Echotracking聯(lián)合microCT評價(jià)可降解支架植入后動(dòng)脈彈性改變

陳 莉譚晉韻元 峰王 涌裴 佳余 波袁廣銀張 俊王 怡

Echotracking聯(lián)合microCT評價(jià)可降解支架植入后動(dòng)脈彈性改變

陳 莉1譚晉韻1元 峰2王 涌1裴 佳2余 波3袁廣銀2張 俊3王 怡1

目的：通過建立可降解支架植入兔腹主動(dòng)脈模型，探討echotracking聯(lián)合mircoCT在支架降解過程中動(dòng)態(tài)觀察動(dòng)脈彈性改變的價(jià)值。方法：24只新西蘭大白兔于DSA下在其腹主動(dòng)脈隨機(jī)植入一枚可降解鎂合金支架（JDBM組，n=12）或鎳鈦合金支架（BMS組，n=12），分別于術(shù)前和植入術(shù)后即時(shí)、14天、30天、60天行echotracking獲得支架處血管硬化參數(shù)β，并在術(shù)后第14天、30天、60天取材行microCT評價(jià)支架降解情況。結(jié)果：①觀察期間支架無移位或斷裂，支架內(nèi)血流通暢。②MicroCT提示BMS支架無明顯變化，JDBM支架術(shù)后30天起已開始降解，觀察期間支架基本保持原始結(jié)構(gòu)，合金絲連續(xù)性完整。③術(shù)前及術(shù)后即時(shí)、第14天兩組間β值無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05），隨植入時(shí)間的增加，JDBM組β值逐漸減小，BMS組β值逐漸增大；術(shù)后30天時(shí)JDBM組明顯小于BMS組（P=0.036）；術(shù)后60天時(shí)BMS組β值因支架處管壁無明顯搏動(dòng)無法獲得。結(jié)論：Echotracking技術(shù)聯(lián)合mircoCT可用于評價(jià)可降解鎂合金支架植入后降解過程中血管彈性的改變情況。

可降解支架； Echotracking； MicroCT； 血管彈性

動(dòng)脈支架成形術(shù)是最常見的動(dòng)脈粥樣硬化性狹窄干預(yù)方法，創(chuàng)傷小，同時(shí)可有效的使閉塞的血管再通。從最早的裸支架（bare metal stents，BMS）到藥物洗脫支架（drug eluting stents，DES），再到目前最新的可降解支架（biodegradable stents，包括可降解聚合物支架及可降解金屬支架），都在努力保持血管通暢性的同時(shí)減少術(shù)后再狹窄及支架內(nèi)血栓的發(fā)生率[1-2]。金屬支架可破壞血管的彈力纖維層，導(dǎo)致炎癥的加重，是其引起支架內(nèi)再狹窄的重要原因之一[3]，可降解支架是否會(huì)引起類似的病理改變與支架材料的選擇、安全性等密切相關(guān)，也關(guān)系到可降解支架的臨床應(yīng)用。Echotracking技術(shù)已是一項(xiàng)比較成熟的評價(jià)血管彈性的超聲影像診斷技術(shù)[4]，而mircoCT則擅于評價(jià)支架結(jié)構(gòu)[5]。因此，本實(shí)驗(yàn)擬通過建立可降解支架植入動(dòng)物腹主動(dòng)脈模型，對比臨床常用的鎳鈦合金支架模型，結(jié)合DSA，探討echotracking聯(lián)合mircoCT在動(dòng)態(tài)觀察支架降解過程中動(dòng)脈彈性改變的價(jià)值。本實(shí)驗(yàn)采用的可降解支架為上海交通大學(xué)自主研發(fā)的鎂合金JDBM(Jiaoda bio-magnesium series，JDBM）生物可降解支架[6-9]。

方 法

1.實(shí)驗(yàn)材料

24只5～6月齡健康新西蘭大白兔（上海甲干生物科技有限公司），雌雄不限，平均體重2.98kg（2.4～3.4kg），隨機(jī)分為鎂合金支架組（JDBM組）和鎳鈦合金支架組（BMS組），每組各12只，經(jīng)股動(dòng)脈植入腹主動(dòng)脈支架，支架近端定位于腹主動(dòng)脈左腎動(dòng)脈開口下方一節(jié)椎體，支架釋放后復(fù)查腹主動(dòng)脈造影證實(shí)支架釋放成功，全程無狹窄、夾層或穿孔。本實(shí)驗(yàn)所用支架由上海交大輕合金精密成型國家工程研究中心提供，植入前均經(jīng)過激光切割、電化學(xué)拋光和滅菌處理，尺寸為3.0mm×12.0mm。

2.取材時(shí)間及超聲、血管造影隨訪

分別于術(shù)前、術(shù)后即時(shí)(D0)、術(shù)后14天(D14)、術(shù)后30天(D30)和術(shù)后60天(D60)對實(shí)驗(yàn)動(dòng)物行超聲及經(jīng)對側(cè)股動(dòng)脈腹主動(dòng)脈造影評估支架內(nèi)血流通暢性、有無血栓形成、有無支架內(nèi)再狹窄及支架段血管順應(yīng)性；超聲及造影檢查完成后進(jìn)行分批取材，取材時(shí)輕柔操作，注意保持支架段血管完整性。

3.血管彈性（echotracking）檢查

將兔子仰臥位固定于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，經(jīng)股動(dòng)脈獲得有創(chuàng)兔血壓；使用Aloka F 75超聲探測儀，高頻線陣探頭，機(jī)器內(nèi)置echotracking相關(guān)軟件，分別于術(shù)前、術(shù)后即時(shí)、術(shù)后14天、術(shù)后30天和術(shù)后60天對實(shí)驗(yàn)動(dòng)物腹主動(dòng)脈進(jìn)行檢測，獲取支架處腹主動(dòng)脈硬化參數(shù)β，每個(gè)數(shù)據(jù)測量三次取平均值：β= ln(Ps / Pd)/[(Ds-Dd)/Dd]。其中，Ps為收縮壓，Pd為舒張壓，Ds為動(dòng)脈最大徑，Dd為動(dòng)脈最小徑。

4.MircoCT檢查

術(shù)后第14天、第30天和第60天，在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物腹主動(dòng)脈取材，過量麻醉處死動(dòng)物，將含鎳鈦合金支架和JDBM支架的動(dòng)脈標(biāo)本置于10%甲醛固定24小時(shí)，利用活體顯微高分辨率MircoCT掃描儀（SkyScan 1176 scanner， Brucker， Belgium）掃描觀察。掃描條件：A組電壓65kV、電流380uA；B組電壓40kV、電流600uA，層厚9μm，相機(jī)像素大小12.41μm，旋轉(zhuǎn)角0.3°，共旋轉(zhuǎn)360°，掃描得到的圖像使用NRecon（版本號：1.6.9.18）軟件進(jìn)行三維重建。選取支架所在范圍為感興趣區(qū)域，鎳鈦合金支架及鎂合金支架體積（Object Volume， Obj.V）和表面積（Object Surface， Obj.S）的計(jì)算結(jié)果由CTAn（版本號：1.13.11.0+，64-bit）軟件自動(dòng)計(jì)算得出。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

計(jì)量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，兩組數(shù)據(jù)比較采用Mann-Whitney U檢驗(yàn)， P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。統(tǒng)計(jì)軟件為SPSS 20.0。

結(jié) 果

1.手術(shù)情況

24枚支架成功植入新西蘭大白兔腹主動(dòng)脈，所有動(dòng)物均存活到觀察終點(diǎn)。

2.支架情況

DSA顯示觀察期間支架無移位，如圖1所示，超聲及造影均顯示兩組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物支架內(nèi)血流通暢，無支架內(nèi)血栓、支架內(nèi)狹窄或閉塞等情況。

3.血管彈性檢查結(jié)果

表1 不同時(shí)間點(diǎn)的JDBM組及BMS組β值

圖1 支架情況。A. 鎳鈦合金支架（BMS支架）植入后DSA圖像；B. 超聲顯示BMS支架；C. 超聲顯示BMS支架內(nèi)血流通暢； D. JDBM 支架植入后DSA圖像； E. 超聲顯示JDBM支架；F. 超聲顯示JDBM支架內(nèi)血流通暢。

如圖2、3及表1，支架植入后，隨時(shí)間的增加，JDBM組支架處硬化參數(shù)β逐漸減小，而BMS支架組β逐漸增大；術(shù)前及植入后即時(shí)、第14天兩組間硬化參數(shù)β無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，術(shù)后第30天時(shí)兩組間β均值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.036）；術(shù)后60天時(shí)，因BMS組支架局部血管壁無明顯搏動(dòng)，β值無法獲得。

圖2 支架植入術(shù)后JDBM組及BMS組β值隨時(shí)間變化趨勢。

圖3 echotracking技術(shù)評價(jià)支架處血管彈性。A～E.為鎳鈦合金支架，F(xiàn)～J.JDBM支架；從左至右依次為術(shù)前、術(shù)后即時(shí)、術(shù)后14天、術(shù)后30天、術(shù)后60天。

圖4 MircoCT結(jié)果。上排為鎳鈦合金支架，下排為JDBM支架。A、E.取下的支架標(biāo)本X線圖像；B、F. 植入術(shù)后第14天時(shí)支架mircoCT橫斷面圖像；C、G.植入術(shù)后第30天時(shí)支架mircoCT橫斷面圖像；D、H.植入術(shù)后第60天時(shí)支架mircoCT橫斷面圖像。

4.MircoCT檢查結(jié)果

如圖4所示，支架植入兔腹主動(dòng)脈14天、30天和60天后的micoCT三維重構(gòu)圖顯示：BMS支架結(jié)構(gòu)無明顯變化。JDBM支架植入2個(gè)月內(nèi)，支架基本保持原始結(jié)構(gòu)，合金絲連續(xù)性完整；但30天后部分合金絲已開始發(fā)生降解，支架附近可見少量降解產(chǎn)物顆粒，根據(jù)軟件重構(gòu)計(jì)算得出JDBM組在植入后14天、30天和60天的Obj.V分別為3.87mm3、2.80mm3、2.15mm3，Obj.S分 別 為86.85mm2、70.06mm2、64.09mm2。

討 論

從20世紀(jì)80年代支架被應(yīng)用于治療心血管疾病開始，支架的結(jié)構(gòu)及材料始終處于不斷的發(fā)展中，無論永久性的BMS支架及DES支架如何改進(jìn)，始終有一些固有的缺點(diǎn)，包括支架部位再通延遲、聚合物高敏反應(yīng)、金屬過敏、支架斷裂及支架內(nèi)再狹窄及栓塞[1-2，10]。而可降解支架作為非永久性支架，具有一系列理論優(yōu)勢：完成徑向支撐動(dòng)脈管腔的任務(wù)后，在人體內(nèi)降解吸收，避免了永久性支架的長期不良效應(yīng)，無殘留物約束血管，使得血管的舒縮功能得以修復(fù)，也為將來血管再次狹窄時(shí)進(jìn)一步外科干預(yù)創(chuàng)造了條件[2]。但是，可降解支架的材料、體內(nèi)降解速度與支撐力間的協(xié)調(diào)、生物安全性等一系列問題還有待研究。大量關(guān)于永久性支架的研究證實(shí)，支架材料越細(xì)，則血管損傷越小，內(nèi)皮復(fù)原越快，再狹窄及血栓的風(fēng)險(xiǎn)越小；支架材料越厚，則植入體內(nèi)后的異物反應(yīng)越嚴(yán)重，使得局部血管炎性反應(yīng)加重[2]，同時(shí)，血管炎性反應(yīng)是局部內(nèi)膜增生的重要原因，可引起支架局部血管及周邊組織的纖維化[11]，從而影響支架處血管的彈性?？山到庵Ъ芤蚱洳牧系奶厥庑?，這一原則是否適用尚未可知，其對動(dòng)脈彈性的影響也尚無定論；關(guān)于可降解支架還有大量的研究需要進(jìn)一步開展，其中，其對血管彈性的影響也是重要的研究方向。

上海交通大學(xué)開發(fā)的JDBM支架是一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的可降解鎂合金金屬支架，目前已有一系列研究驗(yàn)證了其優(yōu)異的生物相容性、徑向支撐力和均勻降解率[6-9]。為了了解其對動(dòng)脈彈性的影響，我們引入了echotracking及mircoCT檢測。MircoCT是一種可以三維顯示支架內(nèi)部結(jié)構(gòu)的技術(shù)，并可對感興趣區(qū)域的體積及表面積進(jìn)行計(jì)算分析，已在多個(gè)試驗(yàn)中作為支架完整性的對照實(shí)驗(yàn)[5]。Echotracking技術(shù)是一項(xiàng)比較成熟的評價(jià)血管彈性的超聲影像診斷技術(shù)，它通過動(dòng)態(tài)跟蹤血管壁的運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)描記血管壁的運(yùn)動(dòng)軌跡，得到血管壁的相位變化曲線，結(jié)合血壓，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算得到多項(xiàng)反映動(dòng)脈彈性變化的曲線。硬化參數(shù)β是其中受動(dòng)脈血壓影響最小的參數(shù)，也較其他參數(shù)更有用[4]。早在1989年，Hirai等[12]就證實(shí)了β值會(huì)隨著動(dòng)脈硬化程度的增加而增大。

本研究中，兩組支架植入60天內(nèi)，DSA顯示觀察期間支架無移位，支架內(nèi)血流通暢，mircoCT顯示BMS支架結(jié)構(gòu)完整，JDBM支架出現(xiàn)降解但支架基本保持原始結(jié)構(gòu)，合金絲連續(xù)性完整。兩組支架植入后，與術(shù)前相比，β值均明顯增大。隨著植入時(shí)間的增加，BMS組支架處血管壁β值逐漸增大，至術(shù)后60天時(shí)，由于支架處管壁無明顯的搏動(dòng)而無法測得，顯示BMS支架處血管壁彈性隨植入時(shí)間的增加而明顯降低，推測可能與支架局部異物刺激引起炎癥反應(yīng)導(dǎo)致局部的血管纖維化有關(guān)，與以往的研究結(jié)果相符[11]；而JDBM組支架處血管壁β值隨著植入時(shí)間的增加呈現(xiàn)下降趨勢，顯示JDBM支架處血管彈性正在逐漸好轉(zhuǎn)，提示可降解支架對血管舒縮性的影響要小于BMS支架。

以往的研究表明，在血管無明顯的動(dòng)脈粥樣硬化性結(jié)構(gòu)改變的情況下，echotracking技術(shù)可提示血管功能性變化[13]。同樣的，在本研究中，我們在使用mircoCT顯示支架結(jié)構(gòu)和徑向支撐力基本保持的情況下，發(fā)現(xiàn)echotracking技術(shù)可以提示JDBM支架處血管彈性逐漸好轉(zhuǎn)，證實(shí)了echotracking聯(lián)合mircoCT可應(yīng)用于可降解支架與血管功能的相關(guān)研究中。

但是，在本實(shí)驗(yàn)中，由于實(shí)驗(yàn)兔需要被處死取材進(jìn)行相關(guān)研究，植入60天時(shí)JDBM支架組僅剩2只觀察對象，植入60天時(shí)β值較植入30天時(shí)增大，是否與觀察對象的過少及觀察時(shí)間僅60天有關(guān)，以及60天后支架處血管彈性如何變化，需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。

結(jié) 合DSA， 我 們 認(rèn) 為echotracking聯(lián) 合mircoCT可用于評價(jià)可降解JDBM支架植入術(shù)后的血管彈性改變情況。

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巨變端倪：人工智能在醫(yī)療影像診斷領(lǐng)域全面爆發(fā)

近兩年來，深度學(xué)習(xí)在醫(yī)療領(lǐng)域都有超乎想象的突破。在語音識(shí)別領(lǐng)域，梅奧診所與以色列語音分析公司Beyond Verbal合作的研究發(fā)現(xiàn)13個(gè)語音特征和冠心病存在相關(guān)性，其中一個(gè)語音特征與冠心病存在強(qiáng)相關(guān)。在自然語言處理領(lǐng)域，IBM的沃森機(jī)器人能夠在17秒內(nèi)閱讀3469本醫(yī)學(xué)專著，248000篇論文，69種治療方案，61540次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，106000份臨床報(bào)告，并根據(jù)醫(yī)生輸入的病人指標(biāo)信息，最終提出優(yōu)選的個(gè)性化治療方案。

與此同時(shí)，伴隨著計(jì)算機(jī)視覺的技術(shù)進(jìn)步，深度學(xué)習(xí)技術(shù)在醫(yī)療影像領(lǐng)域頻頻取得重大突破，人工智能除了教會(huì)機(jī)器如何“聽懂”和“讀懂”，更能教會(huì)機(jī)器“看懂”我們的世界，并在此基礎(chǔ)上協(xié)助醫(yī)生診斷疾病。醫(yī)療數(shù)據(jù)中有超過90%的數(shù)據(jù)來自醫(yī)療影像，醫(yī)療影像領(lǐng)域擁有孕育深度學(xué)習(xí)的海量數(shù)據(jù)，也存在著借助深度學(xué)習(xí)提高醫(yī)生“看片子”診斷效率的需求。因此，在醫(yī)療影像領(lǐng)域，深度學(xué)習(xí)可能率先進(jìn)入臨床階段。雖然目前深度學(xué)習(xí)仍處于“輔助診斷”的階段，真正的決定權(quán)仍然在醫(yī)生手中。深度學(xué)習(xí)在醫(yī)療影像也難以達(dá)到100%的準(zhǔn)確率。一旦醫(yī)生聽信了深度學(xué)習(xí)的建議，最終卻導(dǎo)致了誤診或漏診，真正應(yīng)該負(fù)責(zé)的到底是醫(yī)生還是機(jī)器？深度學(xué)習(xí)給醫(yī)療領(lǐng)域帶來的，不僅是技術(shù)問題，還有人文關(guān)懷問題。醫(yī)生和患者之間的互動(dòng)將是人類智慧的最后一個(gè)堡壘。

（奇點(diǎn)網(wǎng)）

Study of Artery Elasticity Changes of Rabbits' Abdominal Aorta after Biodegradable JDBM Stent Implanted by Echotracking Combined with Micro CT

CHEN Li1, TAN Jin-yun1, YUAN Feng2, WANG Yong1, PEI Jia2, YU Bo3, YUAN Guang-yin2, ZHANG Jun3, WANG Yi1

Purpose:To determine whether echotracking combined with microCT could be used to assess the artery elasticity during the degradation processes.Methods:Either bare biodegradable magnesium alloy JDBM stent (JDBM group, n=12) or bare nitinol stent (BMS group, n=12) were implanted in New Zealand white rabbits’ abdominal arteries. Echotracking was performed to obtain the stiffness parameter β before operation，immediate post-operation, 14, 30 and 60 days post-operation. The degradation of the stents was analyzed by mirco CT at the 14, 30 and 60 days after operation.Results:①There was no migration or fracture of all the stents,and the blood fow in stent was normal.②MircoCT showed that the nitinol stents were with no changes. The JDBM stents began to degrade since 30 days afteroperation. But their structures maintained well and the struts were in continuity. ③There was no statistical signifcant difference of β between each groups before operation，immediate post-operation, or 14 days post-operation（P＞0.05）. As the implanted time went by, β of JDBM group was signifcantly lower than that of BMS group(P =0.036) at 30 days post-operation. However, β of BMS group was immeasurable at the 60 days post-operation because of the undetectable vessel diameter changes.Conclusion:Echotracking combined with microCT could be used to assess the artery elasticity during the degradation processes of JDBM.

Biodegradable Stents; Echotracking; MicroCT; Artery elasticity

R445.1

A

1006-5741（2017）-02-0191-06

2016.12.26;修回時(shí)間：2017.02.16)

中國醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)成像雜志，2017，23：191-196

1復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院

2上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

3復(fù)旦大學(xué)附屬浦東醫(yī)院

陳莉和譚晉韻為本文共同第一作者

通信地址： 上海市烏魯木齊中路12號， 200040

王怡（電子郵箱： y_wang1111@hotmail.com）張俊為本文共同通信作者

Chin Comput Med Imag，2017，23：191-196

1 Huashan Hospital, Fudan university

2 National Engineering Research Center of Light Alloys Net Forming, School of Materials Science & Engineering, Shanghai Jiaotong University

3 Pudong Hospital, Fudan University

Address: No. 12, Middle Wulumuqi Road, Shanghai 200040,P.R.C.

Co-frst author: TAN Jin-yun

Address Correspondence: WANG Yi（E-mail: y_wang1111@hotmail.com）Co-corresponding author: ZHANG Jun