havainto, että ateroskleroottisia plakkeja esiintyy yleensä lähellä valtimoiden bifurkaatioita ja mutkia, on johtanut yleisesti hyväksyttyyn käsitykseen, että hemodynaamisilla voimilla on tärkeä rooli ateroskleroosin kehittymisessä ja etenemisessä.1 koska nämä voimat määräytyvät ensisijaisesti aluksen geometrian perusteella, on esitetty, että tietyillä yksilöillä saattaa olla suurempi riski sairastua ateroskleroosiin niiden erityisen verisuoniston geometrian vuoksi.2 varhainen tutkimus osoitti vähän eroa haaran halkaisijat ja kulmat mitattu Planar angiogrammat normaalin ja sairaiden Kaulavaltimon valtimoiden;3 kuitenkin myöhemmät tutkimukset eri haarautuvien alusten, mukaan lukien kaulavaltimon bifurkaatio, ovat antaneet pätevää tukea tähän geometrinen riskihypoteesi.4-9

ateroskleroosin geometrisen riskin käsitteelle keskeistä on oletus, että astian geometria vaihtelee väestössä riittävän laajasti. Hiljattain tehty analyysi lähes 3000 potilaan angiografioista eurooppalaisessa kaulavaltimon kirurgisessa tutkimuksessa (ECST) osoitti vakuuttavasti, että kaulavaltimon haarautuman halkaisija-ja pinta-alasuhteissa oli suuria yksilöllisiä eroja.10 huolimatta siitä, että sairauden sekundaariset vaikutukset geometriaan pyritään minimoimaan sulkemalla pois alukset, joissa on ≥30% stenoosia, kirjoittajat kuitenkin myöntävät, että varhaiset ateromatoottiset muutokset, joita ei voida havaita tavanomaisissa angiografioissa, ovat saattaneet johtaa anatomisen vaihtelun yliarviointiin. Rutiininomaiset kliiniset kokemukset viittaavat siihen, että laajentuneet ja mutkittelevat kaulavaltimot ovat yleisempiä vanhemmilla kuin nuorilla koehenkilöillä. Niinpä tavoitteenamme selvittää verisuonten hemodynamiikan ja ateroskleroosin välistä suhdetta ryhdyimme kvantitatiivisesti testaamaan hypoteesia, jonka mukaan nuorten aikuisten kaulavaltimon haarautumat todellakin vaihtelevat yksilöiden välillä vähemmän kuin vanhempien koehenkilöiden.

menetelmät

nuori ryhmä koostui 25 näennäisesti terveestä vapaaehtoisesta (24±4 vuotta; vaihteluväli 19-38 vuotta; 14 M:11 F). Kontrolliryhmä, johon kuului 25 vanhempaa koehenkilöä (63±10 vuotta; vaihteluväli 42-75 vuotta; 12 M:13 F) rekrytoitiin oireettomien potilaiden joukosta, joita seurattiin aivohalvausten ehkäisyn ja ateroskleroosin tutkimuskeskuksessa (Lontoo). Sisällyttämiskriteerit olivat ≤30% stenoosi kahdenkeskisesti aiemman duplex-ultraäänitutkimuksen perusteella, eikä magneettikuvaukselle ollut vasta-aiheita. Yliopistomme eettinen arviointilautakunta hyväksyi kokeellisen protokollan, ja kaikki koehenkilöt antoivat tietoisen suostumuksen.

vanhemman ryhmän demografiset ominaisuudet lähtötilanteessa olivat seuraavat: 14 (56%) oli hypertensiivisiä, 4 (16%) oli diabetes, 1 (4%) oli nykyinen tupakoitsija, 5 (20%) oli exsmokers, BMI oli 27, 6±2, 8 kg/m2, kokonaiskolesteroli 5, 44±1, 17 mmol/l, Triglyseridit 1, 97±1, 81 mmol/L ja plakin kokonaisalue 11 oli 0, 881±0, 611 cm2. Nuoren ryhmän väestötietoja ei kerätty.

kuvantaminen ja Lumen rekonstruktio

MRI tehtiin 1, 5-T Signa-skannerilla (GE Medical Systems) käyttäen molemminpuolisia vaiheistettuja ryhmäkeloja. Paikantamisen jälkeen molemmat kaulavaltimon haarautumat kuvattiin samanaikaisesti perifeerisesti aidatulla mustan veren MAGNEETTIKUVAUSPROTOKOLLALLA, joka sai keskimäärin 28×2 mm: n paksuisia, poikittaisia, vierekkäisiä viipaleita 0,313 mm: n nimellisellä tasoresoluutiolla. Skannausparametreihin kuuluivat 2D-pikakaiku, 8 cm: n paksuiset superior-ja inferior-värikylläisyyskaistat, 160×160 mm2-kuvakenttä, 512×384-hankintamatriisi, 2R-R-toistoaika, 15 ms: n kaikuaika ja 4 kaikujunan pituus. Kokonaishankinta-aika, mukaan lukien ensimmäinen paikantava skannaus, oli tyypillisesti 15 minuuttia per kohde.

luumenin rajat vasemman ja oikean yhteisen, sisäisen ja ulkoisen kaulavaltimon valtimoissa (CCA, ICA ja ECA) otettiin kustakin mustasta verikuvasta puoliautomaattisella tekniikalla.ECA: n 12 distaalista haaraa jätettiin ulkopuolelle niiden pienen koon vuoksi. Tuloksena oleva ääriviivojen pino muunnettiin automaattisesti binääriseksi kuvatilavuudeksi, jonka sisällä 3D-diskreetti dynaaminen contour13 puhallettiin 3D-lumenin geometrian määrittelemiseksi. Lisätietoja kaulavaltimon bifurkaation kuvantamisesta ja digitaalisesta rekonstruktiosta annetaan muualla.14

Geometrinen karakterisointi

kun jokainen 3D-lumenin geometria oli digitaalisesti rekonstruoitu, sille tehtiin uusi, täysin automatisoitu geometrinen karakterisointi. Aiemmissa tutkimuksissa aluksen mittoja ja suhdelukuja on mitattu useissa eri paikoissa, jotka on tyypillisesti määritelty jonkin nimellisetäisyyden perusteella käyttäjän tunnistamasta maamerkistä, kuten bifurkaation huipusta, ja usein vaihtelevat määritelmät tutkimuksesta toiseen. Tässä tutkimuksessa pyrimme tekemään mittauksia tiukempien ja objektiivisempien kriteerien pohjalta sekä minimoimaan operaattoriharhaa että edistämään geometristen määritelmien standardointia tulevia tutkimuksia varten.

kuten kuviosta 1a ilmenee, keskiviivat syntyivät ensin CCA: sta jokaiseen ICA: n ja ECA: n haaraan. Niiden määritelmän mukaan jokainen keskilinja isännöi keskipisteitä aloilla, joiden suurin säde on kirjoitettu alukseen. (Käytännössä maksimaalisesti merkityn pallon halkaisija on likimäärin astian vähimmäishalkaisija.) Näitä keskiviivakrakteja ja niihin liittyviä pallosäteitä käytettiin sitten bifurkaation alkuperän ja nimellisen tason tunnistamiseen ja astian jakamiseen sen 3 osahaaraan.15 Geometrinen karakterisointi eteni sitten tämän aluskohtaisen koordinaatiston suhteen.

määritelläksemme objektiiviset geometriset parametrit bifurkaatioille, joilla on eri muotoja ja kokoja, määrittelimme ensin etäisyyden metriikan keskilinjoja pitkin, perustuen maksimaalisesti kirjoitettuihin palloihin. Kuten kuvassa 1B, alkaen kunkin centerline alkuperä (eli CCA0, ICA0, ja ECA0) ja siirtymässä pois bifurkaatio, keskellä maksimaalisesti kirjoitettu pallo tangentti kunkin pisteen tunnistettiin (eli CCA1, ICA1, ja ECA1). Toistamalla tämä prosessi tuotti sarjan pisteitä välein 1 pallon säde toisistaan, mikä tarjoaa vankan ja objektiivisen analogi yleinen käytäntö tunnistaa aluksen sijainteja perustuu kiinteä määrä nimellinen aluksen halkaisijat tai säteiden.

bifurkaatiosta irtautuvien haarojen keskinäisten kulmien laskemiseksi määriteltiin ensin vektorit, jotka ulottuivat haaran alkulähteistä (CCA0, ICA0 ja ECA0) pisteeseen 1 pallon säde distaalisena (CCA1, ICA1 ja ECA1). Kuten kuvassa 1c esitetään, bifurkaatiokulma määriteltiin silloin yksinkertaisesti ICA-ja ECA-vektorien projektioiden väliseksi kulmaksi bifurkaatiotasolle. Vastaavasti ICA-kulma määriteltiin CCA-ja ICA-vektorien projektioiden väliseksi kulmaksi bifurkaatiotasolle, kun taas ICA-planaarisuus määriteltiin CCA-ja ICA-vektorien tason ulkopuolisten komponenttien väliseksi kulmaksi (Kuva 1D).

aluksen tortuositeetti laskettiin arvolla L / D−1, jossa kuvan 1a ICA: n havainnollistamana L on keskilinjan pituus alkulähteestä haaran päähän ja D on näiden 2 pisteen välinen Euklidinen etäisyys. Tortuositya voidaankin pitää mutkikkaan astian pituuden murto-osaisena lisäyksenä suhteessa täysin suoraan tiehen. Näin ollen 0,0: n tortuositeetti vastaa täysin suoraa alusta, kun taas 0,2: n tortuositeetti tunnistaa aluksen, joka on 20% pidempi kuin Lyhin etäisyys 2 pisteen välillä.

vertailun helpottamiseksi Schulzin ja Rothwellin läpimitta-ja pinta-alasuhdetietoihin tunnistettiin 10 poikkipinta-alaa ja läpimitta mahdollisimman kaukana bifurkaatiosta. Koska MAGNEETTIKUVAUSPROTOKOLLAMME aksiaalinen kattavuus on pienentynyt, niitä ei ollut aina mahdollista mitata kyseisen tutkimuksen mukaisissa kohdissa eli siinä, missä astian seinät ovat samansuuntaiset. Sen sijaan määritimme yksinkertaisesti yhdenmukaiset etäisyydet pallosädepohjaisen etäisyysmittarimme mukaan, jossa poikkipinta-alat laskettiin. Kuten kuvassa 1B esitetään, ne sijoitettiin kohtiin CCA3, ICA5 ja ECA1. (Nämä paikat valittiin yhdenmukaisiksi Goubergrits et al.16,17 tutkimuksessaan kaulavaltimon bifurkaatiosta.) Poikkipinta-alat määriteltiin kunkin haarapinnan leikkauspisteiden ja näiden vastaavien kohtien keskilinjoille normaalien tasojen avulla. Bifurkaatiopinta-alan suhde laskettiin ICA: n ja ECA: n alueiden summana jaettuna CCA: n pinta-alalla. ICA/CCA -, ECA/CCA-ja ECA / ICA-halkaisijasuhteet laskettiin vastaavien pinta-alasuhteiden neliöjuurena, mikä vastaa olettamusta, että (tyypillisesti ei-ympyränmuotoiset) astian poikkileikkaukset olivat saman pinta-alan ympyröitä.

skannauksen ja käyttäjän vaihtelun yhteisvaikutusta digilumen rekonstruktioiden tarkkuuteen on arvioitu aiemmin toistuvalla kuvantamisella ja analyysillä 3 iäkkäälle koehenkilölle, jotka kuvattiin 3 kertaa viikossa.18 geometristen parametrien toistettavuutta arvioitiin samalla tavalla tässä tutkimuksessa saatujen digitaalisten rekonstruktioiden avulla.

tilastollinen analyysi

kunkin geometrisen parametrin kohdalla ryhmiä verrattiin 2-suuntaisella sisäkkäisellä ANOVALLA. Aineistossa yksilöidenvälisen vaihtelun mahdollisiksi lähteiksi todettiin kaksi tekijää: ikäryhmä (nuori vs. vanhempi) ja sukupuoli, joten näiden välinen vuorovaikutus otettiin huomioon. Pesintä otettiin käyttöön sen vuoksi, että jokainen koehenkilö toimitti aineistoon 2 alusta. Koska eräät riippuvaiset geometriset muuttujat (bifurkaatiokulma, cca-tortuositeetti ja ICA-tortuositeetti) esittivät eri ikäluokkien välisiä SDs-arvoja (suhde >4), käytettiin käänteistä muunnosta korjaamaan niiden epätasa-arvoisia variansseja ennen analyysiä. Kahden ikäryhmän variansseja verrattiin systemaattisesti F-testeillä, joita varten alukset yhdistettiin samaan ikäryhmään sukupuolesta riippumatta. Vanhemmassa ryhmässä vertailutason demografisten tietojen vaikutusta kuhunkin geometriseen parametriin testattiin samalla tavalla käyttäen sisäkkäistä ANOVAA. Kaikki tilastolliset analyysit tehtiin käyttäen avoimen lähdekoodin R-kieltä ja-ympäristöä tilastolliseen laskentaan (versio 1.9). Merkitsevyyden oletettiin olevan tasolla P= 0, 05 / 9=0, 0056, mikä kuvastaa Bonferroni-menettelyn mukaisesti korjattua tavanomaista arvoa testattujen geometristen parametrien määrällä.

tulokset

nuorten ja vanhempien ryhmien rekonstruoidut kaulavaltimon bifurkaation lumengeometriat on esitetty kuvioissa 2 ja 3. Nuorten kaulavaltimon bifurkaatio on selvästi nähtävissä näytteille paljon vähemmän geometrinen vaihtelu verrattuna vanhemmat koehenkilöt, ja tämä on vahvistanut kuvaava tilastot geometristen parametrien tiivistetty taulukossa 1. Erityisesti F-testit osoittivat, että yksilöiden väliset vaihtelut nuorten kaulavaltimon bifurkaatiogeometriassa olivat huomattavasti pienempiä kuin vanhemmilla ryhmillä. ANOVA paljasti, että ikäryhmä (eli nuori vs. vanhempi) oli merkittävä vaikutus bifurkaatiokulma, ICA kulma, ja CCA tortuosity. Vanhemmassa ryhmässä lähtötilanteen väestötiedot eivät vaikuttaneet merkitsevästi geometrisiin parametreihin käyttämällä konservatiivista Bonferroni-korjattua P-arvoa 0, 0056; plakin kokonaispinta-ala vaikutti kuitenkin lähes merkitsevästi ICA:CCA-halkaisijan suhteeseen (P=0, 0095) ja siihen liittyvään bifurkaatiopinta-alan suhteeseen (P=0, 0058).

lopulta, kuten taulukossa 2 on tiivistetty, geometriset parametrit olivat erittäin toistettavissa, ja käyttöturvallisuustiedote on selvästi pienempi kuin vanhemmilla ryhmillä havaitut yksilökohtaiset vaihtelut ja lähellä tai pienempi kuin nuorilla ryhmillä.

Keskustelu

tutkimuksemme vahvistaa, että vanhempien koehenkilöiden kaulavaltimon bifurkaatiogeometriassa On todellakin suuria geometrisia vaihteluita, joilla on vain vähän tai ei lainkaan kaulavaltimotautia; nuorempien verisuonien geometrinen vaihtelu on kuitenkin huomattavasti vähäisempää. Tämä tukee kvantitatiivisesti anekdoottisia todisteita, jotka osoittavat astian geometrian suhteellisen homogeenisuuden nuorilla ja vanhemmilla koehenkilöillä. Se viittaa myös siihen, että ecst-tutkimuksen tiedot saattoivat todellakin sekoittua ateroskleroosin sekundaarisiin vaikutuksiin. Viime havainto välinen yhteys intimal paksuuntuminen ja ICA kulma origin9 voi myös sekoittaa vaikutukset ateroskleroosin, koska meidän kumppani tutkimus kaulavaltimon bifurkaatio antropometrics osoitti, että suunta kaulavaltimon bifurkaatio suhteessa sagittal taso kehon (määrä liittyy ICA kulma alkuperä) oli huomattavasti vähemmän vaihteleva nuorten vs. vanhempi ryhmä.19

potentiaaliset puutteet

huolimatta siitä, että kahden ryhmän välillä havaittiin voimakkaita merkittäviä eroja, on edelleen niin, että otoskokomme oli lähes 2 suuruusluokkaa pienempi kuin ecst-tutkimuksessa käytetty geometrisen vaihtelun kuvaus. F-testeissä ei kuitenkaan havaittu merkittävää eroa SDs: n ja ECST-tutkimuksen tulosten välillä, lukuun ottamatta pinta-alan suhdelukua (p<0, 0001). Parittomat t-testit paljastivat, että keskimääräinen läpimitta-ja pinta-alasuhteemme olivat huomattavasti korkeammat (p<0, 0001); tämä saattaa kuitenkin johtua mustan veren MAGNEETTIKUVAUSPROTOKOLLAMME suhteellisen rajoitetusta aksiaalisesta kattavuudesta. Tämän osoittamiseksi laskimme halkaisijan ja alueen suhteet yksityiskohtaisesta tutkimuksesta kaulavaltimon bifurkaatio diameters20: stä ja havaitsimme, että proksimaalisilta alueilta saadut suhteet, jotka suunnilleen vastaavat omaamme, olivat samalla tavalla korkeammat kuin distaalisilta alueilta saadut suhteet, jotka vastaavat tarkemmin ECST-tutkimuksessa määriteltyjä: 0.78 vs. 0.71 (ICA/CCA); 0.75 vs. 0.53 (ECA/CCA); 0.97 vs. 0.75 (ECA/ICA); ja 1.17 vs. 0.77 (pinta-alan suhde).

Tämä mittauspaikan valinnan vaikutus voidaan nähdä myös laajemmassa vertailussa tietojamme ECST-tutkimuksen ja goubergritsin ym.kuoleman jälkeisten mittausten tuloksiin.16,17 esitetty kuvassa 4: mittauksemme tehtiin tarkoituksella paikoissa, jotka ovat verrattavissa viimeksi mainituissa tutkimuksissa käytettyihin paikkoihin, ja voidaan nähdä, että niiden läpimitta-ja pinta-alasuhteet ovat verrattavissa vanhempaan ryhmäämme. F-testeissä ei myöskään havaittu merkittäviä eroja yksilöiden välisten vaihtelujen välillä näiden 2 ryhmän sisällä, kun taas parittomat t-testit osoittivat merkittäviä eroja ainoastaan ECA: ICA-halkaisijasuhteen keskiarvojen välillä (P=0,0015). Siksi päätämme, että tietomme, vaikka ne on poimittu suhteellisen pienestä otoksesta, edustavat laajempaa väestöä. Toisaalta toteamme, että näin pienet otoskoot eivät olisi riittäviä alusten geometrian ja perusdemografian välisten suhteiden selvittämiseen, mikä selittää, miksi emme pystyneet vahvistamaan sukupuoli21: n ja plakkabasden9: n merkittävää vaikutusta alusten geometriaan vanhemmassa ryhmässämme.

vaikutukset geometriseen Riskihypoteesiin

havaintojemme väistämätön seuraus on, että yksilöiden välinen vaihtelu kaulavaltimon bifurkaation geometriassa kasvaa ikääntymisen ja / tai sairauden myötä. Vaikka näitä kahta tekijää on vaikea erottaa toisistaan, on todettava, että ECST-tutkimuksen tiedot osoittivat samanlaista vaihtelua potilailla, joilla oli <30% stenoosi, ja potilailla, joilla ei ollut angiografiassa havaittavaa tautia. Tästä päättelemme, että geometrinen vaihtelu ei välttämättä kasva lievän sairauden etenemisen myötä, sillä muutoin odottaisimme näiden ryhmien olevan eri tasoisia yksilöiden välillä. Muutokset kaulavaltimon bifurkaatiogeometriassa heijastavatkin todennäköisemmin varhaisen, angiografisesti hiljaisen taudin vaikutusta tai yksinkertaisesti verisuonten vanhenemisprosessia. Tietomme eivät tee eroa näiden mahdollisuuksien välillä, vaikka plakin kokonaispinta-alan lähes merkittävä vaikutus ICA:CCA-halkaisijaan ja bifurkaatiopinta-alan suhdelukuihin viittaakin siihen, että kyseessä voi olla edellinen. Lisäksi toteamme, että ainoa Pitkittäinen tutkimus geometrinen riski ateroskleroosin totesi, että reisivaltimo, muutokset aluksen tortuosity edeltää (angiografisesti määritelty) ateroskleroosin kehitystä.22 nämä havainnot viittaavat vähintäänkin siihen, että kaulavaltimon bifurkaation geometria nuoruudessa ei välttämättä ennakoi sen tulevaa tilaa.

vaihtoehtoisesti on mahdollista, että nuorten aikuisten kaulavaltimon bifurkaatiogeometrioiden vaatimattomat yksilökohtaiset erot voivat edelleen aiheuttaa ateroskleroosin geometrisen riskin. Tämä johtuu siitä, että kaikessa geometriaan keskittymisessä geometrian indusoimat paikalliset hemodynaamiset voimat muodostavat geometrisen riskihypoteesin perustana olevan mekanistisen linkin. Paikallisten hemodynaamisten voimien herkkyyttä geometrialle arvostetaan laadullisesti, mutta kvantitatiivisesti sitä ei ymmärretä riittävän hyvin, jotta voitaisiin tietää, mitä ”suuret” tai ”vaatimattomat” yksilöiden väliset vaihtelut geometriassa tarkoittavat ateroskleroosin kannalta merkityksellisten hemodynaamisten parametrien yksilökohtaisten vaihteluiden kannalta. (Tämä on valmis muuttamaan ottaen huomioon viimeaikaisen kehityksen alalla laskennallisen fluid dynamics.23) silti uusittavuustietomme osoittavat, että luontainen vaihtelu kaulavaltimon bifurkaatiogeometriassa magneettikuvauksen avulla on suurin piirtein samaa luokkaa kuin yksilöiden välinen vaihtelu nuorella ryhmällä. Vaikka tämä vahvistaa, että tässä tutkimuksessa havaitut yksilöiden väliset vaihtelut—ja erityisesti merkittävät erot yksilöiden välisten vaihtelujen välillä 2 ryhmän sisällä—ovat todellisia eivätkä pelkästään seurausta luontaisesta mittausten vaihtelusta, se viittaa pienempään raja-arvoon, &30 vuotta vanha, siihen ikään, jossa geometrinen riski voitiin havaita käytännössä.

Yhteenveto

havaintomme osoittavat selvästi, että yksilöiden väliset vaihtelut kaulavaltimon bifurkaation geometriassa lisääntyvät merkittävästi ikääntymisen tai varhaisen ateroskleroottisen taudin etenemisen myötä. Ne eivät kuitenkaan todista tai kumoa ajatusta, että yksilön geometria voi ennustaa ateroskleroosin kehittymistä ja etenemistä. Sen sijaan ne viittaavat monimutkaisempaan verisuonten geometriaan, paikalliseen hemodynamiikkaan, verisuonten vanhenemiseen ja ateroskleroosiin, joiden selvittäminen vaatii melko varmasti tulevaisuudentutkimuksia.

olemme osoittaneet tässä, miten noninvasiivisen kuvantamisen ja 3D – kuvankäsittelyn yhdistelmää voidaan käyttää kuvaamaan aluksen geometriaa objektiivisesti ja toistettavissa olevalla tavalla.angiografian yleistyessä tällaisten prospektiivisten tutkimusten pitäisi olla mahdollisia erityisesti 30-60-vuotiaiden ikäryhmässä, kun geometriset vaihtelut näyttävät kehittyvän. Tätä silmällä pitäen olemme sijoittaneet geometriset luonnehdintatyökalumme julkiseen domain24: ään toivoen edistävämme geometristen määritelmien standardointia.uskomme, että tämä askel on ratkaisevan tärkeä tuleville laajamittaisille tutkimuksille ja meta-analyyseille, joiden tarkoituksena on tunnistaa paikallisia tekijöitä, jotka ennustavat verisuonten ikääntymistä.

alaviitteet