pozorování, že aterosklerotické plaky se vyskytují v blízkosti tepenné bifurkace a oblouky, vedl k široce přijímaný názor, že hemodynamické síly hrají důležitou roli v rozvoji a progresi aterosklerózy.1 protože tyto síly jsou určeny především geometrií cév, bylo navrženo, že u některých jedinců může být vyšší riziko rozvoje aterosklerózy na základě jejich konkrétní vaskulární geometrie.2 rané studie ukázala, malý rozdíl mezi větve průměry a úhly měřené od rovinné angiogramy normální a nemocné krční tepny;3 nicméně následné studie různých větvení cév, včetně karotická bifurkace, půjčil kvalifikovanou podporu této geometrické riziko hypotéza.4-9

Ústřední pojem geometrické riziko aterosklerózy je předpoklad, že plavidlo geometrie se liší dostatečně široce v celé populaci. Nedávné analýzy angiogramy z téměř 3000 pacientů v Evropské Krční Chirurgické Studii (ECST) přesvědčivě ukázal, že existují významné interindividuální rozdíly v průměru a poměrů ploch z karotické bifurkace.10 Nicméně, i přes snaží minimalizovat sekundární dopady onemocnění na geometrii vyloučením plavidla ≥30% stenóza, autoři připustil, že na počátku ateromatózních změn není detekovatelný v konvenční angiogramy by vedly k nadhodnocení anatomické variace. To, že tomu tak mohlo být, naznačuje rutinní klinická zkušenost, že rozšířené a klikaté krční tepny jsou častější u starších versus mladých subjektů. Proto k našim cílem objasnění vztahu mezi cévní hemodynamiky a aterosklerózy, jsme se vydali otestovat, kvantitativně, hypotézu, že karotická bifurkace mladých dospělých, ve skutečnosti, vykazují menší interindividuální variabilita než u starších jedinců.

metody

mladá skupina sestávala z 25 zdánlivě zdravých dobrovolníků (24±4 roky; rozsah, 19 až 38 let; 14 M: 11 F). Kontrolní skupina 25 starších subjektů (63±10 let; rozsah, 42 až 75 let; 12 M:13 F) byl rekrutován z řad asymptomatických pacientů sledovaných ve Výzkumném centru pro prevenci mrtvice a aterosklerózy (Londýn). Kritéria pro zařazení byla ≤30% stenóza bilaterálně na základě předchozího duplexního ultrazvukového vyšetření a bez kontraindikací pro MRI. Etická komise naší univerzity schválila experimentální protokol, a všechny subjekty daly informovaný souhlas.

výchozí demografické charakteristiky starší skupiny byly následující: 14 (56%), hypertenzní, 4 (16%) mělo diabetes mellitus, 1 (4%) byl současný kuřák, 5 (20%) byly exsmokers, BMI byl 27.6±2,8 kg/m2, celkový cholesterol byl 5.44±1.17 mmol/L, triglyceridy byly 1.97±1.81 mmol/L, a celkem plaku area11 byl 0.881±0.611 cm2. Demografické údaje nebyly shromážděny pro mladou skupinu.

zobrazování a rekonstrukce lumenu

MRI byla provedena na 1,5-T Signa skeneru (Ge Medical Systems) za použití bilaterálních cívek fázového pole. Po lokalizaci, oba karotické bifurkace byl zobrazen současně s periferně bránou černá krev MRI protokol, který získal v průměru 28×2 mm tlustý, příčný, souvislé řezy s 0.313-mm jmenovité in-plane rozlišení. Parametry skenování zahrnovaly 2D rychlou rotaci ozvěny, 8 cm silné superior a nižší saturační pásma, 160×160 mm2 zorné pole, 512×384 akviziční matice, 2R-R doba opakování, 15 ms echo čas a 4 Délka echo vlaku. Celková doba pořízení, včetně počátečního lokalizačního skenování, byl obvykle 15 minut na objekt.

hranice lumenů pro levou a pravou společnou, vnitřní a vnější krční tepnu (CCA, ICA a ECA) byly extrahovány z každého z obrazů černé krve pomocí semiautomatické techniky.12 distálních poboček ECA bylo vyloučeno z důvodu jejich malé velikosti. Výsledný stoh obrysů byl automaticky převeden do binárního obrazového svazku, v němž byla nahuštěna 3D diskrétní dynamická kontura13 pro definování 3D geometrie lumenu. Další podrobnosti o zobrazování a digitální rekonstrukci bifurkace karotidy jsou uvedeny jinde.14

geometrická charakterizace

po digitální rekonstrukci byla každá 3D geometrie lumenu podrobena nové, plně automatizované geometrické charakterizaci. V minulosti studie, plavidlo rozměry a poměry byly měřeny na různých místech, obvykle definována, pokud jde o určité jmenovité vzdálenost od uživatele-zjištěné orientační bod, jako rozdvojení vrcholu a často se liší v definici od studie ke studiu. V této studii jsme se snažili, aby se měření na základě více přísné a objektivní kritéria, jak minimalizovat provozovatel předsudky a podporovat standardizaci geometrické definice pro budoucí studium.

Jak je znázorněno na Obrázku 1A, osy byly poprvé generovány z CCA každého z ICA a EÚD větve. Podle jejich definice každá středová čára hostí středy koulí s maximálním poloměrem zapsaným v nádobě. (V praxi se průměr maximálně zapsané koule blíží minimálnímu průměru nádoby.) Tyto středové plochy a jejich přidružené poloměry sféry byly poté použity k identifikaci původu a nominální roviny bifurkace a k rozdělení nádoby na její 3 základní větve.15 geometrická charakterizace pak probíhala s ohledem na tento souřadnicový systém specifický pro plavidla.

definovat cíl geometrické parametry pro vidlice, které mají různé tvary a velikosti, musíme nejprve definovat vzdálenost metrické podél osy založené na maximálně vepsané koule. Jak je znázorněno na Obrázku 1B, od každé osy původu (tj, CCA0, ICA0, a ECA0) a odklon od bifurkace, centrum maximálně vepsané koule tečné na příslušný bod byl identifikován (tj. CCA1, ICA1, a ECA1). Opakovat tento proces produkoval sérii bodů řádkování 1 radius koule od sebe, čímž poskytuje spolehlivé a objektivní analogový společný postup identifikace plavidla umístění na základě integrálního počtu nominální plavidla průměry nebo poloměry.

Pro výpočet vzájemné úhly větví přicházející z bifurkace, pobočka směry byly poprvé definovány jako vektory sahající od pobočky původu (CCA0, ICA0, a ECA0) k bodu 1 distální radius koule (CCA1, ICA1, a ECA1, respektive). Jak je znázorněno na obrázku 1C, úhel bifurkace byl pak definován jednoduše jako úhel mezi projekcemi vektorů ICA a ECA na bifurkační rovinu. Podobně, ICA úhel byl definován jako úhel mezi průměty CCA i ICA vektory na rozdvojení letadlo, vzhledem k tomu, že ICA planarity byl definován jako úhel mezi out-of-plane komponenty CCA i ICA vektorů (Obrázek 1D).

vinutostí Plavidel byla vypočtena jako L/D−1, kde, jak je znázorněno na ICA Obrázek 1A, L je délka osy od počátku do konce větve, a D je Euklidovské vzdálenosti mezi těmito 2 body. Tortuosity lze proto považovat za zlomkové zvětšení délky klikaté cévy vzhledem k dokonale rovné dráze. Křivolakost 0,0 tedy odpovídá dokonale rovné nádobě, zatímco křivolakost řekněme 0,2 identifikuje nádobu o 20% delší než nejkratší vzdálenost mezi 2 body.

pro usnadnění srovnání s údaji o průměru a poměru plochy Schulze a Rothwella bylo identifikováno 10 průřezových ploch a průměru co nejdále od bifurkace. Kvůli snížené axiální pokrytí k dispozici od naší zvláštní MRI protokol, to není vždy možné měřit tyto v místech, v souladu s studie, a to, kde se stěny nádoby jsou rovnoběžné. Místo toho jsme jednoduše definovali konzistentní vzdálenosti, pokud jde o naši metriku vzdálenosti založenou na poloměru koule, kde byly vypočteny plochy průřezu. Jak je znázorněno na obrázku 1B, tyto byly umístěny v bodech CCA3, ICA5 a ECA1. (Tato místa byla vybrána tak, aby byla v souladu s těmi, které používají Goubergrits et al.16,17 ve svých studiích karotidové bifurkace.) Průřezové plochy byly definovány průsečíkem každé plochy větve s rovinami normálními ke střednicím v těchto příslušných bodech. Poměr bifurkační plochy byl vypočítán jako součet oblastí ICA a ECA, děleno oblastí CCA. ICA/CCA, ECA/ČKA, a ECA/ICA průměr poměry byly vypočteny jako odmocninu z příslušné oblasti poměry, což odpovídá předpokladu, že (obvykle noncircular) plavidlo průřezy byly kruhy rovnocenné oblasti.

kombinovaný účinek skenování-skenování a operátor variabilita na přesnost digitální lumen rekonstrukce byla posouzena dříve přes opakované zobrazování a analýzu 3 starších jedinců každého zobrazen každé 3 krát v týdenních intervalech.18 Reprodukovatelnost geometrických parametrů zde byla podobně hodnocena pomocí digitálních rekonstrukcí z této studie.

Statistická analýza

pro každý geometrický parametr byly skupiny porovnány 2cestnou vnořenou anovou. Jako potenciální zdroje interindividuální variability dat byly identifikovány dva faktory, a to věková skupina (mladí versus starší) a pohlaví, a proto byla zahrnuta interakce mezi nimi. Hnízdění bylo zavedeno s ohledem na skutečnost, že každý subjekt přispěl k údajům 2 plavidla. Protože některé závislé geometrické proměnné (bifurkace úhel, CCA křivolakost, a ICA křivolakost) prezentovány různé SDs mezi věkovými skupinami (poměr >4), inverzní transformace byla použita ke korekci jejich nerovné rozptyly před analýzou. Systematické srovnání odchylek 2 věkové skupiny bylo provedeno pomocí testů F, pro které byly nádoby sloučeny do stejné věkové skupiny Bez ohledu na pohlaví. V rámci starší skupiny, vliv výchozích demografických údajů na každý geometrický parametr byl podobně testován pomocí vnořené ANOVA. Všechny statistické analýzy byly provedeny pomocí open-source R jazyka a prostředí pro statistické výpočty (verze 1.9). Významnost byla předpokládána na úrovni P= 0,05/9=0,0056, což odráží obvyklou hodnotu korigovanou podle bonferroniho postupu počtem testovaných geometrických parametrů.

Výsledky

kompletní sada rekonstruovaných karotické bifurkace lumen geometrií pro mladé a starší skupiny je prezentován na Obrázcích 2 a 3, respektive. Mladý karotické bifurkace je jasně vidět, že vykazují mnohem méně geometrické odchylky ve srovnání s starších jedinců, a to je potvrzeno popisné statistiky pro geometrické parametry shrnuty v Tabulce 1. Zejména, F-testy odhalily, že interindividuální variace v geometriích bifurkace mladých karotid byly výrazně nižší než u starší skupiny. Mladý versus starší) měl významný vliv na úhel bifurkace, úhel ICA a křivost CCA. Ve starší skupině, tam byly žádné významné účinky základní demografické údaje o geometrických parametrů pomocí konzervativní Bonferroniho korigované P hodnoty 0.0056; nicméně, tam byl blízko významný vliv na celkové plaku oblasti na ICA:CCA průměr poměr (P=0.0095) a související oblasti bifurkace poměr (P=0.0058).

a Konečně, jak je shrnuto v Tabulce 2, geometrické parametry byly vysoce reprodukovatelné, s SDs je výrazně pod příslušnými interindividuální rozdíly pozorovány pro starší skupiny a v blízkosti nebo pod ty mladé skupiny.

Diskuse

Naše studie potvrzuje, že tam jsou, ve skutečnosti, hlavní geometrické variace v karotické bifurkace geometrie starších pacientů s malou nebo žádnou krkavice onemocnění; nicméně, mladší cévy vykazují výrazně méně geometrické variability. To kvantitativně podporuje neoficiální důkazy naznačující relativní homogenitu geometrie cév u mladých versus starších subjektů. To také naznačuje, že údaje ze studie ECST mohou být skutečně zmateny sekundárními účinky aterosklerózy. Nedávné zjištění asociace mezi ztluštění intimy a ICA úhel origin9 může také byli zahanbeni tím, že účinky aterosklerózy, protože náš společník studie karotické bifurkace antropometrie prokázala, že orientace karotické bifurkace vzhledem k sagitální rovině těla (množství související s ICA úhel původu) bylo významně méně variabilní, v mladí versus starší skupiny.19

Potenciální Nedostatky

Navzdory skutečnosti, že silný významné rozdíly byly pozorovány mezi 2 skupinami, to zůstává, že naše velikost vzorku byla téměř o 2 řády menší, než která byla použita k charakterizují geometrické variability v ECST studie. Nicméně, F-testy neodhalily žádný významný rozdíl mezi SDs a těch, které jsou odvozeny od ECST studie, s výjimkou oblasti poměr (P<0.0001). Nepárové t-testy ukazují, že náš průměr a oblast poměry byly významně vyšší (P<0.0001); to však může být přičítáno relativně omezenému axiálnímu pokrytí našeho protokolu MRI černé krve. Prokázat to, vypočítáme průměr a poměrů ploch z podrobného průzkumu karotické bifurkace diameters20 a zjistil, že poměry odvozené z proximální míst, což zhruba odpovídá našemu podobně byly vyšší než ty získané z distální míst více úzce odpovídající, které jsou definovány pro ECST obor: 0.78 versus 0.71 (ICA/CCA); 0.75 versus 0.53 (ECA/CCA); 0.97 versus 0.75 (ECA/ICA), a 1.17 versus 0.77 (poměr ploch).

tento účinek volby místa měření lze také vidět v širším srovnání našich dat s údaji ze studie ECST a posmrtných měření Goubergrits et al.16,17 znázorněno na obrázku 4: naše měření byla záměrně provedena na místech srovnatelných s těmi, které byly použity v posledních studiích, a je vidět, že jejich poměry průměru a plochy jsou srovnatelné s poměry naší starší skupiny. F testy podobně neodhalily žádné významné rozdíly mezi interindividuální rozdíly v rámci těchto 2 skupin, vzhledem k tomu, že nepárové t-testy odhalily významné rozdíly pouze mezi prostředky EÚD:ICA průměr poměr (P=0.0015). Proto jsme dospěli k závěru, že naše data, přestože jsou čerpána z relativně malého vzorku, jsou reprezentativní pro širší populaci. Na druhou stranu, jsme na vědomí, že takové malé velikosti vzorku by bylo nedostatečné pro objasnění vztahů mezi plavidla geometrie a základní demografické údaje, což vysvětluje, proč jsme byli schopni potvrdit významný vliv sex21 a plaku burden9 na lodi geometrie v naší starší skupiny.

Důsledky pro Geometrické Riziko Hypotéza

nevyhnutelné důsledky našich zjištění je, že interindividuální rozdíly v geometrii karotické bifurkace se zvyšuje s věkem a/nebo onemocnění. I když je obtížné oddělit tyto 2 faktory, jsme na vědomí, že data z ECST studie ukázala podobné úrovně variability u pacientů s <30% stenózou a u pacientů bez onemocnění patrné na angiografii. Z toho vyvozujeme, že geometrická variabilita se nemusí nutně zvyšovat s progresí mírného onemocnění, protože jinak bychom očekávali, že tyto skupiny budou mít různé úrovně interindividuální variace. Změny v geometrii karotidové bifurkace jsou proto pravděpodobnější, že odrážejí vliv časného, angiograficky Tichého onemocnění nebo jednoduše procesu stárnutí cév. Naše data nerozlišují mezi těmito možnostmi, i když téměř významný vliv celkové plochy plaku na ICA:poměry průměru CCA a bifurkační plochy naznačují, že tomu tak může být. Navíc, jsme na vědomí, že pouze longitudinální studie geometrických riziko aterosklerózy dospěl k závěru, že pro stehenní tepny, změny v vinutostí plavidel předchází (angiographically definovanými) rozvoj aterosklerózy.22 přinejmenším, tato pozorování naznačují, že geometrie karotické bifurkace v mládí nemusí nutně předvídat jeho budoucí stav.

alternativně je možné, že skromné interindividuální rozdíly v geometriích karotidové bifurkace mladých dospělých mohou stále vést k geometrickému riziku aterosklerózy. Je to proto, že pro všechny zaměření na geometrii jsou to lokální hemodynamické síly vyvolané geometrií, které poskytují mechanistické spojení, které je základem hypotézy geometrického rizika. Citlivost místní hemodynamické síly, aby geometrie je dobře ocení v kvalitativním smyslu, ale ne dostatečně dobře chápat kvantitativně vědět, co je „hlavní“ nebo „skromné“ interindividuální rozdíly v geometrii a jejich význam z hlediska interindividuální rozdíly v hemodynamických parametrů souvisejících s aterosklerózou. (To se chystá změnit vzhledem k nedávnému vývoji v oblasti výpočetní dynamiky tekutin.23) Stále, naše reprodukovatelnost údaje naznačují, že inherentní variability v neinvazivní charakterizace karotické bifurkace geometrie pomocí MRI je zhruba stejného řádu jako interindividuální variabilita ve skupině mladých. I když to však potvrdit, že úroveň interindividuální rozdíly pozorované v této studii—a, zejména, významné rozdíly mezi interindividuální rozdíly v rámci 2 skupin—jsou skutečné, a ne jen odraz vlastní měření variability, to naznačuje, dolní mez, &30 let, na věku, v němž geometrické riziko může být detekován prakticky.

Přehled

Naše zjištění jasně ukazují, že interindividuální rozdíly v geometrii karotické bifurkace výrazně zvyšovat se stárnutím nebo začátkem aterosklerotických progrese onemocnění. Nemají, nicméně, dokázat nebo vyvrátit myšlenku, že geometrie jedince může předpovídat vývoj a progresi aterosklerózy. Spíše poukazují na složitější vzájemný vztah mezi vaskulární geometrií, lokální hemodynamikou, vaskulárním stárnutím a aterosklerózou, jejichž objasnění bude téměř jistě vyžadovat prospektivní studie.

Jsme si ukázali zde, jak kombinace neinvazivní zobrazování a 3D zpracování obrazu může být použit k charakterizaci plavidla geometrie v objektivní a reprodukovatelné způsobem; a tak, s rostoucí použití MR angiografie, jako budoucí studie by měly být možné, a to zejména v 30 – až 60-rok-starý věkovou třídu při geometrické variace vypadají, že se vyvíjejí. S tímto na mysli, jsme umístili naši geometrickou charakteristiku nástroje ve veřejné domain24 s nadějí, že podpora standardizace geometrické definice, krok věříme, že bude mít zásadní význam pro budoucí rozsáhlé studie a meta-analýzy zaměřené na identifikaci místních faktorů, prediktivní úspěšné cévní stárnutí.

poznámky pod čarou