实验犬放射性心脏损伤心肌代谢-灌注显像及超微结构损伤研究

摘要

目的：
　　放射性心脏损伤（Radiation induced heart disease，RIHD）是由胸部肿瘤放疗引起的迟发性不良反应之一，可增加患者心脏病病死率，部分抵消放疗产生的生存受益。近年来RIHD逐渐引起临床关注，目前仍缺乏RIHD特异检查方法及监测指标，本研究拟探讨可早期诊断及监测RIHD的方法。
　　1.构建实验犬放射性心脏损伤模型及无创性评价方法。
　　2.分析18F-FDG PET/CT显像前不同准备方法对Beagle犬心肌18F-FDG生理性摄取的影响，为本实验确定合适实验条件。
　　3.利用18F-FDG PET/CT显像监测实验犬心肌局部照射后代谢改变，同期对照观察心肌超微结构改变，分析照射后心肌代谢变化与病理损伤关系及代谢改变可能发生机制，探讨18F-FDG PET/CT检查在监测RIHD中的潜在价值。
　　4.利用13N-NH3 PET/CT心肌灌注显像（myocardial perfusion imaging,MPI）监测实验犬心肌局部照射后灌注以及左室功能改变，同期对照观察心肌病理损伤，分析心肌照射后灌注改变与病理损伤关系，以及RIHD的可能发生机制，评估13N-NH3 PET/CTMPI在监测早期RIHD中的潜在价值。
　　方法：
　　1.取健康成年一岁龄雄性Beagle犬8只，心脏照射前行18F-FDG PET/CT心肌代谢显像，然后行CT模拟定位，勾画心室前壁作为照射靶区，给予20Gy适形放疗（6MV-X线），照射3个月后行同条件下18F-FDG PET/CT心肌代谢显像，观察照射前后心肌代谢变化情况，计算照射区/非照射区的SUV比值(SUVig/SUVnig)，发现与照射野一致的代谢增高区视为造模成功；处死动物，大体病理观察照射区与非照射区心脏变化情况，取照射区和非照射区正常心肌作HE染色，光镜观察心肌及血管损伤情况。
　　2.将24只Beagle犬随机分为短时间(12 h)禁食+高糖（SF-GS）组、短时间禁食（SF）组、长时间(18 h)禁食（PF）组和短时间禁食+高脂餐（SF-HF）组，每组各6只犬，行18F-FDG PET/CT心肌代谢显像。图像质量分为4个等级：0级为不摄取；1级为轻度(或部分心肌)摄取；2级为心肌摄取且显像基本清晰，但不均匀；3级为心肌完全均匀摄取且显像清晰。在PET/CT融合图上选择左心室为ROI并测定SUVmax。评价心肌18F-FDG摄取程度，比较各组间心肌18F-FDG图像质量、SUVmax及血糖水平(注射显像剂前测定)间的差异。
　　3.将36只Beagle犬随机分为对照组（n=18）和照射组（n=18），照射组在图像引导下对实验犬左室前壁行单次20Gy照射，而对照组不进行照射。实验犬于照射前1周及照射后3、6、12个月时以12h禁食+高脂餐显像前准备行18F-FDG PET/CT心脏显像检查，并计算照射区/非照射区的SUV比值(SUVig/SUVnig)。完成18F-FDG PET/CT心脏显像检查后在各个时间点分别从两组随机选择6只实验犬，而后处死取离体心脏，进行病理检测观察超微结构改变。
　　4.取36只正常1岁龄雄性Beagle犬，按随机数表法将Beagle犬完全随机分为对照组（n=18）和照射组（n=18），照射组在图像引导下对实验犬左室前壁行单次20Gy照射，而对照组不进行照射。两组实验犬分别于照射前1周及照射后3、6、12个月行13N-NH3 PET/CT心肌灌注显像。照射组实验犬在完成13N-NH3 PET/CT MPI检查后1周行冠状动脉造影（Coronary Angiography，CAG）检查。照射后3个月、6个月及12个月分别从两组随机选择6只实验犬，而后处死取离体心脏，进行病理检测。
　　结果：
　　1.根据PET/CT显像及病理结果，8只Beagle犬均产生了RIHD。与照射前相比，照射后3个月实验犬前壁照射野内心肌代谢均明显增强，代谢增加区域与照射靶区匹配良好。照射3月后处死动物，取心脏肉眼观察8只均可见照射区外表苍白，一只出现心包积液，一只照射区局部心包粘连，横断切开心肌，照射野处质硬，呈灰白瘢痕状，病理观察照射区心肌可见退变，血管肿胀，周围向外渗透，与未照射区有明显差异。
　　2. SF-GS组心肌显像完整均匀(2级2只，3级4只)，SF组心肌显像组内差异变化较大，常不均匀(2级4只，1级、3级各1只)；PF组(0级3只，1级2只，2级1只)与SF-HF组(0级4只，1级2只)心肌几乎不显影；各组间心肌18F-FDG显像质量分级差异有统计学意义(H=16.83，P<0.01)。PF组SUVmax(3.01±0.97)与SF-HF组SUVmax(2.84±1.15)明显低于SF-GS组(14.76±4.72)与SF组(10.91±2.48)(F=69.84, P<0．01)。PF组血糖水平(4.18±0.27)mmol/L与SF-HF组血糖水平(4.25±0.58)mmoL/L也明显低于SF-GS组(5.80±0.56)mmoL/L与SF组(4.91±0.51)mmoL/L(F=13.58, P<0.01)。
　　3.照射前对照组及照射组所有实验犬以及照射后3、6、12个月对照组实验犬心肌几乎不显影；与对照组及照射前相比，照射组照射后3个月、6个月及12个月，照射区心肌代谢增加，照射区与非照射区SUVig/SUVnig比值增高，心肌代谢增高区域均位于照射野内，但是随着时间的延长，心肌代谢增高区域逐渐缩小。电镜检查发现，照射后3个月，照射区心肌超微结构出现损伤，照射后6个月，损伤进一步加重，照射后12个月，出现损伤修复改变。
　　4.与对照组及照射前相比，照射组照射后3个月，照射区心肌血流灌注增加；照射后6个月，照射区血流灌注减低；照射后12个月，照射区灌注缺损。照射前及照射后3个月，对照组及照射组左心室射血分数值(Left Ventricular Ejection Fraction,LVEF)无统计学差异；照射后6个月，照射组与对照组相比，LVEF减低（50.0±8.1％vs.59.3±4.1%,P=0.016）；照射后12个月，照射组与对照组相比，LVEF明显减低（47.2±6.7%vs.57.4±3.3%, P=0.002）。照射组与对照组在照射前及照射后3、6、12个月冠状动脉造影检查均未见狭窄。照射组照射后3个月未观察到局部室壁运动异常，照射后6个月，左室5/20个节段室壁运动异常，在照射后12个月，左室11/20个节段室壁运动异常，这些室壁运动异常节段位于照射野及其邻近区域。病理学检查发现照射区辐射诱导的心肌退变、微血管损伤及间质纤维化随着时间的延长进行性加重。
　　结论：
　　1.20Gy适形照射左室前壁心肌可构建稳定、可靠的RIHD模型，18F-FDG PET/CT可用于验证RIHD模型是否构建成功。
　　2.PET/CT代谢显像前准备方法不同，心肌显影质量不同，在进行18F-FDG PET/CT检查前，根据检查目的，采用不同准备方法以增强或抑制心肌18F-FDG的生理性摄取，提高图像质量，避免误诊及漏珍。
　　3.18F-FDG PET/CT代谢显像有助于RIHD的早期发现与诊断，心肌受照后照射区域FDG摄取异常时，提示有可能发生RIHD，应注意密切随访。
　　4.13N-NH3 PET/CT MPI能够动态监测RIHD早期阶段心肌灌注异常改变及功能异常。在监测及评估RIHD方面，13N-NH3 PET/CTMPI可能是一个有价值的方法。

目录

声明

常用缩写词中英文对照表

前言

第一部分 实验犬放射性心脏损伤模型构建与评价

1 材料与方法

2 结 果

3 讨 论

4 结 论

第二部分 PET/CT代谢显像前不同准备方法对正常Beagle犬心肌 18F-FDG生理性摄取的影响

1 村料与方法

2 结 果

3 讨 论

4 结 论

第三部分 Beagle犬心肌局部照射后18F-FDG PET/CT代谢改变及超微结构损伤研究

1 村料与方法

2 结 果

3 讨 论

4 结 论

第四部分 13N-NH3 PET/CT成像检测Beagle犬心肌局部照射后灌注改变及其形成机制

1 村料与方法

2 结 果

3 讨 论

4 结 论

参考文献

综述:放射性心脏损伤研究进展

致谢

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附图