动脉粥样硬化内皮通透性和（不良）功能的定量 MRI

Summary

我们开发了一种准确、无创且易于使用的方法，使用名为 qMETRIC 的磁共振成像 （MRI） 来量化动脉中的内皮通透性和功能障碍。该技术能够在临床前模型和人类中评估与动脉粥样硬化相关的血管损伤和心血管风险。

Abstract

心血管疾病是全世界死亡的主要原因。可渗透/渗漏和功能失调的内皮被认为是血管损伤的最早标志物，并被认为会导致动脉粥样硬化。在临床上需要一种在 体内 识别这些变化的方法。基于磁共振成像 （MRI） 的工具和其他技术使人们能够深刻理解内皮在心血管疾病和 体内风险中的作用。然而，需要可重复且简单的方法来从单个成像研究中提取反映内皮损伤的可量化数据。开发了一种无创、易于实施的定量 MRI 工作流程来获取和分析图像，从而可以量化动脉内皮损伤的两个成像生物标志物（渗漏/通透性和功能障碍）。在这里，该方案描述了该方法使用临床 MRI 扫描仪在动脉粥样硬化 ApoE^-/- 小鼠的头臂动脉中的应用。首先，描述了使用白蛋白结合探针量化内皮渗漏的晚期钆增强 （LGE） 和改进的 Look-Locker 反转恢复 （MOLLI） T1 标测方案。其次，描述了响应乙酰胆碱的解剖学和定量血流序列，以测量内皮功能障碍。重要的是，此处概述的方法允许获取具有大体积覆盖范围的高空间分辨率 3D 图像，从而能够准确分割容器壁结构，以改善观察者之间和观察者内部的可变性，并提高可靠性和可重复性。此外，它提供定量数据，而无需为复杂的动力学建模提供高时间分辨率，使其独立于模型，甚至允许对高度移动的血管（冠状动脉）进行成像。因此，该方法简化并加快了数据分析。最后，该方法可以在不同的扫描仪上实现，可以扩展到对不同的动脉床进行成像，临床上适用于人类。这种方法可以通过采用精准医学方法用于诊断和治疗动脉粥样硬化患者。

Introduction

心血管疾病 （CVD） 仍然是全球死亡和发病的主要原因，占死亡人数的近三分之一^1，并且是终身残疾的原因，给医疗保健系统带来高昂的经济成本¹。在 CVD 中，缺血性心脏病和中风主要由动脉粥样硬化斑块引起。动脉粥样硬化是一种多因素疾病;然而，一个常见的标志是血管内皮细胞的早期损伤，导致动脉粥样硬化的形成、进展和最终并发症。完整的血管内皮具有基本的血管保护特性²。内皮通过控制细胞和分子在体循环和血管壁之间的易位来调节血管通透性;通过平衡血管扩张剂（例如一氧化氮、前列环素）和血管收缩剂（例如内皮素-1、血管紧张素 II）的产生来控制血管张力;并且还具有抗凝血特性。然而，在存在心血管危险因素（例如吸烟、高胆固醇、糖尿病、全身炎症、氧化应激）和血流血流动力学模式的情况下，内皮细胞的功能和通透性都会恶化。功能失调的内皮减少了响应压力源的血管舒张，从而增加了动脉僵硬。此外，可渗透/渗漏的内皮扩大了相邻细胞之间的紧密间隙连接 ^3,4,5,6,7。这种变化发生在管腔内皮和新形成的斑块微血管上，这些微血管看起来脆弱、渗漏和畸形⁸。可渗透的内皮细胞是血浆携带分子和细胞的入口点，加剧了心血管疾病的风险。

基于这些知识，在过去的 15 年中，内皮通透性和功能已成为一个有前途的成像和治疗靶点，可以更好地诊断有心血管疾病风险的受试者并评估已知或新药的效果。然而，内皮功能的直接和定量成像是有限的 9,10,11,12。目前，对体内内皮功能的大部分解释是基于对外周血管内皮依赖性扩张 （FMD） 的研究，其功能与导致临床事件的血管床中的动脉粥样硬化负荷呈适度相关 13,14,15。只有有限数量的影像学研究表明体内内皮功能障碍与动脉粥样硬化负荷之间存在直接联系 9,10,11,12。相反，更容易获得的基于 MRI 的方法使成像内皮通透性更广泛。使用 MRI 钆剂后血管壁信号增强百分比提供了内皮通透性的半定量测量^16,17。后来，动态对比增强 （DCE） 方案的发展允许对血管内皮通透性进行改进和更定量的测量。定量参数，例如从动力学建模得出的对比外渗率 （K^trans） 和微血管体积 （Vρ） 或从非建模方法中提取的曲线下面积 （AUC）、上坡、达到峰值的时间和峰浓度，不仅与内皮通透性相关，还与斑块血管分布相关 18,19,20.然而，尽管技术取得了重大进步，但血管 DCE 的应用仍然具有挑战性，因为:（i） 它需要高空间 （0.5-0.7 mm²） 和时间分辨率²¹ 才能准确描绘血管壁。对血液中造影剂的浓度进行采样以计算动脉输入功能也需要动力学建模，这导致需要权衡，要么限制解剖覆盖率^22,23 以获得时间分辨率，反之亦然^24,25;（ii） 数据分析可能需要复杂的药代动力学建模（例如，Patlak 与 Tofts）;（iii） 图像质量有限，扫描-重新扫描可重复性差，观察者间和观察者内的平均变异性^26,27。因此，仍然需要可重复和简单的方法来从单一影像学研究中提取内皮通透性和（异常）功能的直接和可量化数据，这些数据可能具有更好的临床效用。

在这里，我们开发了一种无创、易于实施的定量 MRI 来获取和分析图像，允许在一次扫描中使用动脉粥样硬化的临床前模型直接量化动脉内皮损伤的两个标志物（渗漏/通透性和功能障碍）。该方法被命名为 EndoThelial peRmeabI lity和 dysfunCtion 的 Q有效 MRI （qMETRIC）。它涉及在施用血管内白蛋白结合探针后获取晚期钆增强 （LGE） 和改进的 Look-Locker 反转恢复 （MOLLI） T1 标测方案，以量化内皮渗漏;以及获取解剖学和定量血流序列以测量内皮功能障碍，以响应乙酰胆碱推注。我们已经证明 qMETRIC 准确检测:动脉粥样硬化的严重程度和并发症的风险;治疗反应;并且可以适用于患者 ^5,6,7。重要的是，此处概述的方法允许采集高空间分辨率图像，以实现血管壁的准确分割，以最大限度地减少观察者之间/观察者内部的偏差，并通过较大的解剖覆盖率提高可靠性和可重复性。最后，这种方法可以适用于不同的扫描仪，并且可以扩展到对不同的动脉床（甚至冠状动脉）进行成像²⁸。简单的工作流程使心血管成像社区更容易使用这种方法。

Protocol

本研究的所有组成部分均根据 1986 年英国动物（科学程序）法案进行，并经伦敦国王学院伦理审查小组批准。

实验工作流程总结于 图 1 中。

1. 动物准备

1. 通过给 ApoE ^{- / -} 小鼠喂食含有 21% 猪油脂肪和 0.15% （wt/wt） 胆固醇的高脂肪饮食，平均长达 12 周，诱导动脉粥样硬化。
2. 在 29 G 针头胰岛素注射器中加入适当体积的造影剂 （gadofosveset trisordium），以达到 0.03 mmol/kg 的剂量。将进样量保持在 50-150 μL 之间。
3. 将笼子放在设置为 37 °C 的加热垫上，以预热动物并保持体温。
4. 通过将小鼠置于衬有吸收组织的诱导箱中来诱导麻醉。将流量计调整为 3%-5% 的异氟醚，以 1 L/min 的 O₂ 保持约 3-5 分钟。
   注意:通过识别减慢的呼吸频率来确保正确的麻醉深度，呼吸频率应降低到每分钟 70 次呼吸 （bpm） 以下。
5. 使用脚趾捏法确认麻醉（即，对脚趾捏的撤退反射丧失）。将动物转移到支架上，将其鼻子插入鼻锥中。将支架放在加热垫上以保持动物的体温。
6. 通过将支架中的麻醉气流设置为 1 L/min O₂ 的 1%-2% 异氟醚，维持通过鼻子输送的麻醉。
7. 在动物的眼睛上涂抹兽医药膏，以防止麻醉时干燥。
8. 将动物俯卧或侧放，然后用酒精棉签清洁尾巴。找到两条尾脉中的一条。如有必要，用紫外线灯加热尾巴，使尾脉更明显。
9. 将 29 G 胰岛素针平行于静脉插入，针头斜面朝上。轻轻注入含有 gadofosveset trisodium 的预装注射器的体积。拔针后确保注射部位无出血。
10. 等待 30 秒让 gadofosveset 循环，然后将鼠标转移到 MRI 床上。

2. 准备 MRI 扫描仪（见 图 1）

1. 用吸收性组织覆盖 MRI 台。
2. 将 MRI 单环接收器线圈放在 MRI 床上。使用平台抬起接收器线圈，避免接收器线圈与 MRI 台直接接触。
3. 使用手术胶带将线圈固定到平台上。
4. 将连接到循环加热泵的管道放在线圈周围并固定，并将其设置为 37 °C，以在成像过程中保持动物的体温。
5. 将麻醉输送管放入 MRI 扫描仪的孔中并用胶带粘住，使鼻锥到达接收器线圈的尖端，动物的头部将在那里放置。
6. 打开内侧摄像头以从控制台室监控动物。
7. 在 MRI 控制台室中，使用软件界面为动物（患者）开始新的研究。

3. MRI 扫描仪中的动物定位和监测（见 图 2）

1. 将麻醉的动物转移到扫描仪室。将鼠标置于接收器线圈上的俯卧位置，并确保其鼻子适合鼻锥以保持麻醉。以 1 L/min 的 O₂ 将麻醉气流转为 1%-1.5% 异氟醚。
2. 确保将动物放在 MRI 线圈上，其心脏和颈部区域位于接收器线圈的中心。
3. 用胶带将鼠标的鼻子固定在平台上的鼻锥、腹部和鼠标尾巴中。
4. 将四个电极放在前爪和后爪上，确保脚趾手掌完全打开以记录心电图 （ECG）。在连接 ECG 垫之前，在鼠标的爪子上使用 ECG 导电凝胶以提高导电性。
5. 确保使用胶带将电极牢固地连接到平台上。
6. 将扫描仪床的激光与心脏的底部（近端）对齐;使用锁骨和前爪线作为地标。使用自动 MR 表将动物定位在磁体的等中心。

4. MRI 图像规划和采集

1. 开始侦查扫描以运行 MRI 系统的标准校准。
2. 设置监测设备以检测心电图的 R 波。调整每个鼠标和成像会话中的阈值，以便进行可靠的触发。
   注意:深度麻醉下的小鼠心率通常在每分钟 400-600 次 （bpm） 之间。
3. 获取 3D 梯度回波扫描 （GRE） 以获得多平面飞行员图像（侦察图像）以规划其余扫描（MRI 采集参数见 表 1 ， 规划见图 3 ）。
4. 在侦察图像上识别心脏，尤其是在日冕视图上，最容易通过其流动伪影来识别。
   注意:如果图像显示鼠标在线圈或等中心位置没有很好地居中，请缩回鼠标床并重复定位。
5. 在从心脏底部延伸到颈部和颈动脉的横向平面上规划 3D 对比增强 MR 血管造影 （MRA） 扫描（MRI 采集参数扫描见 表 1 ，规划见 图 3 ），视野 （FOV） 为 8。
6. 使用最大强度投影 （MIP） 图像可视化主动脉弓、头臂动脉和颈动脉，并规划随后的晚期钆增强 （LGE）、T1 映射和电影扫描（代表性图像见 图 3 ）。
   注意:如果成像体积的水平不正确，请通过向近端或远端移动切片来重复采集。
7. MRI 图像采集以测量内皮通透性。
   1. 使用之前采集的 MIP 和横向 MRA 图像来规划垂直于升主动脉或颈动脉的单层 2D-Look-Locker （LL） 采集（MRI 采集参数扫描见 表 1 ，代表性图像见 图 3 ）。
   2. 使用模拟心电图信号时，将心率设置为 60 bpm，或设置消隐期，以确保在使用记录的心电图信号时，后续倒置恢复脉冲之间的倒置恢复脉冲为 1000 毫秒。
   3. 使用 Look-Locker 图像确定 LGE 扫描所需的血液信号归零的最佳反转时间 （TI）。
   4. LGE 成像:注射 gadofosveset 20-30 分钟后，在 LL 扫描后立即（在步骤 4.7.1-4.7.3 中描述）使用反转恢复 3D 快速梯度回波序列获取 LGE 扫描（MRI 采集参数见 表 1 ，代表性图像见 图 3 ）。
   5. 计划横向 3D 快速梯度回波 LGE 扫描以覆盖心脏底部（包括部分主动脉根部）、头臂动脉（主动脉根部与锁骨下分叉之间）和部分颈动脉，在脚头方向上具有 8 毫米视野 （FOV），使用与上述 MRA 相同的几何形状（参见图 3 代表性图像）。
   6. 当使用模拟 ECG 信号时，将心率设置为 60 bpm，或设置消隐期以确保在使用记录的 ECG 信号时，LGE 扫描每 1000 毫秒发生一次连续的倒位恢复脉冲（如上面的步骤 4.7.2）。
      注意:这对于在连续反转恢复脉冲之间一致且不受心率无关的磁化恢复非常重要。
   7. 将从 Look-Locker 获得的 T1 插入 Contrast > Inversion Delay 下的 LGE 序列中。
   8. T1 标测成像:使用 3D 快速梯度回波采集在注射 gadofosveset 后 45 分钟采集横向 T1 标测图像。以与上述 LGE 扫描相同的方向和几何形状规划序列（MRI 采集参数见 表 1 ，代表性图像见 图 3 ）。
   9. 使用模拟心电图时，将心率设置为 120 bpm，或设置消隐期，以确保在使用记录的心电图轨迹时，两个成像序列之间的反转恢复脉冲每 500 毫秒发生一次。
      注意:T1 映射序列使用两个非选择性反转脉冲，反转时间在 20-2000 毫秒之间，然后是八个单独图像的八个分段读数。两条成像轨迹的组合导致每个切片总共有 16 张图像，反转时间不同。使用三参数拟合模型在扫描仪上自动重建图像。用于生成 T1 参数化映射的方程式为:
      
      
8. MRI 图像采集以测量内皮功能
   1. 制备稀释的乙酰胆碱在盐水中溶液。在 29 G 针头胰岛素注射器中加入适当体积的溶液，以达到 （16.6 mg/kg）。将进样量保持在 50-150 μL 之间。
   2. 使用横向 MRA 和相应的 MIP 图像，在主动脉根部和锁骨下分叉之间，横跨头臂动脉放置一个横向切片（图 3 为代表性图像）。
   3. 使用横向 2D 梯度回波 （GRE） 和回顾性心电图门控来获取头臂动脉的时间分辨电影图像（MRI 采集参数见 表 1 ，代表性图像 见图 3 ）。
   4. 根据每只动物的心率调整最大心脏相位的数量。
      注意:通常，14 个心脏相位提供足够的时间分辨率。
   5. 获取基线图像后，进入 MRI 扫描仪室。当鼠标在扫描仪中麻醉时，轻轻地腹膜内注射乙酰胆碱 （IP）。避免在线圈上移动鼠标。
   6. 等待 6-10 分钟，让心率稳定并重复采集。
   7. 在成像程序结束时，将鼠标放回笼子里，并将笼子放在加热垫上进行恢复。
      注意:当小鼠恢复足够的意识以维持胸骨卧位时，它们就会恢复。
   8. 以医学数字成像和通信 （DICOM） 格式导出采集的图像，并使用开放平台图像分析软件。

5. MRI 分割和数据分析（见 图 4）

1. 将 Dicom 文件拖放到开放平台软件的数据库中以加载所有图像。
2. 使用 LGE 图像可视化血管壁中的造影剂摄取，并计算增强面积作为内皮细胞渗漏的替代标志物。
3. 选择 MRA 和逆位恢复扫描。按 Enter 键可并排加载这些图像。单击扫描名称旁边的小图标，然后将 MRA 图像拖放到 LGE 图像上。
4. 选择 选项 Re-sample （重新采样 ） 以使用 LGE 图像作为参考对 MRA 图像进行重新切片，以考虑切片厚度的差异。
5. 单击扫描名称旁边的小图标。将 LGE 图像拖放到 MRA 图像上（如上面的步骤 5.4 所示）。从菜单中，选择 Image Fusion 以叠加 LGE 和 MRA 图像。
6. 在工具栏中，单击 2D 查看器，然后选择 3D 位置面板。使用按钮手动校正平面内偏移，以考虑由于动物呼吸引起的潜在小位移。
7. 使用工具栏中的 Closed Polygon 工具手动分割容器壁的视觉增强部分。使用共同注册的 MRA 和 LGE 图像来指导分割。
8. 分割包含头臂动脉的所有 LGE 图像。
   注意:如果血管壁的增强具有扩散或斑驳的外观，请在每个切片中单独分割这些容器。
9. 单击工具栏中的 Plugins 按钮，选择 ROI Tools，然后选择 Export ROIs ，以导出电子表格中每个感兴趣区域 （ROI） 的分割区域 （mm²）。
10. 对每个切片的面积求和，以计算电子表格中头臂动脉增强的总面积。
    注意:增强的总面积可用作内皮通透性的定量标志物。
11. 使用在 MRI 扫描仪计算机上自动生成的 T1 图来计算血管壁的平均 T1 值，该值反映了 gadofosveset 摄取到血管壁中的量——这是内皮通透性的另一个定量标志。
12. 加载 MRA 和 T1 映射图像，并按照上述类似的方法（步骤 5.3-5.9）分割血管壁并提取 T1 值 （ms）。
13. 在电子表格中，将 T1 值反转并乘以 1000 以计算弛豫时间 R1 = 1/T1（以秒为单位）。计算覆盖每只动物头臂动脉的所有切片的平均 R1。
14. 加载相差血管造影图像和速度图，以分别计算心动周期期间血管面积和血流速度的变化。
15. 分割注射乙酰胆碱前后获得的图像，以计算内皮依赖性血管反应性，这是内皮（不良）功能的替代标志物。
16. 使用 ROI 选项卡中提供的半自动 生长区域 工具或使用工具栏中提供的 闭合多边形 选项（如步骤 5.7 中所述）分割血管造影图像中头臂动脉的管腔面积 （mm²）。
    注意:该半自动工具使用像素阈值，根据像素的信号强度对包含血池的像素进行聚类。
17. 使用 Close Polygon 工具分割相应的血流速度编码地图，以计算血流速度 （cm/s）。
18. 在电子表格中导出管腔面积 （mm²） 和血流速度 （cm/s）（如步骤 5.9 中所述），并确定与舒张末期（最大面积）和收缩末期（最小面积）心脏相位相对应的那些。
19. 使用表格电子表格计算内皮依赖性血管舒张（计算注射乙酰胆碱前后舒张末期 （ED） 管腔面积和血流速度的百分比变化）。使用以下公式:
    面积变化=
    流量变化=
20. 对于每只动物，将来自 LGE 图像、T1 图和乙酰胆碱测试的相应数据制成统计软件进行分析。

Results

在本报告中，证明了 Q有效 MRI 方法的应用开始测量动脉粥样硬化 ApoE^-/- 小鼠头臂动脉中的 EndoThelial peRmeabIlity 和（困难）乐趣Ction （qMETRIC）。该方法提供了内皮损伤的两个标志物 - 通透性和（异常）功能的直接和可量化数据，这些数据可以从单次成像过程中获得的体内血管壁扫描中提取。首先，LGE 用于测量血管壁增强的面积 （^{mm 3}），T1（或 R1）图用于量化施用 gadofosveset 后血管壁的松弛率 （^s-1），这两种通透性的替代标志物（参见图 5 的代表性结果）。在高脂饮食 4 周、 8 周± 12 周时，血管壁 R1 松弛速率分别为 2.42 ^s-1 ± 0.35 ^s-1 至 3.45 ^s-1 ± 0.54 ^s-1 至 3.83 ^s-1 至 0.52 ^s-1。相反，野生型 （R1 = 2.15 ± 0.34 s ^-1） 和他汀类药物处理的 ApoE ^{- / -} （R1 = 3.0 ± 0.65 s ^-1） 小鼠显示出较少的增强。在饲喂高脂饮食长达 12 个月的 ApoE^-/- 小鼠中，该研究表明，通过组织学分析、埃文思蓝染料和电子显微镜检查，内皮通透性在动脉粥样硬化进展过程中增加，这与 LGE 血管壁体积增加、血管壁 R1 松弛变化增加和乙酰胆碱注射后反常血管收缩一致⁵.相反，他汀类药物和其他内皮靶向治疗降低了内皮通透性和斑块大小，这反映在更小的 LGE 体积、更低的 R1 值 ^5,7 和改善血管舒张。机制上，gadofosveset 与血清白蛋白可逆结合。这导致探针的 T1 弛豫性增加^{5-6 倍 29} - 使其可以通过 MRI 以高灵敏度检测到。在这里，研究表明，与白蛋白结合，探针的摄取反映了内皮渗漏，因为它与 Evan 蓝染料的摄取相关——一种量化内皮渗漏的金标准离体方法（图 5）——和更宽的紧密间隙连接⁵。其次，证明了一个简单的测试可以测量对乙酰胆碱的反应中的内皮（异常）功能。在对照血管中，乙酰胆碱引起内皮依赖性血管舒张，导致动脉面积/体积和血流量增加。为了测量内皮（不良）功能，使用乙酰胆碱给药前后获得的心电图触发的血管造影图像。该研究计算了乙酰胆碱给药前后血管腔舒张末期面积（或体积）的变化。研究发现，与响应乙酰胆碱而血管舒张的正常血管不同，动脉粥样硬化血管表现出内皮依赖性血管舒张功能降低，表现为血管面积（或体积）变化减少，甚至表现为血管的反常血管收缩（图5）。有趣的是，他汀类药物治疗改善了内皮的血管舒张特性¹³。

图 1:动脉粥样硬化小鼠内皮通透性和（异常）功能成像的工作流程。 （A-B）首先麻醉小鼠，然后注射白蛋白造影剂。（C） 然后将小鼠转移到 MRI 线圈上，其中心电图垫用于监测心脏活动。（D-E）获取 MRI 图像以量化内皮通透性和（不良）功能，然后使用开放平台软件（使用 BioRender.com 创建）对其进行分析。请单击此处查看此图的较大版本。

图 2:使用临床 3 特斯拉 MRI 扫描仪对内皮通透性和（异常）功能进行动物定位和心电图监测。 （A-B）动物俯卧在表面线圈上，并使用可吸入异氟醚保持麻醉。沙袋用于稳定成像平台。（C-D）将心电图垫放在爪子上并连接到临床心电图模块以记录心脏活动。请单击此处查看此图的较大版本。

图 3:MRI 计划和图像采集，以量化动脉粥样硬化小鼠头臂动脉的内皮通透性和（异常）功能。 （A） 获取侦察图像以识别主动脉根部和颈动脉之间的解剖区域。（B） MR 血管造影用于可视化脉管系统并计划后续扫描。（C） 在头臂动脉水平获取 Look-Locker 图像，以确定在随后的钆增强图像 （LGE） 中消除来自血液的信号的合适时间延迟。（D） LGE 图像提供了血管壁增强的视觉评估。（E） T1 映射用于计算指示钆浓度的血管壁弛豫速率。（F） 乙酰胆碱给药后，量化血管壁的内皮依赖性血管舒张特性。 请单击此处查看此图的较大版本。

图 4:图像分割和分析以量化动脉粥样硬化小鼠头臂动脉中的内皮通透性和（不良）功能。 （A） 在 LGE 图像上手动分割血管壁以量化造影剂摄取的面积/体积。（B） 在 T1 映射上对血管壁进行分段，以计算血管壁 T1 松弛速率。（C） 在 MR 血管造影和血流编码图像上分割的血管壁用于通过计算最终变化的变化来研究血管壁的血管舒张特性 -
施用乙酰胆碱后的舒张期管腔面积（或体积）和血流。 请单击此处查看此图的较大版本。

图 5:动脉粥样硬化小鼠内皮通透性和（不良）功能 （qMETRIC） 的定量成像。 （A） LGE 图像和 R1 松弛图显示，在动脉粥样硬化进展期间，血管壁内白蛋白结合造影剂的摄取增加，他汀类药物治疗后有所改善。成像数据由 体外 Evan 蓝染料（一种白蛋白结合染料）的积累证实。（B） 响应乙酰胆碱给药的血管壁血管舒张特性的变化允许量化内皮依赖性血管舒张。对照血管血管舒张，而动脉粥样硬化血管对乙酰胆碱的反应而收缩，提示内皮损伤。他汀类药物治疗可改善内皮损伤。图中的「周」及「高脂肪饮食」分别代表「周」及「高脂肪饮食」。该图是从 Phinikaridou， A. et ^al.5 修改而来的。 请单击此处查看此图的较大版本。

扫描 / 序列	采集参数
侦查/飞行员扫描	3D，快速渐变回声 横向:FOV = 50 mm x 27 mm x 14 mm，矩阵 = 96 x 52，面内分辨率 = 0.5 mm x 0.5 mm，切片厚度 = 0.5 mm，TR/TE = 15/6.1 ms，翻转角度 = 30°，平均值 = 1 冠状度:FOV = 200 mm x 102 mm x 14 mm，矩阵 = 336 x 173，面内分辨率 = 0.5 mm x 0.5 mm，切片厚度 = 0.5 mm，TR/TE = 12/6 ms，翻转角度 = 30°，平均值 = 1
MRA 扫描	3D 快速梯度回波，FOV = 30 mm x 30 mm x 8 mm，矩阵 = 200 x 200，面内分辨率 =0.15 mm x 0.15 mm，切片厚度 = 0.5 mm，TR/TE = 15/6.1 ms，翻转角度 = 40°，平均值 = 1
Look-Locker 扫描	2D 快速梯度回波，FOV = 30 mm x 30 mm，矩阵 = 80 x 80，面内分辨率 = 0.38 mm x 0.38 mm，切片厚度 = 2 mm，TR/TE = 19/8.6 ms，后续红外脉冲之间的 TR = 1000 ms，翻转角 = 10°，平均值 = 1。
LGE 扫描	3D 快速梯度回波，FOV = 30 mm x 30 mm x 8 mm，矩阵 = 304 x 304，面内分辨率 = 0.1mm x 0.1 mm，测得的切片厚度 = 0.5 mm，切片 = 32，TR/TE = 28/8 ms，后续红外脉冲之间的 TR = 1000 ms，翻转角 = 30°，平均值 = 1。
T1 标测扫描	3D 快速梯度回波，FOV = 36 mm x 22 mm x 8 mm，矩阵 = 192 x 102，面内分辨率 = 0.18 mm x 0.22 mm，测得的切片厚度 = 0.5 mm，切片 = 16，TR/TE = 9.6/4.9 ms，翻转角 = 10°，平均值 = 1。
相差血管造影扫描	2D，快速梯度回波，FOV = 40 mm x 23 mm，矩阵 = 132 x 77，面内分辨率 = 0.3 mm x 0.3 mm x 1 mm，TR/TE = 9.8/4.9 ms，翻转角 = 30°，心相 = 14，平均值 = 6，流速（脚头方向）= 30 cm/s。

表 1:MRI 采集参数

Discussion

确定血管内皮健康是一种有吸引力的成像生物标志物，可能用于诊断动脉粥样硬化相关风险和监测治疗效果。此处概述的 qMETRIC 方案可用于在全面、快速且临床适用的 MRI 方案中可重复地定量内皮通透性/渗漏和（异常）功能。这种方法可以为现有的 DCE-MRI 方案提供更简单的替代或补充工具，用于量化内皮通透性。它还可以提供一种非侵入性工具，用于直接评估血管床（如冠状动脉和颈动脉）的内皮（异常）功能，而不是在受疾病影响较轻的外周动脉中使用侵入性技术或替代测量。使用这种方法测量内皮通透性可以以高空间分辨率（LGE 图像为 0.1 毫米，T1 映射为 0.22 毫米）覆盖主动脉、主动脉弓以及头臂动脉和颈动脉，这对于准确分割啮齿动物的血管壁至关重要。可以使用开源平台进行图像分析，并且只需要对血管壁进行简单的分割，而无需复杂的药代动力学建模。重要的是，该协议可以适应于许多不同的市售扫描仪中使用，并且可以扩展到用于不同的动物模型和人类。尽管该协议描述了使用临床扫描仪设置的方法，但 MRI 协议也可以在使用高场小动物扫描仪时实施。这些扫描仪通常提供倒位恢复、T1 标测和血管造影协议，这些协议可以使用或可以与扫描仪制造商合作编程。

为了获得准确和可重复的结果，应特别注意方案的一些关键步骤。首先，在临床扫描仪中对小动物进行成像时，需要合适的定制接收器线圈，以最大限度地提高信噪比以获得高图像质量。动物在线圈上的位置也很重要，避免动物和线圈之间出现分离和充满空气的空间，以提高信噪比。因此，应将感兴趣的解剖区域放置在线圈的中心，然后移动到磁体的等中心，以使其以最大的均匀性暴露在磁场中。其次，稳定、强大和准确的 ECG 信号对于可靠的成像触发/门控至关重要。这对于在特定时间点磁化强度的一致激励和图像采集窗口的时间以及获取准确的时间分辨图像（包括用于功能测试的舒张末期）非常重要。当用于高场强扫描仪时，基于小动物垫或针的电极是更合适的选择，与临床扫描仪相比，这些扫描仪的屏蔽效果更好。当这些选项用于临床现场扫描仪时，需要将 ECG 电缆翘曲在一起，以避免在 MRI Lamour 频率处形成谐振电路，这可能会在脉冲序列期间恶化 ECG 信号。或者，我们建议使用用于人体扫描的 ECG 模块和电极片，将电极片的尺寸调整为鼠标爪的尺寸，并用胶带对电极片进行额外稳定以提高导电性。第三，当造影剂仍在血液中循环时获取 LGE 图像时，选择正确的归零时间以有效抑制血池以勾勒血管壁至关重要。必须在每个 LGE 序列之前运行 Look-locker 序列，并且需要相应地调整反转延迟时间。第四，为了使用改进的 look-locker 反转恢复 （MOLLI） 序列进行准确和精密的 T1 映射，应实施所提出的图像采集方案以涵盖至少 20 ms 至 2000 ms 的反转延迟范围，以捕获短和长 T1 物种。最后，MRI 数据的分割必须严格且严格的标准，以避免在面积/体积和 T1 值计算中出现观察者内部和/或观察者间的偏差。

与 DCE-MRI 不同，此处描述的程序不提供造影剂在血管壁中冲洗和冲洗的动力学数据。相反，它提供了注射白蛋白结合造影剂 gadofosveset 后特定时间点内皮通透性的快照。然而，从这些时间点提取的定量数据与其他白蛋白染料高度相关，例如 Evan 蓝染料，它被认为是测量内皮通透性和增加的内皮间隙连接宽度的金标准。从机制上讲，gadofosveset 的白蛋白结合和未结合部分都足够小，可以通过内皮连接的裂缝并导致 MRI 信号增强。此外，未结合的组分在进入血管壁后也可能与斑块内白蛋白结合并导致信号增强。据观察，当以临床剂量注射 gadofosveset 时，血管壁的松弛度为 r₁≈17 mmol/L/s。与游离组分 （r₁≈6.6 mmol/L/s） 相比，该值更接近白蛋白结合组分 （r₁≈25 mmol/L/s） 的报告值^5,29。

这种成像方法的未来应用包括不同动物模型和其他动脉节段的基础科学研究，以及使用该方法评估对现有或新型药物的生物反应。研究可以横断面或纵向进行，以分别收集机制和结果数据。简单的工作流程使这种方法易于访问并且在临床上也适用于人类。这种方法对人类颈动脉和外周动脉成像的适应迫在眉睫，但将这种方法应用于冠状动脉成像需要图像采集、重建和运动校正方面的进一步进步，目前正在开发^{中 30,31}。

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
乙酰胆碱	Sigma Aldrich	A6625- 100G， 16.6 mg/kg
麻醉设备	全身麻醉服务	全身麻醉服务
循环加热泵	美国赛默飞世尔科技	BOM：152510101
心电图导电凝胶 （Nuprep）	Waever and Company，美国	10-30-T
心电图监测模块	Invivo， USA	REF 0700-1002
Gadofosveset trisordium （Vasovist/ Ablavar）	Lantheus Medical Imaging Inc， North Billerica， MA， USA	0.03 mmol/kg
高脂肪饮食	特殊饮食服务，英国威瑟姆	21% 猪油脂肪，0.15% （wt/wt） 胆固醇
诱导盒	Vet Tech Solutions Ltd
胰岛素注射器	BD Biosciences	0.5 mL，29 G
OsirixX 软件	OsiriX 基金会，瑞士日内瓦		开源平台
飞利浦 Achieva MRI 扫描仪（3 特斯拉）	Philips Healthcare，荷兰贝斯特	临床梯度系统（30 mT m-1， 200 mT m-1 ms-1）
单–环形表面显微镜接收器线圈	Phillips Hamburg	直径 = 23 mm	定制