缩式雾化器产生的喷雾粒子直径为5.5 μm以下，理论上雾粒可达细支气管以远。

选择雾化剂对于实验的可行性有较大影响，本实验选择威视派克（VSP）的主要原因是：VSP 成分碘克沙醇，是一种新型的、非离子型的等渗X线对比剂，相比低渗或高渗对比剂，其具有低毒性和高生物耐性，并且产生不良反应相对较少［10-11］。Ueha等［12］、Siddiqui 等［13］的研究揭示吸入非离子对比剂不会引起肺部明显的组织学改变或炎性细胞因子和纤维化相关基因的表达，即不会引起肺部任何明显的炎症反应，且基本不会引起肺水肿。因此我们选择VSP 作为本实验的雾化吸入的对比剂。传统的肺部CT增强检查是经静脉注入对比剂，对比剂经血液循环后才到达肺部，该种方法会使得定位在肺部的对比剂主要在血管及毛细血管内，肺泡及小气道剂量远远不足［14］，且易出现对比剂外渗、对比剂肾病等风险，易造成不必要的血管和组织显影而影响图片的质量和阅片效率［15-16］。本研究中，为了减少血液循环对对比剂清除率，同时使输送至肺部的对比剂浓度最大化，采取经雾化吸入VSP 的方式以将对比剂直接浓缩至小气道及肺泡，达到增强的目的。据我们所知，这是首次使用CT技术研究经雾化吸入VSP 对肺组织分辨率及气道显像的影响的研究。

本实验结果显示，对照组在雾化吸入生理盐水前后肺组织密度无明显变化，而实验组雾化吸入VSP 后，肺组织CT 值逐渐升高，且随着VSP 剂量的增加，肺组织CT 值变化越明显；实验组雾化吸入VSP 后，重建CT 图像中气管和支气管清晰可见，随着时间的延长，细支气管也逐渐可视化，本实验目前能显示至大鼠第三级气管及其分支。以上结果的出现可能与对比剂从中央气道清除并进一步沉积在肺泡周围有关，这与Aillon 等人的研究结果一致［14］。本研究实验组大鼠在雾化吸入VSP 后，大部分肺组织CT 值于120 min 达高峰，但是实验4 肺组织CT值于150 min才达高峰，且其气道显像差，这可能是由于随着对比剂浓度的升高，溶液的粘稠度度增大，可能会附着在气管、支气管黏膜表面，难以到达远端支气管；另外，本实验样本量较少，可能存在偶然性结果，因此，后续实验我们需要增大样本量数量，提高实验结果的可信度。前人研究表示不同动物对雾化吸入对比剂的清除时间不同，这与肺血流量及肺泡巨噬细胞的摄取率有关，对比剂雾化颗粒清除时间于大鼠可达数小时［17-18］。综上所述，经雾化吸入VSP 对提高小气道及肺组织分辨率的方法是可行的，并且雾化吸入0.5 ml/kg VSP 后120 min是目前最佳的显像条件。

在CT 扫描技术中，增强CT 图像两相邻组织间的对比度可通过调整及优化成像方法相关的物理参数而实现，如调整X线剂量或噪声大小，但现实中更常用的方法是通过静脉注射对比剂进一步增加不同组织之间对比度的差异，从而更好地显示感兴趣区。本研究通过雾化吸入对比剂的方式将对比剂浓缩至肺部以达到增强目的，且证明了雾化吸入对比剂之后，肺组织CT 值增高，这表明该种方式可降低肺部增强所需对比剂剂量同时，无疑也提高了正常肺组织及肺部病变之间对比度而更加利于肺部组织疾病的检出。另外，当存在小气道阻塞等情况时，阻塞相应部位肺组织分布的对比剂量较少，其CT值较正常肺组织降低，因此雾化吸入对比剂理论上也可检测小气道疾病。

本实验仍有一定的局限性：一是每组实验动物数量较少，可能会产生偶然性的结果及误差；二是没有测定雾化颗粒的空气动力学粒径分布，无法得到对于本实验最佳的雾化颗粒直径；三是未对雾化吸入VSP 后大鼠肺组织进行病理学研究，故其安全性只能参考前人研究。尽管存在这些局限性，本实验证明了经雾化吸入VSP 对于提高大鼠肺组织分辨率及小气道显像的方法是可行的，并且得出了最佳的显像条件。另外，雾化吸入对比剂还为影像学检查提供了一种非侵入性的手段，将对比剂浓缩在肺部，以提高肺部对比度，更有利于肺部疾病的检出。