observasjonen av at aterosklerotiske plakk har en tendens til å forekomme nær arterielle bifurkasjoner og bøyninger har ført til den allment aksepterte oppfatningen at hemodynamiske krefter spiller en viktig rolle i utviklingen og progresjonen av aterosklerose.1 fordi disse kreftene bestemmes primært av fartøyet geometri, har det blitt foreslått at enkelte individer kan være høyere risiko for å utvikle aterosklerose i kraft av deres spesielle vaskulær geometri.2 en tidlig studie viste liten forskjell mellom grendiametre og vinkler målt fra plane angiogrammer av normale og syke karotidarterier; 3 imidlertid har etterfølgende studier av en rekke forgreningskar, inkludert karotid bifurkasjonen, gitt kvalifisert støtte til denne geometriske risikohypotesen.4-9

Sentralt i begrepet geometrisk risiko for åreforkalkning er antakelsen om at fartøyets geometri varierer tilstrekkelig i befolkningen. En nylig analyse av angiogrammer fra nesten 3000 pasienter i European Carotis Surgical Trial (ECST) viste overbevisende at det var store interindividuelle variasjoner i diameter og arealforhold for carotis bifurkasjonen.10 til tross for forsøk på å minimere de sekundære effektene av sykdom på geometri ved å ekskludere fartøy med ≥30% stenose, innrømmet forfatterne imidlertid at tidlige atheromatøse endringer som ikke kunne påvises i konvensjonelle angiogrammer, kunne ha ført til en overvurdering av den anatomiske variasjonen. At dette kan ha vært tilfelle, foreslås av rutinemessig klinisk erfaring at dilaterte og tortuøse karotisarterier er hyppigere hos eldre versus unge personer. Derfor, mot vårt mål om å belyse forholdet mellom vaskulær hemodynamikk og aterosklerose, satte vi oss for å teste kvantitativt hypotesen om at karoten bifurcations av unge voksne faktisk utviser mindre interindividuell variabilitet enn hos eldre fag.

Metoder

den unge gruppen besto av 25 tilsynelatende friske frivillige (24±4 år; rekkevidde, 19 til 38 år; 14 M: 11 F). En kontrollgruppe på 25 eldre personer (63±10 år; rekkevidde, 42 til 75 år; 12 M:13 F) ble rekruttert blant asymptomatiske pasienter som ble fulgt ved Stroke Prevention and Atherosclerosis Research Centre (London). Inklusjonskriteriene var ≤30% stenose bilateralt basert på tidligere tosidig ultralydundersøkelse og ingen kontraindikasjoner FOR MR. Ethics review board of our university godkjente eksperimentell protokoll, og alle fagene ga informert samtykke.

Baseline demografiske karakteristika for den eldre gruppen var som følger: 14 (56%) var hypertensive, 4 (16%) hadde diabetes mellitus, 1 (4%) var en nåværende røyker, 5 (20%) var exsmokers, BMI var 27,6±2,8 kg/m2, totalt kolesterol var 5,44±1,17 mmol/L, triglyserider var 1,97±1,81 mmol/L og totalt plakkområde11 var 0,881±0,611 cm2. Demografiske data ble ikke samlet inn for den unge gruppen.

Imaging og Lumen Rekonstruksjon

MR ble utført på en 1,5-T Signa skanner (GE Medical Systems) ved hjelp av bilaterale faset array spoler. Etter lokalisering ble begge halspulsårene avbildet samtidig med en perifert inngjerdet mr-protokoll med svart blod, som i gjennomsnitt fikk 28×2 mm tykke, tverrgående, sammenhengende skiver med 0,313 mm nominell oppløsning i planet. Skanneparametere inkluderte 2d fast-spin ekko, 8 cm tykke overlegne og mindreverdige metningsbånd, 160×160 mm2 synsfelt, 512×384 oppkjøpsmatrise, 2r-R repetisjonstid, 15 ms ekkotid og 4 ekko toglengde. Total oppkjøpstid, inkludert den første lokaliseringsskanningen, var vanligvis 15 minutter per emne.Lumen grenser for venstre og høyre felles, interne og eksterne carotis (CCA, ica, og eca, henholdsvis) ble ekstrahert fra hver av svart blod bildene ved hjelp av en halvautomatisk teknikk.12 Distale grener AV ECA ble utelukket på grunn av deres lille størrelse. Den resulterende bunken av konturer ble automatisk konvertert til et binært bildevolum, der EN 3d diskret dynamisk kontur13 ble oppblåst for å definere 3d lumen geometri. Ytterligere detaljer om bildebehandling og digital rekonstruksjon av karoten bifurkasjon er gitt andre steder.14

Geometrisk Karakterisering

når digitalt rekonstruert, hver 3d lumen geometri ble utsatt for en roman, helautomatisk geometrisk karakterisering. I tidligere studier har fartøyets dimensjoner og forhold blitt målt på en rekke steder, typisk definert i form av noen nominell avstand fra et brukeridentifisert landemerke som bifurcation apex og ofte varierende i definisjon fra studie til studie. I denne studien forsøkte vi å gjøre målinger basert på strengere og objektive kriterier, både for å minimere operatørforstyrrelser og for å oppmuntre til standardisering av geometriske definisjoner for fremtidige studier.

som illustrert I Figur 1a ble senterlinjer først generert fra CCA til hver av ica-og ECA-grenene. Ifølge deres definisjon er hver senterlinje vert for sentrene av sfærer med maksimal radius innskrevet i fartøyet. (I praksis nærmer diameteren av en maksimalt innskrevet sfære fartøyets minste diameter. Disse sentralene og deres tilhørende sfæreradier ble deretter brukt til å identifisere opprinnelsen og det nominelle planet til bifurkasjonen og å splitte fartøyet i dets 3 bestanddeler.15 Geometrisk karakterisering fortsatte deretter med hensyn til dette fartøyspesifikke koordinatsystemet.

For å definere objektive geometriske parametere for bifurkasjoner med forskjellige former og størrelser, definerte vi først en avstandsmåling langs senterlinjene basert på de maksimalt innskrevne kulene. SOM illustrert I Figur 1b, med utgangspunkt i hver midtlinjeopprinnelse (dvs.CCA0, ICA0 OG ECA0) og beveger seg bort fra bifurkasjonen, ble midten av den maksimalt innskrevne sfæretangenten til det respektive punktet identifisert (dvs. CCA1, ICA1 og ECA1). Gjenta denne prosessen produsert en rekke punkter fordelt 1 sfære radius fra hverandre, og dermed gi en robust og objektiv analog til vanlig praksis for å identifisere fartøy steder basert på et integrert antall nominelle fartøy diameter eller radier.

for å beregne de gjensidige vinklene til grenene som kommer fra bifurkasjonen, ble grenretninger først definert som vektorer som strekker seg fra grenenes opprinnelse (CCA0, ICA0 og ECA0) til en punkt 1 sfære radius distal (CCA1, ICA1 og ECA1, henholdsvis). Som illustrert I Figur 1c ble bifurkasjonsvinkelen definert som vinkelen mellom projeksjonene av ica-og ECA-vektorene på bifurkasjonsplanet. På SAMME måte ble ica-vinkelen definert som vinkelen mellom projeksjonene AV CCA-og ICA-vektorer på bifurkasjonsplanet, mens ica-planaritet ble definert som vinkelen mellom ut-av-plan-komponentene TIL CCA-og ICA-vektorene (Figur 1d).

Vessel tortuosity ble beregnet Som L/D−1, hvor, som illustrert For ICA I Figur 1a, l er lengden på midtlinjen fra opprinnelsen til enden av grenen, Og D er Den Euklidiske avstanden mellom disse 2 punktene. Tortuosity kan, derfor, bli tenkt på som brøk økning i lengden av kronglete fartøyet i forhold til en helt rett vei. Således tilsvarer en tortuositet på 0,0 et helt rett fartøy, mens en tortuositet på for eksempel 0,2 identifiserer et fartøy som er 20% lengre enn den korteste avstanden mellom 2 poeng.

for å lette sammenligning med diameter-og arealforholdsdata For Schulz Og Rothwell ble 10 tverrsnittsarealer og diameter identifisert så langt som mulig fra bifurkasjonen. På grunn av den reduserte aksialdekningen som er tilgjengelig fra VÅR SPESIELLE MR-protokoll, var det ikke alltid mulig å måle disse på steder i samsvar med den studien, nemlig hvor fartøyets vegger er parallelle. I stedet, vi bare definert konsistente avstander, i form av vår sfære-radius-baserte avstand metrisk, hvor tverrsnittsarealer ble beregnet. Som illustrert I Figur 1b ble disse plassert PÅ PUNKTENE CCA3, ICA5 og ECA1. (Disse stedene ble valgt for å være i samsvar med De som Brukes Av Goubergrits et al.16,17 i sine studier av carotis bifurcation.) Tverrsnittsarealer ble definert av skjæringspunktet mellom hver grenflate med fly som er normale til midtlinjer på disse respektive punktene. Bifurkasjonsområdet ble beregnet som summen av ica-og ECA-områdene, delt PÅ CCA-området. Ica/CCA, ECA/CCA og ECA / ICA-diameterforhold ble beregnet som kvadratroten av de respektive arealforholdene, tilsvarende å anta at de (vanligvis ikke-sirkulære) fartøyets tverrsnitt var sirkler med tilsvarende område.

den kombinerte effekten av scan – to-scan og operatørvariabilitet på presisjonen av de digitale lumenrekonstruksjonene har tidligere blitt vurdert ved gjentatt avbildning og analyse av 3 eldre forsøkspersoner som hver er avbildet 3 ganger hver med ukentlige intervaller.18 Reproduserbarhet av de geometriske parametrene ble tilsvarende vurdert her ved hjelp av de digitale rekonstruksjonene fra den studien.

Statistisk Analyse

for hver geometrisk parameter ble grupper sammenlignet med 2-veis nestet ANOVA. To faktorer ble identifisert som potensielle kilder til interindividuell variasjon i dataene, nemlig aldersgruppe (ung versus eldre) og kjønn, og så ble samspillet mellom disse inkludert. Nesting ble introdusert for å redegjøre for det faktum at hvert fag bidro med 2 fartøy til dataene. Fordi noen av de avhengige geometriske variablene (bifurcation angle, CCA tortuosity og ICA tortuosity) presenterte forskjellige SDs mellom aldersgrupper (ratio >4), ble en invers transformasjon brukt for å korrigere for deres ulik avvik før analysen. En systematisk sammenligning av variansene i de 2 aldersgruppene ble utført Ved Hjelp Av f-tester, hvor fartøyene ble samlet inn i samme aldersgruppe uavhengig av kjønn. Innenfor den eldre gruppen ble effekten av baseline demografiske data på hver geometrisk parameter testet på samme måte ved bruk av nestet ANOVA. Alle de statistiske analysene ble utført ved hjelp av open-source r språk og miljø for statistisk databehandling (versjon 1.9). Signifikansen ble antatt På et Nivå På P= 0,05 / 9=0,0056, som reflekterer den vanlige verdien korrigert, I Henhold Til Bonferroni-prosedyren, ved antall geometriske parametere som ble testet.

Resultater

komplett sett av rekonstruert carotis bifurkasjon lumen geometrier for unge og eldre grupper er presentert i Figur 2 og 3, henholdsvis. Den unge carotis bifurcation er tydelig sett til å vise mye mindre geometrisk variasjon sammenlignet med de eldre fagene, og dette er bekreftet av beskrivende statistikk for de geometriske parametre oppsummert I Tabell 1. Spesielt viste f-tester at interindividuelle variasjoner i unge carotis bifurcation geometrier var signifikant lavere enn for den eldre gruppen. ANOVA viste at aldersgruppering (dvs. ung versus eldre) hadde en signifikant effekt på bifurkasjonsvinkelen, ica-vinkelen og CCA-tortuositeten. Innenfor den eldre gruppen var det ingen signifikante effekter av baseline demografi på de geometriske parametrene ved bruk av den konservative Bonferroni-korrigerte p-verdien på 0,0056; det var imidlertid en nesten signifikant effekt av totalt plakkområde på ica:CCA-diameterforholdet (P=0,0095) OG det relaterte bifurkasjonsområdet (P=0,0058).

til slutt, som oppsummert I Tabell 2, var geometriske parametere svært høye.reproduserbar, med sds godt under de respektive interindividuelle variasjonene observert for den eldre gruppen og nær eller under de av den unge gruppen.

Diskusjon

vår studie bekrefter at det er, faktisk, store geometriske variasjoner i carotis bifurcation geometrier av eldre personer med liten eller ingen carotis arterie sykdom; imidlertid, yngre fartøy utviser betydelig mindre geometrisk variasjon. Dette støtter kvantitativt anekdotiske bevis som indikerer den relative homogeniteten av fartøyets geometri hos unge versus eldre fag. Det antyder også at data FRA ECST-studien faktisk kan ha blitt forvirret av sekundære effekter av aterosklerose. Det nylige funnet av en sammenheng mellom intimal fortykkelse og ica-opprinnelsesvinkelen 9 kan også ha blitt forvirret av effektene av aterosklerose, fordi vår ledsagerstudie av karotid bifurkasjonsantropometri viste at orientering av karotid bifurkasjonen i forhold til kroppens sagittalplan (en mengde relatert til ica-opprinnelsesvinkelen) var signifikant mindre variabel i den unge versus eldre gruppen.19

Potensielle Mangler

Til Tross for at sterke signifikante forskjeller ble sett mellom de 2 gruppene, forblir det at vår utvalgsstørrelse var nesten 2 størrelsesordener mindre enn den som ble brukt til å karakterisere geometrisk variabilitet i ECST-studien. Likevel viste F-tester ingen signifikant forskjell mellom Våre SDs og de som er avledet FRA ECST-studien, bortsett fra tilfelle av arealforhold(P <0,0001). Uparede t-tester viste at våre gjennomsnittlige diameter-og arealforhold var signifikant høyere(P <0,0001); dette kan imidlertid tilskrives den relativt begrensede aksiale dekningen av VÅR svarte BLOD MR-protokoll. For å demonstrere dette beregnet vi diameter-og arealforhold fra en detaljert undersøkelse av carotis bifurkasjonsdiametere 20 og fant at forhold som stammer fra proksimale steder som omtrent tilsvarer våre, var tilsvarende høyere enn de som er avledet fra distale steder som samsvarer mer med DE som er definert for ECST-studien: 0,78 versus 0,71 (ICA/CCA); 0,75 versus 0,53 (ECA/CCA); 0,97 versus 0,75 (ECA / ica); og 1,17 versus 0,77 (arealforhold).

denne effekten av valg av målested kan også ses i den bredere sammenligningen av våre data med DE AV ECST-studien og postmortem-målinger Av Goubergrits et al.16,17 presentert i Figur 4: våre målinger ble bevisst gjort på steder sammenlignbare med de som brukes i sistnevnte studier, og det kan sees at deres diameter og arealforhold er sammenlignbare med de av vår eldre gruppe. F-tester viste på samme måte ingen signifikante forskjeller mellom de interindividuelle variasjonene i disse 2-gruppene, mens uparede t-tester viste signifikante forskjeller bare mellom eca:ica-diameterforholdet (P=0,0015). Derfor konkluderer vi med at våre data, til tross for at de er hentet fra et relativt lite utvalg, er representative for en bredere befolkning. På den annen side bemerker vi at slike små utvalgsstørrelser ville være utilstrekkelige for å belyse forhold mellom fartøyets geometri og baseline demografi, noe som forklarer hvorfor vi ikke kunne bekrefte en signifikant effekt av sex21 og plakkbelastning på fartøyets geometri i vår eldre gruppe.

Implikasjoner for Den Geometriske Risikohypotesen

den uunngåelige implikasjonen av våre funn er at interindividuell variasjon i geometrien til karoten bifurkasjon øker med aldring og / eller sykdom. Selv om det er vanskelig å skille disse 2 faktorene, bemerker vi at data fra ECST-studien viste lignende nivåer av variasjon hos pasienter med <30% stenose og pasienter uten sykdom tydelig på angiografi. Fra dette antyder vi at geometrisk variabilitet ikke nødvendigvis øker med utviklingen av mild sykdom, for ellers forventer vi at disse gruppene skal ha forskjellige nivåer av interindividuell variasjon. Endringer i carotis bifurcation geometri er derfor mer sannsynlig å reflektere påvirkning av tidlig, angiografisk stille sykdom eller ganske enkelt den vaskulære aldringsprosessen. Våre data skiller ikke mellom disse mulighetene, selv om den nesten signifikante effekten av totalt plakkområde PÅ ICA:CCA diameter OG bifurcation arealforhold antyder at den tidligere kan være tilfelle. Videre bemerker vi at den eneste longitudinelle studien av geometrisk risiko for aterosklerose konkluderte med at for lårarterien var endringer i fartøyets tortuositet forut (angiografisk definert)atheroskleroseutvikling.22 i det minste antyder disse observasjonene at geometrien til halspulsåren hos ungdom ikke nødvendigvis forutser dens fremtidige tilstand.

Alternativt er det mulig at de beskjedne interindividuelle forskjellene i carotis bifurcation geometrier hos unge voksne fortsatt kan gi opphav til en geometrisk risiko for aterosklerose. Dette er fordi, for alt fokus på geometri, er det de lokale hemodynamiske kreftene indusert av geometri som gir den mekanistiske lenken som ligger til grunn for den geometriske risikohypotesen. Følsomheten til lokale hemodynamiske krefter til geometri er godt verdsatt i kvalitativ forstand, men ikke tilstrekkelig godt forstått kvantitativt for å vite hva «store» eller «beskjedne» interindividuelle variasjoner i geometri betyr når det gjelder interindividuelle variasjoner i de hemodynamiske parametrene som er relevante for aterosklerose. (Dette er klar til å endre gitt den siste utviklingen innen beregningsfluiddynamikk.23) likevel indikerer våre reproduserbarhetsdata at iboende variabilitet I DEN ikke-invasive karakteriseringen AV karotid bifurkasjonsgeometri VED MR er omtrent av samme rekkefølge som interindividuell variabilitet i den unge gruppen. Selv om dette bekrefter at nivåene av interindividuelle variasjoner observert i denne studien-og spesielt de signifikante forskjellene mellom interindividuelle variasjoner innenfor de 2 gruppene – er reelle og ikke bare en refleksjon av iboende målevariabilitet, foreslår det en nedre grense, &30 år gammel, på alderen der geometrisk risiko kunne oppdages praktisk.

Sammendrag

våre funn viser tydelig at interindividuelle variasjoner i geometrien til carotis bifurkasjon øker betydelig med aldring eller tidlig aterosklerotisk sykdomsprogresjon. De har imidlertid ikke bevise eller motbevise ideen om at en persons geometri kan forutsi utvikling og progresjon av aterosklerose. Snarere peker de på en mer kompleks sammenheng mellom vaskulær geometri, lokal hemodynamikk, vaskulær aldring og aterosklerose, hvor avklaringen nesten helt sikkert vil kreve prospektive studier.Vi har vist her hvordan kombinasjonen av ikke-invasiv bildebehandling og 3d-bildebehandling kan brukes til å karakterisere fartøyets geometri på en objektiv og reproduserbar måte; og med den økende bruken AV mr-angiografi, bør slike prospektive studier være mulige, spesielt i aldersgruppen 30 til 60 år når geometriske variasjoner ser ut til å utvikle seg. Med dette i tankene har vi plassert våre geometriske karakteriseringsverktøy i det offentlige domenet24 med håp om å oppmuntre til standardisering av geometriske definisjoner, et skritt vi tror vil være avgjørende for fremtidige storskala studier og meta-analyser som tar sikte på å identifisere lokale faktorer som prediktive for vellykket vaskulær aldring.

Fotnoter