霧化吸入威視派克對(duì)提高大鼠肺組織分辨率的實(shí)驗(yàn)研究

陳瑩瑩，陳小娟，黃綏丹，劉韻，陳淮

（廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院放射科，廣州 510260）

隨著CT 的快速發(fā)展，高分辨率CT 為肺部疾病的診療提供了非常重要的價(jià)值。盡管高分辨率螺旋CT和螺旋CT圖像后處理能夠很好地顯示支氣管樹，但它們對(duì)細(xì)支氣管分辨度不夠，不利于小氣道的細(xì)微結(jié)構(gòu)顯示［1］，尤其是有慢性炎癥的小氣道。然而，呼吸系統(tǒng)常見疾病如COPD、哮喘等早期改變主要以小氣道病變?yōu)橹鳎?］，故如何更有效地提高胸部CT分辨率，使肺組織及小氣道管壁可視化對(duì)這些疾病的早期診斷至關(guān)重要。有文獻(xiàn)［3］表明：相比常規(guī)注射對(duì)比劑，霧化吸入對(duì)比劑可以改善成像的分辨率，可更準(zhǔn)確地診斷肺部疾病，甚至可使最小的氣道成像成為可能。根據(jù)Bailey 等［4］、EI-Gendy 等［5］研究，納米顆粒組裝成空氣動(dòng)力學(xué)直徑約1～5 μm顆?？筛咝л斔椭练尾?，可達(dá)到肺泡。據(jù)我們所知，目前尚未發(fā)現(xiàn)經(jīng)霧化吸入威視派克（VSP）對(duì)提高肺組織分辨率的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。本實(shí)驗(yàn)旨在研究經(jīng)霧化吸入VSP 對(duì)于提高肺組織分辨率及氣道顯像的可行性。

1 材料與方法

1.1 材料

選用5 只SPF 級(jí)雄性SD 大鼠5 只，體重90～100 g，購(gòu)自廣東省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，許可證號(hào)：SCXK（粵）2018-0002。CT掃描裝置：Siemens definition AS+128多層螺旋CT 掃描儀；壓縮式霧化器：根據(jù)呼吸治療設(shè)備歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN13544-1：2007+A1：2009 測(cè)定噴霧粒子直徑MMD5.5 μm以下；VSP：320 mgI/ml 50 ml，由GE Healthcare Ireland Limited 企業(yè)生產(chǎn)；生理鹽水；戊巴比妥鈉；1 ml 注射器；3 ml 注射器；100 μl 移液器；電子天平；固定裝置。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)選用5 只SPF 級(jí)SD 大鼠，體重范圍90～100 g，實(shí)驗(yàn)前12 h 對(duì)大鼠進(jìn)行禁食，不禁水；實(shí)驗(yàn)當(dāng)天將大鼠分為兩組，空白組1只，實(shí)驗(yàn)組4只。

不同VSP320給藥劑量的配置：對(duì)照組：生理鹽水2 ml；實(shí)驗(yàn)組：0.1 ml/kg VSP320、0.3 ml/kg VSP320、0.5 ml/kg VSP320、0.7 ml/kg VSP320。

腹腔注射戊巴比妥鈉麻醉大鼠，注射劑量為30 mg/kg（注：此劑量下大鼠麻醉時(shí)間約為90 min，大鼠蘇醒后按照上述劑量的一半進(jìn)行追加）。CT掃描：大鼠麻醉完畢時(shí)，即進(jìn)行CT掃描，用作baseline。掃描方式：將大鼠以仰臥位放置于檢查床并固定四肢，頭先進(jìn)，掃描范圍從肺尖至膈角；CT 掃描參數(shù)：80 kV，50 mAs，Pith：0.5，F(xiàn)OV：100。見圖1。

圖1 大鼠掃描定位

霧化吸入藥物：麻醉后大鼠仰臥，呼吸面罩對(duì)準(zhǔn)大鼠頭部，出氣孔對(duì)準(zhǔn)大鼠鼻部，將提前配好的對(duì)應(yīng)溶液充分混勻加入霧化器中，5～10 min 將液體全部霧化完畢霧化吸入結(jié)束后0、30、60、90、120、150、180 min同一方案進(jìn)行掃描。采集數(shù)據(jù)：將原始圖像導(dǎo)入Lung Kit軟件，對(duì)圖像進(jìn)行裁剪，獲取肺部圖像，隨后對(duì)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，其中，圖像重采樣所使用方法為最近鄰插值法，參數(shù)設(shè)置為：X-Spacing，0.195，Y-Spacing，0.195，Z-Spacing，0.195。然后，對(duì)預(yù)處理的圖像進(jìn)行組織分割，獲得氣道和肺部組織結(jié)構(gòu)示意圖。見圖2。因?yàn)檐浖旧砟Ｐ陀?xùn)練使用的是人的肺部組織，而實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)來(lái)源為大鼠，并不是十分匹配，因此并未將大鼠的具體肺葉分割出來(lái)。最終是將整個(gè)肺組織的平均CT 值作為結(jié)果進(jìn)行后續(xù)分析。

圖2 大鼠肺部示意圖

1.3 觀察指標(biāo)

比較不同時(shí)間點(diǎn)的雙側(cè)肺組織CT 值及氣道重建影像，分析最佳給藥劑量以及最佳圖像采集時(shí)間。

2 結(jié)果

對(duì)照組大鼠霧化吸入生理鹽水之前與其吸入生理鹽水之后不同時(shí)間的肺組織密度變化不明顯，其肺組織CT 值變化率僅2.09%。實(shí)驗(yàn)組大鼠吸入不同劑量VSP 后，雖然視覺上肺組織密度未見明顯變化，但是定量分析測(cè)定其肺組織CT 值均較吸入VSP之前有所提高，且隨著VSP劑量的升高，肺組織CT 值變化越明顯，以實(shí)驗(yàn)組4 變化最明顯，高達(dá)17.96%，見圖3。另外，霧化吸入不同劑量VSP 后，實(shí)驗(yàn)組1、2、3 大鼠肺組織CT 值基本于120 min 達(dá)高峰，而實(shí)驗(yàn)組4 肺組織CT 于150 min 達(dá)高峰。見表1、圖4。

表1 各組大鼠霧化吸入VSP肺組織CT值變化

圖3 霧化吸入VSP前后冠位CT

圖4 不同劑量各時(shí)間點(diǎn)CT值

大鼠霧化吸入生理鹽水或不同劑量VSP 前后CT三維氣道重建結(jié)果顯示：對(duì)照組在霧化吸入生理鹽水前后氣道顯像情況無(wú)明顯差別；實(shí)驗(yàn)組1、實(shí)驗(yàn)組2、實(shí)驗(yàn)組3 在霧化吸入VSP 后，氣道顯像情況較之前佳，并隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，氣道顯影情況愈佳，最佳顯像時(shí)間是180 min，目前能顯示至第三級(jí)氣管分支；實(shí)驗(yàn)組4氣道顯影情況較霧化吸入VSP 之前差，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其顯影情況愈差。另外，霧化吸入不同濃度的VSP 混懸液對(duì)氣道顯像影響也不同，劑量為0.3 ml/kg VSP、0.5 ml/kg VSP 氣道顯像隨著時(shí)間的延長(zhǎng)較劑量為0.7 ml/kg VSP氣道顯像情況更佳。見圖5。

圖5 大鼠CT三維氣道重建影像

3 討論

CT 檢查技術(shù)具有較高的密度分辨率及空間分辨率，對(duì)于充滿氣體的肺部組織而言，是最佳的影像學(xué)檢查，并且相比于MRI、PET/CT 成像技術(shù)，CT成像更準(zhǔn)確、省時(shí)、便宜，但CT對(duì)于小氣道的顯示仍然欠佳，目前高分辨率CT 只能對(duì)5 級(jí)以上支氣管顯示，對(duì)于直徑小于2 mm 的小氣道顯示欠佳［6］。因此，尋找一種既能保持CT 成像優(yōu)勢(shì)，又能提高小氣道的顯示及肺部微小密度改變的定量成像方法是解決這一問題的關(guān)鍵。肺部CT 密度定量成像方法已經(jīng)在人的肺部情況做了許多研究并顯示該方法的準(zhǔn)確性［7］，本實(shí)驗(yàn)將CT 密度成像定量方法用于大鼠的肺組織密度分析，得到的是準(zhǔn)確的定量參數(shù)，在很大程度上減少了實(shí)驗(yàn)的誤差。

有研究表明，氣霧劑在呼吸道內(nèi)沉積的位置在很大程度上取決于氣霧劑的空氣動(dòng)力學(xué)直徑，6 μm以上的霧粒主要分布在大氣道內(nèi)，2～6 μm的霧?？蛇M(jìn)入細(xì)支氣管，小于2 μm 的霧?？蛇_(dá)肺泡，可獲得最佳的全身給藥劑量，0.5 μm 以下隨呼吸排出［8-9］。本實(shí)驗(yàn)所用的壓縮式霧化器產(chǎn)生的噴霧粒子直徑為5.5 μm以下，理論上霧?？蛇_(dá)細(xì)支氣管以遠(yuǎn)。

選擇霧化劑對(duì)于實(shí)驗(yàn)的可行性有較大影響，本實(shí)驗(yàn)選擇威視派克（VSP）的主要原因是：VSP 成分碘克沙醇，是一種新型的、非離子型的等滲X線對(duì)比劑，相比低滲或高滲對(duì)比劑，其具有低毒性和高生物耐性，并且產(chǎn)生不良反應(yīng)相對(duì)較少［10-11］。Ueha等［12］、Siddiqui 等［13］的研究揭示吸入非離子對(duì)比劑不會(huì)引起肺部明顯的組織學(xué)改變或炎性細(xì)胞因子和纖維化相關(guān)基因的表達(dá)，即不會(huì)引起肺部任何明顯的炎癥反應(yīng)，且基本不會(huì)引起肺水腫。因此我們選擇VSP 作為本實(shí)驗(yàn)的霧化吸入的對(duì)比劑。傳統(tǒng)的肺部CT增強(qiáng)檢查是經(jīng)靜脈注入對(duì)比劑，對(duì)比劑經(jīng)血液循環(huán)后才到達(dá)肺部，該種方法會(huì)使得定位在肺部的對(duì)比劑主要在血管及毛細(xì)血管內(nèi)，肺泡及小氣道劑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足［14］，且易出現(xiàn)對(duì)比劑外滲、對(duì)比劑腎病等風(fēng)險(xiǎn)，易造成不必要的血管和組織顯影而影響圖片的質(zhì)量和閱片效率［15-16］。本研究中，為了減少血液循環(huán)對(duì)對(duì)比劑清除率，同時(shí)使輸送至肺部的對(duì)比劑濃度最大化，采取經(jīng)霧化吸入VSP 的方式以將對(duì)比劑直接濃縮至小氣道及肺泡，達(dá)到增強(qiáng)的目的。據(jù)我們所知，這是首次使用CT技術(shù)研究經(jīng)霧化吸入VSP 對(duì)肺組織分辨率及氣道顯像的影響的研究。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)照組在霧化吸入生理鹽水前后肺組織密度無(wú)明顯變化，而實(shí)驗(yàn)組霧化吸入VSP 后，肺組織CT 值逐漸升高，且隨著VSP 劑量的增加，肺組織CT 值變化越明顯；實(shí)驗(yàn)組霧化吸入VSP 后，重建CT 圖像中氣管和支氣管清晰可見，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，細(xì)支氣管也逐漸可視化，本實(shí)驗(yàn)?zāi)壳澳茱@示至大鼠第三級(jí)氣管及其分支。以上結(jié)果的出現(xiàn)可能與對(duì)比劑從中央氣道清除并進(jìn)一步沉積在肺泡周圍有關(guān)，這與Aillon 等人的研究結(jié)果一致［14］。本研究實(shí)驗(yàn)組大鼠在霧化吸入VSP 后，大部分肺組織CT 值于120 min 達(dá)高峰，但是實(shí)驗(yàn)4 肺組織CT值于150 min才達(dá)高峰，且其氣道顯像差，這可能是由于隨著對(duì)比劑濃度的升高，溶液的粘稠度度增大，可能會(huì)附著在氣管、支氣管黏膜表面，難以到達(dá)遠(yuǎn)端支氣管；另外，本實(shí)驗(yàn)樣本量較少，可能存在偶然性結(jié)果，因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)我們需要增大樣本量數(shù)量，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度。前人研究表示不同動(dòng)物對(duì)霧化吸入對(duì)比劑的清除時(shí)間不同，這與肺血流量及肺泡巨噬細(xì)胞的攝取率有關(guān)，對(duì)比劑霧化顆粒清除時(shí)間于大鼠可達(dá)數(shù)小時(shí)［17-18］。綜上所述，經(jīng)霧化吸入VSP 對(duì)提高小氣道及肺組織分辨率的方法是可行的，并且霧化吸入0.5 ml/kg VSP 后120 min是目前最佳的顯像條件。

在CT 掃描技術(shù)中，增強(qiáng)CT 圖像兩相鄰組織間的對(duì)比度可通過調(diào)整及優(yōu)化成像方法相關(guān)的物理參數(shù)而實(shí)現(xiàn)，如調(diào)整X線劑量或噪聲大小，但現(xiàn)實(shí)中更常用的方法是通過靜脈注射對(duì)比劑進(jìn)一步增加不同組織之間對(duì)比度的差異，從而更好地顯示感興趣區(qū)。本研究通過霧化吸入對(duì)比劑的方式將對(duì)比劑濃縮至肺部以達(dá)到增強(qiáng)目的，且證明了霧化吸入對(duì)比劑之后，肺組織CT 值增高，這表明該種方式可降低肺部增強(qiáng)所需對(duì)比劑劑量同時(shí)，無(wú)疑也提高了正常肺組織及肺部病變之間對(duì)比度而更加利于肺部組織疾病的檢出。另外，當(dāng)存在小氣道阻塞等情況時(shí)，阻塞相應(yīng)部位肺組織分布的對(duì)比劑量較少，其CT值較正常肺組織降低，因此霧化吸入對(duì)比劑理論上也可檢測(cè)小氣道疾病。

本實(shí)驗(yàn)仍有一定的局限性：一是每組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物數(shù)量較少，可能會(huì)產(chǎn)生偶然性的結(jié)果及誤差；二是沒有測(cè)定霧化顆粒的空氣動(dòng)力學(xué)粒徑分布，無(wú)法得到對(duì)于本實(shí)驗(yàn)最佳的霧化顆粒直徑；三是未對(duì)霧化吸入VSP 后大鼠肺組織進(jìn)行病理學(xué)研究，故其安全性只能參考前人研究。盡管存在這些局限性，本實(shí)驗(yàn)證明了經(jīng)霧化吸入VSP 對(duì)于提高大鼠肺組織分辨率及小氣道顯像的方法是可行的，并且得出了最佳的顯像條件。另外，霧化吸入對(duì)比劑還為影像學(xué)檢查提供了一種非侵入性的手段，將對(duì)比劑濃縮在肺部，以提高肺部對(duì)比度，更有利于肺部疾病的檢出。