CN106999122B - 血管周围组织表征方法 - Google Patents

血管周围组织表征方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106999122B
CN106999122B CN201580048868.1A CN201580048868A CN106999122B CN 106999122 B CN106999122 B CN 106999122B CN 201580048868 A CN201580048868 A CN 201580048868A CN 106999122 B CN106999122 B CN 106999122B
Authority
CN
China
Prior art keywords
radiodensity
quantitative
perivascular tissue
perivascular
wall
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201580048868.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106999122A (zh
Inventor
C·安东尼亚德斯
A·安东诺普洛斯
S·纽鲍尔
K·钱农
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oxford University Innovation Ltd
Original Assignee
Oxford University Innovation Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oxford University Innovation Ltd filed Critical Oxford University Innovation Ltd
Publication of CN106999122A publication Critical patent/CN106999122A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106999122B publication Critical patent/CN106999122B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/52—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/5211—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving processing of medical diagnostic data
    • A61B6/5217—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving processing of medical diagnostic data extracting a diagnostic or physiological parameter from medical diagnostic data
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02—Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03—Computerised tomographs
    • A61B6/032—Transmission computed tomography [CT]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/50—Clinical applications
    • A61B6/504—Clinical applications involving diagnosis of blood vessels, e.g. by angiography
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H50/00—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
    • G16H50/30—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for calculating health indices; for individual health risk assessment

Abstract

本发明定义了使用由计算机断层(CT)扫描收集的数据对血管周围脂肪组织进行体积表征的方法。对血管周围脂肪组织进行体积表征使得能通过CT扫描建立潜在血管的炎性状态。这在冠状动脉和血管疾病的诊断、预后和治疗中是有用的。

Description

血管周围组织表征方法
发明领域
本发明涉及血管周围组织及其表征方法。
背景技术
血管周围脂肪组织(PVAT)包围(冠状)动脉并且可参与动脉粥样硬化斑块形成的局部刺激。可使用多种技术来对PVAT进行定量，包括，例如，超声波心动描记术、计算机断层扫描(CT)和磁性共振成像(MRI)。PVAT的量与代谢性综合征的一些参数相关，包括增加的腰围、高甘油三酯血症和高血糖症、以及冠状动脉粥样硬化。PVAT已经长期已知分泌促炎蛋白质并且诱导动脉壁发炎。对血管壁中动脉粥样硬化的病理的长期理解是其是外部刺激的，并且提出PVAT在这种过程中起到关键作用。
动脉粥样硬化是其中动脉壁由于白细胞的侵入和累积导致动脉壁增厚的进行性过程。这种炎症过程导致在含有活白细胞、死细胞碎片和沉积的脂肪(包括胆固醇和甘油三酯)的血管壁内产生斑块。
稳定的动脉粥样硬化斑块(其往往无症状)一般在胞外基质和平滑肌细胞中富集，同时不稳定的斑块在巨噬细胞和泡沫细胞中富集，并且将病灶与动脉腔(也称为纤维帽)分开的胞外机制通常是弱的并且易于破裂。纤维帽的破裂最终在腔内诱导血栓形成，并且这种血栓可阻塞动脉或脱离，移到循环中并且最终阻塞较小的下游血管造成血栓栓塞。慢性膨胀的斑块通常无症状直至血管闭塞(狭窄)足够严重使得向下游组织供应的血液不足。动脉粥样硬化数十年无症状，因为动脉在所有斑块位置扩大并且血流不会立即受到影响。事实上，斑块破裂也无症状，除非它们导致足够动脉变窄或者封闭，阻断通向不同器官的血流以诱导症状。一般而言，该疾病仅在患者经历其他心血管疾病如中风或心脏病时被诊断出。有症状的动脉粥样硬化一般与40岁的男性和50-60岁的女性相关。亚临床上，该疾病在儿童期开始出现，并且可注意到的迹象在青春期开始发展。虽然冠状动脉疾病在男性中比女性更普遍，大脑动脉的动脉粥样硬化和中风对两种性别有同等影响。
动脉粥样硬化可能导致负责向心脏输送含氧血液的冠状动脉中的狭窄，并且这可能产生症状，如心绞痛、呼吸浅短、出汗、恶心、头晕或晕眩、呼吸暂停或心悸。心脏心律失常也可由心脏缺血引发。导致向脑和颈供应血液的颈动脉中狭窄的动脉粥样硬化可产生症状如感觉虚弱、无法直接思考、说话困难、变得头晕并且难以行走或直立、视力模糊、脸部、手臂和腿部麻木、严重头痛和丧失知觉。这些症状也可能存在于中风中，其由通向大脑的动脉的明显狭窄或闭塞引起，导致脑缺血和脑细胞死亡。向腿、手臂和骨盆供应血液的外周动脉也可能受到影响。症状可包括受影响的肢体麻木，以及疼痛。斑块形成也可能出现在肾动脉中，其向肾脏提供血液。斑块出现和累积导致减少的肾脏血流和慢性肾病，其向所有其他区域一样，一般是无症状的直至晚期。
炎症在动脉粥样硬化中起到关键作用(Ross R(1999).动脉粥样硬化-一种炎性疾病(Atherosclerosis-an inflammatory disease).N Engl J Med 340(2)：115-26；和Major AS和Harrison DG(2011).何物煽风点火：对动脉粥样硬化和糖尿病中炎症机制的理解(What fans the fire：insights into mechanisms of inflammation inatherosclerosis and diabetes mellitus).Circulation 124(25)：2809-11)并且可在早期精确检测血管炎症的形式将能够进行更好的心血管风险分层和实施合适治疗介入。依赖于全身血浆生物标记物(例如，C-反应蛋白、促炎性细胞因子)评价血管炎症的现有工具不与动脉粥样硬化的过程直接相关(Weintraub WS，and Harrison DG(2000).C-反应蛋白，炎症和动脉粥样硬化：我们是否真的理解它？(C-reactive protein，inflammation andatherosclerosis：do we really understand it yet？)Eur Heart J 21(12)：958-60)，并且提供了与局部血管生物过程非常弱的相关性(Lee R，Margaritis M，Channon KM，andAntoniades C(2012).评价人心血管疾病中的氧化应激：方法方面和考虑(Evaluatingoxidative stress in human cardiovascular disease：methodological aspects andconsiderations).Current medicinal chemistry 19(16)：2504-20；和Margaritis M，Antonopoulos AS，Digby J，Lee R，Reilly S，Coutinho P，Shirodaria C，Sayeed R，Petrou M，De Silva R等(2013).血管壁和血管周围脂肪组织之间的相互作用揭示了脂连蛋白在调节人血管中内皮一氧化氮合成功能中的作用(Interactions between vascularwall and perivascular adipose tissue reveal novelroles for adiponectin in theregulation of endothelial nitric oxide synthase functionin human vessels).Circulation 127(22)：2209-21)。此外，现有的成像工具(侵入性的如血管内超声/光学相干断层摄像或者非侵入性的如计算机断层扫描(CT)血管造影/氟脱氧葡萄糖(18F)-正电子发射断层扫描)无法提供对人冠状动脉中血管炎症的可靠信息(Fifer KM，Qadir S，Subramanian S，Vijayakumar J，Figueroa AL，Truong QA，Hoffmann U，Brady TJ，和Tawakol A(2011).正电子发射断层扫描测量周围18F-氟脱氧葡萄糖摄取与组织学上确定的颈动脉斑块炎症相关(Positron emission tomography measurement of periodontal18F-fluorodeoxyglucose uptake is associated with histologically determinedcarotid plaque inflammation).Journal of the American College of Cardiology 57(8)：971-6)。冠状动脉钙评分(CCS)是仅有的非侵入性成像标记物，其在初步预防上有预测价值(Greenland P，LaBree L，Azen SP，Doherty TM和DetranoRC(2004).冠状动脉钙评分与Framingham评分组合用于无症状个体的风险预测(Coronary artery calcium scorecombined with Framingham score for riskprediction in asymptomaticindividuals).Jama 291(2)：210-5)，但其描述了血管壁的不可逆转的结构变化，并且其不是由降低心血管风险的介入改变(例如，他汀类)(Alexopoulos N，Melek BH，Arepalli CD，Hartlage GR，Chen Z，Kim S，Stillman AE和Raggi P(2013).在高脂血症绝经后妇女中繁重对比中等脂质降低治疗对心外膜脂肪组织的影响：BELLES试验的亚研究(超过核准的用EBT扫描的脂质降低)(Effect of intensive versus moderate lipid-lowering therapyon epicardial adipose tissue in hyperlipidemic post-menopausal women：asubstudy of the BELLES trial(Beyond Endorsed Lipid Lowering with EBTScanning)).Journal of the American College of Cardiology 61(19)：1956-61)。可能克服这些限制并且非侵入性检测血管炎症的新成像生物标记物将在对冠状动脉疾病的临床研究和风险分层中有无法衡量的价值(Hoefer IE，Steffens S，Ala-Korpela M，Back M，Badimon L，Bochaton-Piallat ML，Boulanger CM，Caligiuri G，Dimmeler S，EgidoJ等(2015).用于动脉粥样硬化中生物标记物发现的新方法(Novelmethodologies forbiomarker discovery in atherosclerosis).Eur Heart J 2015年6月5日.pii：ehv236[电子出版先于印刷出版])。
最近已经显而易见的是，血管炎症和氧化应激具有影响PVAT的生物学的能力，由于血管壁释放能够对相邻PVAT施加旁分泌影响的介质(参见，例如，Margaritis等，Circulation 2013；127(22)：2209-21)。这种观察与经典理论相反，按照经典理论，PVAT向血管壁递送旁分泌信号。现在理解PVAT的生物学通过从其周围的血管中接收的信号成形，并且PVAT的表征可提供关于血管的生物学和健康的有用信息。
脂肪组织释放向血管壁施加内分泌或旁分泌的广泛生物活性分子(AntoniadesC，Antonopoulos AS，Tousoulis D和Stefanadis C(2009).脂连蛋白：从肥胖到心血管疾病(Adiponectin：from obesity to cardiovascular disease).Obesity reviews：anofficial journal of the International Association for the Study of Obesity 10(3)：269-79)，但是我们最近提出脂肪组织和血管壁之间的交流是双向的(Margaritis M，Antonopoulos AS，Digby J，Lee R，Reilly S，Coutinho P，Shirodaria C，Sayeed R，Petrou M，De Silva R等(2013).Circulation 127(22)：2209-21；和Antonopoulos AS，Margaritis M，Coutinho P，Shirodaria C，Psarros C，Herdman L，Sanna F，De Silva R，Petrou M，Sayeed R等(2015).脂连蛋白作为2型糖尿病和人动脉壁中血管NADPH氧化酶活性之间的连接：血管周围脂肪组织的调节作用(Adiponectin as a link between type 2diabetes and vascular NADPH oxidase activity in the human arterial wall：theregulatory role of perivascular adipose tissue).Diabetes 64(6)：2207-19)。脂肪组织的生物学性质很大程度上受到小的不成熟前-脂肪细胞向大的充分分化的脂肪细胞的分化程度的驱动，其在胞内脂质液滴中富集(Ntambi JM和Young-Cheul K(2000).脂肪细胞分化和基因表达(Adipocyte differentiation and gene expression).The Journal ofnutrition 130(12)：3122S-6S)。前-脂肪细胞的分化由PPAR-γ活化协调，这是一种由外源性炎症抑制的转录因子(Bassols J，Ortega FJ，Moreno-Navarrete JM，Peral B，Ricart W和Fernandez-Real JM(2009).人分化的网膜脂肪细胞的促炎性作用研究(Study of theproinflammatory role of human differentiated omental adipocytes).Journal ofcellular biochemistry 107(6)：1107-17)。没有已建立的非侵入性方法来监测人脂肪组织中的脂肪细胞尺寸。
之前通过计算机断层扫描分析人脂肪组织储库的量的努力仅在通过成像评价PVAT质量上产生有限的数据。已经报告了一种这类评价冠状动脉周围脂肪组织的“质量”的尝试(Konishi等，Atherosclerosis 2011)。在该研究中，在2D CT图像中任意选择的10mm2面积中对“脂肪组织密度”进行定量，并且使用由任意定义为落入冠状动脉壁5mm以内的PVAT，任意定义为落入冠状动脉壁超过10mm的非血管周围脂肪组织(非-PVAT)确定的放射密度值来限定冠状动脉周围CT梯度(PDG)。这种方法保留了易于出现对象偏差的定量，由于其依赖于分析CT图像数据以选择用于分析的合适区域的个体的判断。尽管这种血管疾病有高发生率和无症状性质，仍然迫切需要允许对PVAT进行客观非侵入性表征的工具。可用的技术提供关于血管周围PVAT的量的信息，但是该数据并不表征测量的PVAT并且其无法在病变之间区分。因此，需要用于精确表征血管周围PVAT的特异且灵敏的工具。
发明内容
本发明基于发明人的以下惊人发现，血管炎症和氧化应激能够影响PVAT的生物学，因为血管壁释放能够对相邻PVAT施加旁分泌影响的介质。本发明提供了使用从计算机断层扫描收集的数据对血管周围组织进行体积表征的方法，并且也提供了这类方法在鉴定和诊断血管疾病中的用途。本发明提供的方法不依赖于PVAT的体积，并且因此较不易于受到的与脂肪组织膨胀相关的干扰因素的影响，并且通过考虑血管直径，它们使得能够监测可能在发生血管疾病之前出现的PVAT的早期变化。
根据第一方面，本发明提供了使用从沿血管长度的计算机断层(CT)扫描收集的数据对血管周围组织进行体积表征的方法，该方法包括：对血管周围组织的一个或多个同心层各自的放射密度进行定量；并且确定定量放射密度值中的一个或多个是否高于或低于基线放射密度值。
根据第二方面，本发明提供了使用从沿血管长度的CT扫描收集的数据对血管周围组织进行体积表征的方法，该方法包括：确定血管周围组织的一个或多个同心层各自的定量放射密度相较基线放射密度的倍数变化相对于离血管的外壁直至终点距离的距离的曲线；确定由定量放射密度的倍数变化曲线和基线放射密度曲线相对于离血管的外壁直至终点距离的距离所限定的区域的面积；并且将所述面积除以在离血管外壁一定距离处测量的定量放射密度，其中该距离小于血管的半径并且是离血管外表面的距离，脂肪组织的定量放射密度在其上与相同类型的无疾病血管中的脂肪组织的基线放射密度相比降低超过5％，其中脂肪组织的基线放射密度是从外血管壁周围的前1mm厚的层确定的值。根据其他方面，本发明提供了使用从沿血管长度的CT扫描收集的数据对血管周围组织进行体积表征的方法在心血管诊断中的用途，该方法包括：对血管周围组织的一个或多个同心层各自的放射密度进行定量；并且确定定量放射密度值中的一个或多个是否高于或低于基线放射密度值。
附图说明
参考以下表格和附图描述本发明，其中：
图1显示了右冠状动脉的体积表征。在来自70个对象的冠状动脉CT血管造影术中，在右冠状动脉的近端部分(RCA，距离右口1cm)中，在40mm距离上扫描血管壁：没有冠状动脉疾病的对象(无CAD，n＝10)，有右冠状动脉疾病(RCA)疾病的CAD患者(CAD RCA，n＝10)，没有RCA疾病的CAD患者(CAD无RCA，n＝8)，冠状动脉旁路移植(CABG)后的RCA疾病的患者(CABG RCA，n＝29)和没有RCA疾病的CABG后患者(CABG无RCA，n＝13)。血管周围组织被分割成1mm厚的连续同心层，其从动脉的外壁向外延伸20mm距离。计算各单个层的放射密度值并且针对各组离RCA外壁的距离进行作图。放射密度在所有组中随着与RCA壁的距离增加而降低，但是放射密度降低的模式在组间明显不同。从重复测量ANOVA来计算P-值。
图2显示了各种疾病状态的右冠状动脉周围的血管周围脂肪组织的放射密度模式变化。针对右冠状动脉的外壁周围的各同心的1-mm厚层计算脂肪组织的放射密度值并且以相对于离血管外壁的距离的倍数变化作图。A)无CAD＝没有冠状动脉疾病的对象(n＝10)，B)RCA-CAD＝有RCA疾病的患者(n＝10)，C)无-RCA CAD＝患有CAD但没有RCA疾病的患者(n＝8)，D)CABG RCA CAD＝冠状动脉旁路移植(CABG)后的患有RCA疾病的CAD患者(n＝29)，和E)CABG无-RCA CAD＝CABG后没有RCA疾病的CAD患者(n＝13)。
图3显示了体积血管周围表征指数(VPCI-i)预测存在冠状动脉疾病。通过使用通过y＝1作为基线的水平线，使用右冠状动脉周围的血管周围脂肪组织的放射密度变化相对于离血管外壁的距离的曲线(图2)来计算曲线下面积(AUC)(放射密度表示为倍数变化)。基线下的AUC给定为正值，而基线上的AUV给定为负值，绘制成各组患者(A-E)的阴影面积。使用AUC的代数和除以PVAT的放射密度的绝对值来计算各组的VPCI-i(脂肪组织位于外周血管壁周围等于血管半径的距离上)。VPCI-i20(A)和VPCI-i10(B)在患者组间显著不同。用
Figure BDA0001242924780000071
通过用于在5组间比较的邦弗朗尼校正之后使用针对[距离]x[组]交互作用的双因素ANOVA来进行VPCI-i20和VPCI-i10的统计学比较。*p＜0.05对比无CAD组。
图4显示了体积血管周围表征分数(VPCS)和冠状动脉钙化之间的结合。具有较高VPCS的冠状动脉血管与增加的冠状动脉壁钙化体积相关。钙定义为HU值＞600的血管壁的所有体素。用于在3组间比较的邦弗朗尼校正之后单因素ANOVA的P-值。(I＜2，II：2-8，III＞8)。
图5显示了作为连续变量的VPCI和作为类别变量的VPSC(I＜2，II：2-8，III＞8)与潜在冠状动脉中的纤维斑块的总体积显著相关。纤维斑块定义为具有65-260HU的定量放射密度值的血管壁的那些体素。
图6显示了冠状动脉疾病患者中血管周围脂肪组织和斑块特征之间的相关性。42个冠状动脉疾病患者通过冠状动脉CT血管造影术扫描作为AdipoRedOx研究的部分。在纤维斑块的体积与PVAT(A)而不是非-PVAT(B)的密度之间有非常明显的正相关，表明更靠近人动脉的PVAT变化与更高体积的纤维斑块相关。PVAT和非-PVAT的密度上的差(VPCI)是冠状动脉纤维斑块体积的预测物(C)。坏死核心定义为具有-1至64HU的放射密度值的血管壁的体素，纤维斑块定义为具有65至260HU的放射密度值的血管壁的体素，并且钙定义为具有超过600HU的放射密度值的血管壁的全部体素。P-值衍生自用于在3组间比较的邦弗朗尼校正之后的ANOVA。
图7显示了冠状动脉疾病患者中体积血管周围组织表征分数值和斑块特征之间的相关性。在42个冠状动脉疾病患者上进行冠状动脉CT血管造影术作为AdipoRedOx研究的部分。在造影增强CT图像中计算右冠状动脉的体积血管周围表征分数(VPCS)与坏死核心体积和动脉壁钙化体积。在VPCS和冠状动脉壁钙化延伸之间存在正相关(A)。也存在随着更高体积的VPCS有更高体积的坏死核心的趋势，虽然这并没有达到统计学显著(B)。坏死核心被定义为具有-1至64HU的放射密度值的血管壁的那些体素，并且钙定义为具有超过600HU的放射密度值的血管壁的全部体素。P-值衍生自用于在3组间比较的克鲁斯卡尔-沃利斯检验。
图8显示了在右冠状动脉的40mm段周围的血管周围组织表征(分析起点，离右口1cm)。显示了对应于血管周围脂肪组织PVAT，-190HU至-30HU)，对应于水(-15HU至+15HU)和对应于非脂肪组织(+15至+120HU)的体素。血管周围组织被分割成1mm厚的连续同心层，其从动脉的外壁向外延伸至20mm距离。各同心层中PVAT的定量放射密度绘制成针对离外血管壁的距离的与基线放射密度相比的倍数变化(B)。基于血管的半径，PVAT与非-PVAT(nPVAT)区分并且计算体积血管周围表征指数。曲线下面积(AUC，灰色阴影区域)除以PVAT的定量放射密度得到VPCI-ia指数，而PVAT的定量放射密度和nPVAT的定量放射密度之间的差是VPSC指数。血管周围组织的含水量曲线(标识为各同心层C中PVAT体积的体积％)也可用于评价血管周围组织的含水量，作为血管周围组织炎症的次级指数。
图9显示了左前降支动脉的40mm段周围的血管周围组织表征的示例，分析的起点离左主干的分支1cm。显示了对应于PVAT(-190HU至-30HU)，对应于水(-15HU至+15HU)和对应于非脂肪组织(+15至+120HU)的体素(A)。血管周围组织被分割成1mm厚的连续同心层，其从动脉的外壁向外延伸至20mm距离。PVAT定义为位于等于血管半径的距离内的脂肪组织，并且各同心层中PVAT的定量放射密度绘制成针对离血管外壁的距离与基线放射密度相比的倍数变化(B)。
图10显示了左回旋支动脉的40mm段周围的血管周围组织表征的示例，分析的起点离左主干的分支1cm。显示了对应于PVAT(-190HU至-30HU)，对应于水(-15HU至+15HU)和对应于非脂肪组织(+15至+120HU)的体素(A)。血管周围组织被分割成1mm厚的连续同心层，其从动脉的外壁向外延伸20mm距离。PVAT定义为位于等于血管半径的距离内的脂肪组织，并且各同心层中PVAT的定量放射密度绘制成针对离血管外壁的距离与基线放射密度相比的倍数变化(B)。
图11显示了腹主动脉段周围的主动脉旁脂肪组织的体积表征。血管周围组织被分割成1mm厚的连续同心层，其从主动脉的外壁向外延伸20mm距离(A)。计算各单个层的放射密度值并且针对离健康主动脉(空心圆圈)和主动脉瘤(实心圆圈)的外壁的距离进行作图。与健康主动脉相比，在主动脉瘤存在下在主动脉旁脂肪组织中看到放射密度的不同变化模式(表示为倍数变化)。
图12显示了右股动脉周围的血管周围组织的体积表征。显示了对应于PVAT(-190HU至-30HU)，对应于水(-15HU至15HU)和对应于非脂肪组织(+15至+120HU)的体素(A)。血管周围组织被分割成1mm厚的连续同心层，其从动脉的外壁向外延伸20mm距离。PVAT定义为位于等于血管半径的距离内的脂肪组织，并且各同心层中PVAT的定量放射密度绘制成针对离外血管的距离与基线放射密度相比的倍数变化(B)。
图13显示了研究分组1中心外膜(EpAT)、胸(ThAT)和皮下(ScAT)脂肪组织活检的组织学分析。图13A-D证明EpAT和ThAT含有与ScAT相比明显较小的脂肪细胞(n＝7个患者)。图13E-G显示在来自研究分组1(n＝453)中完整组的组织中的基因表达研究，与EpAT或ThAT相比，在ScAT中测量到过氧化物酶体增殖活化受体-γ(PPAR-γ，一种早期脂肪细胞分化的标记物，图13E)、CEBPA(晚期脂肪细胞分化的标记物，图13F)和FABP4(末期脂肪细胞分化的标记物，图13G)的较高基因表达。
图14A显示了研究分组2中共培养实验的实验设计，其中收获来自经过冠状动脉旁路移植的15个患者的人主动脉组织(Ao)并在+/-血管紧张素II(Ang II)100nM下培养7天。从RCA周围的血管周围脂肪组织(PVAT)中分离的前-脂肪细胞也培养这段时间。一周后，洗涤Ao以去除血管紧张素II(Ang II)并且与前-脂肪细胞共培养。然后，诱导分化时间-过程。图14B显示Ang II诱导Ao中炎性细胞因子的表达(例如，白介素6(OL-6)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)和干扰素γ(IFN-γ))。图14C-F显示前-脂肪细胞与Ang II预刺激的Ao的共培养防止前-脂肪细胞分化成成熟脂肪细胞，如与没有Ao下分化的前-脂肪细胞相比分化第9天之前这些脂肪细胞中缺少脂质液滴所证明。*P＜0.05对比对照。
图15显示了在心外膜脂肪组织(EpAT)中造影和非造影计算机断层扫描(CT)图像中平均脂肪组织放射密度(定量放射密度，QR)之间的相关性。图15A显示了在造影对比非造影CT图像中QR之间的强相关性。图15B显示了在造影和非造影CT图像之间QR的绝对值中没有显著差异。
图16显示了细胞因子对从右冠状动脉周围的血管周围脂肪组织(PVAT)分离并在炎性因子(TNF-α(4ng/ml)，IL-6(25ng/ml)和IFN-γ(20ng/ml))存在或缺失下分化的人前-脂肪细胞的分化的影响。图16A-D显示促炎性细胞因子抑制前脂肪细胞分化成成熟脂肪细胞，如它们的形态变化和由油红O染色证明它们缺少脂质液滴积累所确定。图16E显示了油红O染色测量的分光光度定量。图16F-I显示在这些细胞中细胞因子触发前-脂肪细胞分化(F)并且抑制分化标记物过氧化物酶体增殖子激活受体γ(PPAR-γ；G)、CCAAT/增强子结合蛋白α(CEBPA；H)和脂肪酸结合蛋白-4(FABP4；I)的基因表达。*p＜0.05，**p＜0.01对比对照组。
图17显示了在来自经过冠状动脉旁路移植的453个患者的心外膜(EpAT)，胸(ThAT)和皮下(ScAT)脂肪组织的外植体中的基因表达分析和平均脂肪组织放射密度(定量放射密度，QR)测量(研究分组1)。通过计算机断层扫描(CT)来扫描脂肪组织样品并且各样品的QR计算为脂肪的平均放射密度(-190至-30豪恩斯弗尔德单位)。基于测量的QR值，各外植体被分入分位。各分位中QR的范围是：对于EpAT(低：-120至-84.3HU，中等：-84.1至-73.0HU，高：-72.9至-52.7HU)，对于ThAT(低：-125至-77.7HU中等：-77.6至-68.7HU，高：-68.6至-49.8HU)并且对于ScAT(低：-128.0至-84.4HU，中等：-84.3至-74.2HU，高：-74.1至-56.1HU)。图17A-F显示了在所有脂肪组织储库中相同外植体中QR值与CEBPA(晚期脂肪组织分化的标记物)和FABP4(末期脂肪组织分化的标记物)的表达水平之间的强负相关。图17G显示了脂肪组织外植体中脂肪细胞尺寸和测量的体内QR值之间的负相关。图17H-I显示了在EpAT和ScAT中脂肪组织的体内QR与脂肪脂质外植体的QR强相关，其收集自手术期间的同一患者。
图18显示了在来自研究分组1的105个患者的心外膜(EpAT)和皮下(ScAT)脂肪组织的外植体中的基因表达分析和平均脂肪组织放射密度(定量放射密度，QR)测量。脂肪组织经过计算机断层血管造影扫描(CT)，同时收集手术期间心外膜(EpAT)和皮下(ScAT)脂肪组织样品用于基因表达研究以确定脂肪细胞分化状态。各脂肪组织储库的体内QR计算为脂肪的平均放射密度(-190至-30豪恩斯弗尔德单位)。各外植体基于测量的QR值被分入分位。各分位的QR的范围是：对于EpAT(低：-81.6至-74.7HU，中等：-74.8至-70.7HU，高：-70.9至-61.0HU)并且对于ScAT(低：-108至-101HU，中等：-101至-97HU，高：-97至-89HU)。图18A-D显示了在所有脂肪组织储库中相同外植体中QR值与CEBPA(晚期脂肪组织分化的标记物)和FABP4(末期脂肪组织分化的标记物)的表达水平之间的强负相关。
图19显示了促炎性细胞因子对脂肪细胞分化的体外影响。从经过冠状动脉旁路移植手术的患者收获的冠状动脉周围的脂肪组织分离人前-脂肪细胞，并且在促炎性细胞因子存在或缺失下分化成脂肪细胞：白介素-6(2ng/ml)，肿瘤坏死因子-α(4ng/ml)和干扰素-γ(20ng/ml)。抑制前脂肪细胞分化从实验过程期间脂质液滴的累积中是显而易见的。
图20显示了在15个经过冠状动脉旁路移植的患者中，在右冠状动脉(RCA)近端和距离其2cm处冠状动脉周围脂肪组织样品的分析(研究分组2)。使用脂肪组织样品用于基因表达研究以确定脂肪细胞分化状态并用于组织学以确定脂肪细胞尺寸。图20A-C显示靠近RCA的冠状动脉周围脂肪组织表达明显较低水平的PPAR-γ、CEBPA和FABP4(分别是早期、晚期和末期脂肪细胞分化的标记物)。图20D显示了组织学数据，证明靠近RCA的冠状动脉周围脂肪组织的脂肪细胞明显小于更远离RCA的那些。图20E-H显示了在研究分组3中经过临床CT血管造影术的患者的RCA周围的平均脂肪组织放射密度(定量放射密度，QR)的确定(n＝273)。QR计算为对于RCA周围的冠状动脉周围组织的各圆柱形1mm厚层，对于距离RCA壁1mm至20mm的径向距离的脂肪的平均放射密度(-190至-30豪恩斯弗尔德单位)。图20I显示随着扫描从靠近血管移向远离它的组织，测量的QR值降低，反映了脂肪细胞分化状态和尺寸的变化。当QR值针对离冠状动脉疾病患者(n＝156)和健康冠状动脉患者(n＝117)的RCA外壁的距离作图时有显著差异。*p＜0.05对比1mm。
图21显示了对来自研究分组3的患者的PVAT平均放射密度(PVAT的定量放射密度-QRRvAT)和VPCI％值的分析。总和右冠状动脉(RCA)钙分数从CT血管造影计算，并且追踪近端RCA的40mm段(在其开口起点后10mm)用于对周围血管周围脂肪组织(PVAT)和潜在血管切片的进一步分析。QRPVAT计算为平均脂肪组织放射密度(-190至-30HU，位于离外血管壁的距离等于平均血管直径的径向距离上)并且相应VPCI％值计算为各单独QRPVAT值和离RCA距离2cm的心外膜脂肪组织的QR之间的百分数差异。图21A-B显示在RCA周围具有高QRPVAT和VPCI％值的患者具有较高的总钙分数，但是在QRPVAT或VPCI％与潜在RCA中的钙化体积之间没有相关性。钙体积定义为由衰减＞465HU的体素占据的血管壁体积。图21C-D显示在RCA周围较高的QRPVAT和VPCI％值与没有CAD的患者中较高的动脉粥样硬化斑块负荷相关(定义为顶部分位中的动脉粥样硬化斑块负荷)并且在CAD患者中进一步增加。图21E-F显示在潜在RCA段中存在动脉粥样硬化斑块的CAD患者(在前2个分位内的接近RCA中的动脉粥样硬化斑块负荷)中，VPCI％(但不是QRIPVAT)与混合或钙化斑块相比明显存在更多的软斑块(钙化体积＝0)。
图22显示血管炎症导致从动脉壁的促炎性介质的较高表达和释放。这种促炎性刺激通过触发增殖并抑制前脂肪细胞分化成成熟脂肪细胞作用于周围的血管周围脂肪组织(PVAT)，使得与更远离血管的脂肪细胞相比，更靠近发炎血管壁的脂肪细胞尺寸更小并且分化较低。“发炎”血管对其周围脂肪组织的这些生物学效果改变了PVAT亲水/亲脂含量并且可被计算机断层扫描成像检测为较高的PVAT放射密度(定量放射密度或QRPVAT)。从PVAT到非PVAT(离血管壁20mm)的QR梯度由体积血管周围表征指数(VPCI)描述，其也在发炎和非发炎血管之间不同。
发明详述
本发明的发明人已经发现，PVAT的放射密度在距离外血管壁的特定距离上的“模式”变化提供了关于血管的有价值信息。本发明提供了体积表征血管周围组织的方法和诊断血管疾病的方法，其不依赖于PVAT的体积并且因此更不易于受到与脂肪组织膨胀相关的混淆因素的影响。提供了方法是有利的，因为它们向临床医师提供了对患者血管健康的客观评价而不需要任何侵入性测试过程。使用本发明的方法，可定量评价各患者的血管健康以允许任何进一步测试所需要的诊断并鉴定。因此，血管疾病可在无症状患者中鉴定并更高却更有效地治疗，可更有效地跟踪治疗，可更恰当地指导进一步研究和治疗性介入，并且可更好地控制健康护理系统中的资源。此外，本发明使得能够对患者的血管健康进行分层，使得能够进行靶向治疗性介入，在降低的成本下导致改善的患者结果。
对血管周围组织进行体积进行表征的方法涉及使用从沿血管长度的计算机断层扫描收集的数据，并包括2个步骤：对血管周围组织的一个或多个同心层各自的放射密度进行定量；并且确定这些放射密度值中的一个或多个是否高于或低于基线放射密度值。
使用图像分析软件在对特定长度的血管的计算机断层(CT)扫描中检测血管周围组织。血管周围组织然后经过体积分割成多个与血管同轴的同心层，并且计算各同心层内的PVAT的放射密度。通过施加特定放射密度阈值(从-190到-30HU)来鉴定含有PVAT的体素，其从分析中排除了非脂肪组织，并且确定各同心层中含PVAT的体素的放射密度。针对一个或多个单个同心层各自确定的放射密度值然后与从相同CT扫描数据组确定的基线PVAT放射密度值比较。通过这种方式，可进行对位于血管周围的脂肪组织的全面完全体积表征而不依赖于“血管周围”的空间定义和使用豪恩斯弗尔德单位的放射密度客观测量。针对超过一个同心层的PVAT的确定放射密度与基线PVAT放射密度的比较提供了相对于离血管壁的距离对PVAT沉积状态的更清晰指示。本发明的术语“血管周围组织”理解为血管周围的组织。血管周围组织可包括血管周围脂肪组织。
在本发明的内容中，“计算机断层扫描”理解为使用计算机处理的x-射线以产生扫描血管周围区域的特定区域的断层扫描图像。术语“计算机断层扫描”与术语CT扫描和CAT扫描同义。
以豪恩斯弗尔德单位(HU)测量的放射密度是相对无法通过材料的X-射线的量度。测量放射密度值使得基于它们的不同放射不透明度在CT中区分组织类型。脂肪不是非常放射致密的，并且其通常测量为-190至-30HU，而肌肉、血液和骨骼测量分别为+10至+40HU、+30至+45HU、和+700至+3000HU。
在本发明的内容中，术语“基线放射密度”理解为从外血管壁周围前1mm厚层确定的放射密度值。该值可从1mm厚层内的相应体素或体素群确定，例如，这些体素含有脂肪组织或水。可从分析的血管周围组织的一个或多个同心层中任一个确定基线。优选地，基线放射密度值是从该层中体素群计算的“平均”放射密度值。基线放射密度值理解为可使用用于确定血管周围组织的一个或多个同心层各自中的放射密度的相同CT数据来计算，但基线放射密度也理解为可基于从CT扫描数据组群收集的数据来计算。
在本发明的内容中，“平均”值理解为表示中心或一般值，并且其可使用本领域广泛知道并理解的公式从测量值的样品计算。优选地，平均计算为放射密度值的样品的算术平均，但是其也可计算为一组收集的放射密度值的几何平均、调和平均、中值或模式。可通过参考从同心组织层内所有体素收集的数据或参考同心组织层内体素的选择群来计算平均值，例如，含水或含脂肪组织的体素。
在本发明的内容中，术语“血管周围组织的同心层”理解为表示血管周围的血管周围组织的同轴层，各同心层是同心的并且位于离血管外壁的恒定距离处。
优选地，使用常规方法和市售仪器进行对血管截面的CT扫描。
在第一方面，本发明提供了使用从沿血管长度的计算机断层扫描收集的数据对血管周围组织进行体积表征的方法，包括：对血管周围组织的一个或多个同心层各自的放射密度进行定量并且确定定量放射密度值中的一个或多个是否高于或低于基线放射密度值。可确定血管周围组织的一个或多个同心层各自内的各体素的放射密度，并且通过选择具体放射密度范围，可能提供对这些层内不同材料和组织类型的体积表征。选择具有-190至-30豪恩斯弗尔德单位(HU)的放射密度值的那些体素限定代表层内脂肪组织的那些体素的定量。选择具有-15HU至+15HU的放射密度值的那些体素限定代表层内的水的那些体素的定量。通过应用这些具体阈值，可分析所有对应于脂肪组织或水的体素并且可表征血管段周围的脂肪组织。对应于脂肪组织的选择的体积数据组的放射密度提供了具有较高放射密度的脂肪组织的组成信息，表明存在较小脂肪细胞，同时更多的水表明组织内增加的炎症水平。
在一个具体实施方式中，本发明提供了使用从沿血管长度的计算机断层扫描收集的数据用于通过选择具有-190HU至-30HU的放射密度值的那些体素来定量与基线值相比的放射密度值对血管周围脂肪组织的体积表征的方法。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了使用从沿血管长度的计算机断层扫描收集的数据用于通过选择具有-15HU至+15HU的放射密度值的那些体素来定量与基线值相比的放射密度值对血管周围组织的含水量表征的方法。
定量放射密度值可以平均值提供以允许比较来自具有不同体积的组织层的值。平均值一般计算为从各层内的单个体素测量的放射密度值的样品的简单算术平均。
本发明的方法可用于使用从CT扫描收集的数据提供对任何血管周围的血管周围组织的体积表征。在具体实施方式中，该方法用于表征右冠状动脉周围的血管周围组织和主动脉周围的血管周围组织。任何合适厚度的层可选择用于根据本发明的方法的分析。然而，非常需要提供对血管周围组织的高分辨表征，并且这通过使较薄的组织同心层经过本发明的方法来实现。在一个具体实施方式中，层厚度为1mm。
一种使用本发明的方法对血管周围组织进行体积表征的方面总结方式是将其表示为一个或多个单个值。因此，发明人定义体积血管周围组织表征指数-整体(VPCI-ia)和VPCI(％)以定义离血管壁特定径向距离上血管周围组织的变化模式。血管周围组织的一个或多个同心层中各自的相对于基线放射密度的定量放射密度的倍数变化针对离血管壁的一个或多个同心层各自的距离绘图。在任何合适层中测量的定量放射密度可用作基线。最方便的是选择在位于与血管直接接触的组织层中测量的定量放射密度值作为基线放射密度值。计算由定量放射密度的倍数变化的曲线和基线放射密度的曲线相对于离血管外壁的距离限定的区域的面积，并且该值除以在离血管壁的特定距离(y)处测量的定量放射密度值。VPCI-ia/VPCI(％)的计算可在数学上如下表示：
Figure BDA0001242924780000161
Figure BDA0001242924780000162
式中
VPCI-iα是积分至离外血管壁“a”mm的径向距离的体积血管周围组织表征指数
VPCI(％)α是离外血管壁“a”mm径向距离的定量放射密度的百分比变化
x是离外血管壁的径向距离(mm)
h(x)是在“x”mm径向距离处的定量放射密度
h(B)是基线放射密度
B是离开定义“基线”的血管的外壁的距离(mm)
|h(y)|是离血管壁特定距离y处测量的定量放射密度的绝对值
从中计算血管周围组织放射密度的变化模式的径向距离(a)可以是离健康血管壁的外表面的距离，其中PVAT放射密度达到扫描的解剖区域的最小值或在基线放射密度值下降低超过10％，其中基线放射密度是从外血管壁周围的前1mm厚同心层确定的脂肪组织的放射密度值。发明人已经发现计算VPCI-i10和VPCI-i20值提供了关于血管健康的特别有用的信息。VPCI-i10和VPCI-i20值预测冠状动脉疾病(CAD)的存在并且与没有CAD的高风险对象相比在患有CAD的对象中明显较低(参见图1和2)。VPCI-i10对于鉴定具有动脉粥样硬化的血管更敏感，而VPCI-i20一般在鉴定冠状动脉粥样硬化中更优，即使在潜在血管中没有明显的疾病。VPCI-i指数可用于表征包括右冠状动脉、左冠状动脉系统、和其他血管床(包括主动脉和股动脉)的任何血管周围的组织。
区分血管周围脂肪组织(PVAT)和非血管周围脂肪组织(非-PVAT)之间是有用的。这区分了位于血管附近的脂肪组织和远离血管并因此不能被认为在血管周围的脂肪组织。本领域迄今面临的主要问题是缺少对PVAT的有意义定义。通过使用对血管周围组织的体积分割，本发明提供了这种将PVAT定义为位于离外壁等于血管半径的距离内或等于脂肪组织的放射密度与相同类型的无疾病血管中脂肪组织的基线放射密度相比降低超过5％的点的脂肪组织，其中脂肪组织的基线放射密度是从外血管壁周围的前1mm厚层确定的值。两种脂肪组织类型之间的区别能够确定另一种有用的血管健康指数，体积血管周围表征指数(VPCI)，其可通过从非血管周围组织层中的定量放射密度减去血管周围组织层的定量放射密度来计算。在一个具体实施方式中，在血管外壁周围等于血管半径的距离处测量血管周围组织层中的定量放射密度。在另一个具体实施方式中，在位于血管外壁周围等于2-3被血管平均半径尺寸的距离处的层处测量非血管周围组织层中的定量放射密度。VPCI的计算可在数学上如下表示：
VPCI＝[QRPVAT-QRnPVAT]
其中
VPCI是体积血管周围表征指数
QRPVAT是血管周围组织层中的定量放射密度
QRnPVAT是非血管周围组织层中的定量放射密度
或者，VPCI可使用下式表示成QRPVAT相对QRnPVAT的变化％：
VPCI＝[QRPVAT-QRnPVAT]
发明人已经发现VPCI值在具有低阈值和高阈值的尺度上的分层能够将体积血管周围组织表征分数(VPCS)分配至各血管。在VPCI值等于或低于低阈值的情况下分配I的VPCS，在VPCI值高于低阈值但低于高阈值的情况下分配II的VPCS，并且在VPCI值等于或高于高阈值的情况下分配III的VPCS。在一个具体实施方式中，本发明提供了VPCS尺度，其中低阈值为2.0并且高阈值为8.0。
用于表征血管周围组织的VPCI-i指数(VPCI-ia和VPCS)可应用于血管以评价其健康状态。
具有较高VPCS、VPCI(％)和较低VPCI-ia分数的冠状动脉血管可被诊断为“患病”并且因此与没有疾病的健康冠状动脉血管区分。这些指数也可用于预测冠状动脉粥样硬化的进展速率。此外，未患有已知冠状动脉疾病的对象的冠状动脉脂肪组织的表征可提供关于发生冠状动脉疾病的风险的有价值的预后信息，甚至在早期，超过并高于目前作为提供这种预后信息的唯一已建立的CT成像生物标记物的冠状动脉钙分数。
QRPvAT、VPCI(％)和VPCI-i指数的另一种有用的应用涉及亚临床动脉粥样硬化及其进展速率。目前，临床医师评价颈动脉(颈部动脉)的内膜-中膜厚度作为亚临床动脉粥样硬化的指数，因为其是未来心血管事件的强效预测物。可计算颈动脉的血管周围组织的QRPVAT、VPCS、VPCI(％)和VPCI-ia并且它们可提供关于亚临床动脉粥样硬化的进展速率的有价值信息。这将帮助临床医师在任何临床症状发生前在非常早期收集关于动脉粥样硬化发展风险的其他预后信息。类似地，可评价外周动脉(例如，股动脉，图11)的血管周围组织以收集关于分别没有或有已建立的外周动脉疾病的对象中发生外周动脉疾病或其进展速率的预后信息。
QRPVAT、VPCS、VPCI(％)和VPCI-ia也可提供关于主动脉疾病的信息(图10)。胸和腹主动脉都被血管周围脂肪组织层包围，该组织层可能涉及主动脉疾病的发病。通过使用QRPVAT、VPCS、VPCI(％)和VPCI-ia指数检测主动脉周围脂肪组织的早期变化可有助于鉴定处于发生主动脉粥样硬化或者甚至更严重的主动脉瘤的风险的患者。此外，在具有诊断的稳定主动脉瘤的患者中，较高的QRPVAT、VPCS、VPCI(％)和较低的VPCI-ia分别可提供关于动脉瘤的炎性状态和破裂风险的有价值预后信息。
相同的分析可应用于人体的各血管床，并且可计算各单独血管的QRPVAT、VPCS、VPCI(％)和VPCI-ia。图7-11证明了这种对右冠状动脉、左前降支动脉、左回旋支动脉、主动脉和股动脉的分析。
下面参照以下非限制性实施例进一步描述本发明：
实施例1
来自64切片扫描仪(General Electric，LightSpeed Ultra，美国威斯康星州密尔沃基的通用电器公司(General Electric，Milwaukee，WI，USA))的可用计算机断层扫描(CT)图像可用于分析血管周围组织和血管疾病表型。根据局部临床方案调整采集环境以实现最优图像质量。重构的造影增强图像被传输至来自TeraRecon公司(TeraRecon，Inc.)(加利福尼亚州圣马特奥(San Mateo，CA)V.4.4.11)的Aquarius
Figure BDA0001242924780000181
用于进行体积重建分析。使用3D弯曲多平面重构来定义感兴趣的血管段并分析血管周围组织。读者需要手动追踪感兴趣的区域并且血管周围组织然后被以半自动方式分割成外血管壁周围的同心层。分析血管周围组织特征以确定对应于外血管壁周围前20mm的各同心血管周围层内脂肪组织或水的体素的放射密度值。血管周围脂肪组织和水的平均放射密度曲线针对离外血管壁的距离作图以计算体积血管周围表征指数(VPCI)和VPCI-整体(VPCI-ia)，如说明书中所述。对于血管斑块形态的分析，采用之前提出的定义(Obaid等，Circ CardiovascImaging.2013；6∶655-664)：坏死核心定义为-1至+64HU，纤维斑块定义为+65至+260HU并且血管钙化定义为＞600HU。
实施例2
研究群体
由453个在牛津大学医院NHS信托基金经过心脏手术的患者组成研究分组1(参见表1)。排除标准是任何炎性、感染性、肝/肾病或恶性肿瘤。也排除接受非甾族抗炎药物的患者。在手术期间，收获脂肪组织的样品，即皮下(ScAT，来自胸部切口部位)、胸(ThAT，来自中央胸区，连接至于心包膜)和心外膜脂肪组织(EpAT，来自右房室沟部位，远离可见血管)。脂肪组织样品经速冻用于基因表达研究、组织学和CT成像，作为外植体，如下所述。这些患者中105个的亚组也经过CT血管造影术(CTA)，如下所述，目标在于关联脂肪组织活检的组织学和生物特征与体内和体外相同脂肪组织储库的图像特征。
研究分组2包括37个经过冠状动脉旁路移植手术(CABG)的患者，其在与研究分组1相同的包括/排除标准下招募(参见表1)。收回PVAT(与近端RCA相邻)和非-PVAT EpAT(从离RCA 2cm远的区域，在右心室上且不靠近任何其他冠状动脉分支)的成对样品用于基因表达研究。另外，主动脉组织的样品(收集为来自升主动脉上旁路移植的接合位点的“按钮”)被收集并用于与初级脂肪细胞的离体共培养实验，如本手册下述。
研究分组3，包括273个在OUH NHS信托基金处经过诊断冠状动脉CTA的患者的临床组(156个具有并且117个没有明显冠状动脉疾病，参见表2)。该组用于验证从研究分组1和2生成的发现并将它们应用于临床环境中。
取血和循环生物标记物的测量
在禁食后8小时，在其手术前的早上，从研究分组1的患者获得静脉血样品。通过化学发光微颗粒免疫试验测量血清胰岛素并且通过使用市售试剂盒(德国威斯巴登的雅培公司(ABBOTT，Wiesbaden Germany))的己糖激酶方法测量血清葡萄糖。胰岛素抗性由HOMA-IR定义，其使用公式(葡萄糖x胰岛素)/405计算，葡萄糖以mg/dL测量并且胰岛素以mU/L测量(Matthews DR，Hosker JP，Rudenski AS，Naylor BA，Treacher DF和Turner RC(1985).内稳态模式评估：来自人中禁食血浆葡萄糖和胰岛素浓度的胰岛素抗性和β-细胞功能(Homeostasis model assessment：insulin resistance and beta-cell function fromfasting plasma glucose and insulin concentrations in man).Diabetologia28：412-9)。
脂肪细胞尺寸测量
将在-80°下在最佳切片温度(OCT)介质中储存的AT切片切成15微米切片并固定在载玻片上。使用无血清蛋白质封闭物封闭非特异性抗原结合持续1-2小时(#X0909，美国加利福尼亚州卡皮特亚的大科细胞公司(Dako CytoMation，Carpinteria，California，USA))。使用针对过氧化物酶的DAB底物试剂盒对染色进行显色(#SK-4100，美国加利福尼亚州伯林盖姆的维克多实验室公司(Vector Laboratories，Burlingame，California，USA))。用Neo-Mount(#109016，德国达姆施塔特的默克公司(Merck KGaA，Darmstadt，Germany))固定载玻片。在亮场显微镜下对细胞尺寸进行定量。对于各患者，使用Image J软件(V1.48)对每个储库定量3个不同场。
RNA分离和定量实时-聚合酶链反应(qRT-PCR)
脂肪和主动脉组织的样品在QIAzol(加利福尼亚州斯坦福的凯杰公司(Qiagen，Stanford，CA))中速冻并且在-80℃下尺寸直至加工。使用RNeasy Micro或Mini试剂盒(凯杰公司)提取RNA并且将核糖核酸转化成互补DNA(Quantitect逆转录试剂盒-凯杰公司)。脂肪组织cDNA然后经过使用针对PPAR-γ(试验ID：Hs011 15513_ml)，和作为管家基因的亲环蛋白(试验ID Hs04194521_s1)的TaqMan探针(加利福尼亚州福斯特城的应用生物系统公司(Applied Biosystems，Foster City，CA))的qPCR。类似地，衍生自主动脉组织的cDNA经过使用针对TNFα(试验ID Hs011 13624_g1)，IL6(试验ID Hs00985639_m1)和IFNγ(试验IDHs00989291_m1)，以及作为管家基因的GAPDH(试验ID Hs02758991_g1)的TaqMan探针(加利福尼亚州福斯特城的应用生物系统公司)的qPCR。反应一式三份在384-孔板中进行，每个反应使用5ng的cDNA，在ABI 7900HT快速实时PCR系统(应用生物系统公司)上。基于标准曲线的斜率确定各板中的反应效率；使用Pfaffl方法计算各感兴趣基因相对于其管家基因的表达(Pfaffl MW(2001).用于实时RT-PCR中相对定量的新数学模型(A new mathematicalmodel for relative quantification inreal-time RT-PCR).Nucleic Acids Res 29：e45)。
炎症对冠状动脉周围原代前脂肪细胞分化的影响(研究分组2)
为了测试具有晚期动脉粥样硬化的患者的人动脉壁是否分泌能够防止前脂肪细胞分化成成熟脂肪细胞的炎性介质(从血管壁上附连的PVAT分离)，从经过CABG的患者中收获主动脉组织并在补充1％青霉素/链霉素，20％FBS的DMEM中培养。使用组织外植体方法来(Walton LJ，Franklin IJ，Bayston T，Brown LC，Greenhalgh RM，Taylor GW和Powell JT(1999).在腹主动脉瘤中抑制前列腺素E2合成：平滑肌细胞活力、炎性过程、和腹主动脉瘤扩张的应用(Inhibition of prostaglandin E2synthesis in abdominal aorticaneurysms：implications for smooth muscle cell viability，inflammatoryprocesses，and the expansion of abdominal aortic aneurysms).Circulation 100：48-54)，在100nM血管紧张素II存在/缺失下孵育1周以诱导额外血管炎症。同时，通过在胶原酶H的溶液(PBS中1mg/mL)中在37℃下消化PVAT持续45分钟从附连在这些患者的RCA上的PVAT分离前脂肪细胞。消化的组织然后在1200rpm下离心5分钟并且在补充10％FBS和0.25ng/mL人FGF的DMEM/F-12中重悬。前脂肪细胞和主动脉组织(+/-血管紧张素II)分开培养1周。在这周结束时，洗涤主动脉组织以去除血管紧张素II并与分离的原代前脂肪细胞共培养。当前脂肪细胞在主动脉组织周围融合时，它们在补充0.5mM 3-异丁基-1-甲基黄嘌呤(IBMX)、100nM胰岛素、100nM地塞米松、2nM三碘-L-甲腺原氨酸(T3)、10pg/ml转铁蛋白、1μM罗格列酮、33μM生物素和17μM泛酸、3％FBS的DMEM/F12中分化7天，之后在补充10nM胰岛素、10nM地塞米松的DMEM/F12的脂肪细胞维持培养基中2天(Lee MJ，Wu Y和Fried SK(2012).最大化人前脂肪细胞分化并改善代谢表型的修饰方法(A modified protocol tomaximize differentiation of human preadipocytes and improvemetabolicphenotypes).Obesity(Silver Spring)20：2334-40)。在第9天，在视觉上并通过用油红O染色，之后通过使用Image J(版本1.48)定量来检测脂肪细胞的细胞尺寸和直至累积。在平行实验中，在用/不用血管紧张素II 100nM的7天培养之后，通过使用RTPCR在主动脉组织活检中对这些细胞因子进行定量来测试主动脉组织表达炎性细胞因子(例如，IL6、TNF-a或IFN-γ，其然后可对PVAT施加旁分泌作用)的能力。
炎症对冠状动脉周围前脂肪细胞分化的影响(研究分组2)
通过下述过程来测试血管炎症对血管周围脂肪细胞分化能力的直接影响：孵育从经过CABG的患者的PVAT分离的原代前脂肪细胞与重组TNF-α(4ng/ml)、IL-6(25ng/ml)和IFN-γ(20ng/ml)，在由诱导的含0.5mM I BMX、100nM胰岛素、100nM地塞米松、2nM T3、10pg/ml转铁蛋白、1μM罗格列酮、33μM生物素和17μM泛酸、3％FBS的DMEM/F12分化时程期间孵育持续7天，之后在含有含10nM胰岛素，10nM地塞米松的DMEM/F12的脂肪细胞维持培养基中持续2天。对于分化时程，每3天拍摄图像并分离RNA。通过以下估计前脂肪细胞的分化程度：a)脂肪细胞形态和尺寸变化，b)脂质液滴的累积(使用油红O染色)，c)脂肪细胞分化基因的表达，即PPAR-γ，一种早期分化标记物，CEBPA CCAAT/增强结合蛋白(C/EBP)α(CEBPA)，一种晚期分化标记物，和脂肪酸结合蛋白-4(FABP4)，一种末期分化/成熟脂肪分子的标记物。
炎症对冠状动脉周围前脂肪细胞增殖的影响(研究分组2)
从PVAT(冠状动脉周围AT)分离的人前脂肪细胞在96孔板中培养(5x103个细胞/孔)24小时。然后配对的孔用/不用TNF-α(4ng/ml)、IL-6(25ng/ml)、和IFN-y(20ng/ml)处理24小时和48小时。向各孔添加20μL CellTiter 96AQueous One溶液试剂(普洛麦格公司(Promega))并且板在37℃下孵育2小时。随后，使用96-孔板酶标仪测量490nm处的吸光度。
油红O染色
简言之，已用100mL异丙醇溶液0.3g油红O(西格玛奥德里奇公司(SigmaAldrich))制备油红O储液。在分化时程的第9天，用PBS洗涤脂肪细胞2次并用4％多聚甲醛在室温下固定10分钟。细胞用蒸馏水洗涤，之后用60％异丙醇洗涤5分钟。细胞然后用油红O溶液(3份油红O储液/2份水)染色10分钟并最后用自来水洗涤。核用苏木精溶液复染。通过相差显微术观察脂质液滴形成。为了对成熟脂肪细胞中累积的脂质液滴的量进行定量，用60％异丙醇的溶液洗涤用油红O染色的细胞以提取油红O。染料在500nm处的吸光度经分光光度定量。对于脂肪细胞和主动脉组织的共培养实验，使用Image J(版本1.48)而不是通过分光光度对固定的载玻片的图像分析进行油红O的定量，以避免从以下事实衍生的定量偏差：脂肪细胞不再主动脉组织样品下生长，导致每个孔的生长脂肪细胞的可变表面积。
计算机断层扫描研究(研究分组1和3)
研究分组1和3中的参与者经过在64切片扫描仪上的心脏CT扫描(GeneralElectric，LightSpeed Ultra，美国威斯康星州密尔沃基的通用电器公司)。用21-号针头插入医学肘前静脉。通过静脉注射β-阻断剂将心律降低至低于60bpm(40mg美托洛尔IV的平均剂量)。也给予舌下三硝酸甘油酯(800μg)以刚好在扫面前实现最大冠状动脉血管舒张。参与者首先经过非造影CT扫描(0.35秒旋转时间，2.5mm轴切片厚度，20mm检测器覆盖率，20mm间隔，120kVp的管功率和200mA)。隆突用作颅标志，而隔膜用作尾标志。肺视场延伸以覆盖整个胸软组织(用于皮下脂肪组织分析)。通过使用标志，冠状动脉CT血管造影扫描之后以高速率(5mL/秒)静脉注射95mL的碘基造影介质(Niopam 370，博莱科英国公司(BRACCO UKLtd))，并且有50mL的0.9％生理盐水冲洗。CT扫描在造影介质填充升主动脉之时开始。在所有参与者中使用120kVp的管功率(轴切片厚度0.625mm，旋转时间0.35秒，检测器覆盖40mm，40％剂量降低方案针对mA，和针对身体尺寸调整的参考mA)。通过在70％的心脏循环处的ECG-门选使用预测图像获取(如果需要，用100msec填充用于对右冠状动脉的最优成像)。从任何分析中排除在获取上有步移伪影(step artefacts)或次优RCA成像的参与者。
通过CT的脂肪组织表征：重构图像被转化成Aquarius
Figure BDA0001242924780000231
V.4.4.11(美国加利福尼亚州福斯特城的TeraRecon公司)用于体积重建分析。AT定义为所有体素在-190至-30HU窗口内。体素放射密度组图经印迹并且定量放射密度指数(QR)在3个维度上被定义为感兴趣AT体积的平均体素放射密度(-190至-30HU的前特异化窗口内)。有效假设(working hypothesis)是脂肪细胞尺寸是QR的主要驱动(较高的脂质相(脂肪细胞)对水相(胞外空间)的比例)，并且更大的脂肪细胞将趋向更负的QR。通过以半自动方式对心包膜外形修复(contouring)来追踪EpAT(从最颅点的肺动脉的分歧开始脂质最尾点的心脏顶点)。通过在胸骨末端的高度上并向头端延伸总共25mm对所有胸皮下AT取样来追踪ScAT。使用在现有研究程序的内容上开发的Aquarius软件的研究版本(TeraRecon公司，V.4.4.11)从3D重构图像计算EpAT和ScAT中的QR。同时用和不用造影剂对研究分组1中的患者进行扫描以评价造影剂对测量的QR绝对值的影响。
冠状动脉周围脂肪组织表征：使用3D弯曲多平面重构来定义感兴趣的血管段并分析血管周围组织。使用右冠状动脉(RCA)来进行冠状动脉周围脂肪组织成像，因为这种冠状动脉没有主要分支并且可容易地确定PVAT/非PVAT。从分析中略去近端RCA的前1cm以从分析中排除位于靠近冠状动脉开口/主动脉根的脂肪组织。然后，以自动化方式追踪RCA的4cm长的段(从右冠状动脉开口的第10mm至第50mm)。分析的内和外层经手动调整以分别追踪腔和外壁边界。然后，血管周围组织被半自动方式分割成外血管壁周围的20个同心圆柱形1mm厚层。计算20个组织层各自的QR。AT的平均放射密度曲线针对离外血管壁的径向距离作图。
PVAT中的QR：对PVAT没有清楚的生物学定义，因为对于图像研究，PVAT被定义为组织层中在离冠状动脉壁等于追踪的RCA段的平均直径的径向距离内的脂肪组织放射密度。在离RCA壁最远的AT的同心层处定义非PVAT放射密度。体积血管周围表征指数(VPCI)然后计算为PVAT中的QR与非PVAT(离RCA外壁2cm)中的QR的差，如上定义。
冠状动脉钙分数：通过计算Agatston分数分别针对所有冠状动脉和针对RCA在Aquarius
Figure BDA0001242924780000241
上测量冠状动脉钙分数(CCS)(Agatston AS，Janowitz WR，Hildner FJ，Zusmer NR，Viamonte M，Jr.和Detrano R(1990).使用超快计算机断层扫描对冠状动脉钙进行定量(Quantification of coronary arterycalcium using ultrafastcomputed tomography).J Am Coll Cardiol 15：827-32)。
使用CTA的冠状动脉斑块分析：对于血管斑块形态的分析，采用之前提出的HU阈值(Obaid DR，Calvert PA，Gopalan D，Parker RA，Hoole SP，West NE，Goddard M，Rudd JH和Bennett MR(2013).通过冠状动脉计算机断层扫描鉴定的动脉粥样硬化斑块组成和分类：与虚拟组织学血管内超声和组织学相比对计算机断层扫描生成的斑块图的评价(Atherosclerotic plaque composition andclassification identified by coronarycomputed tomography：assessment of computed tomography-generated plaque mapscompared with virtual histology intravascular ultrasound and histology).CircCardiovasc Imaging 6∶655-64)。使用对右冠状动脉壁的HU映射来对纤维斑块体积进行定量(65至265HU)。纤维斑块指数计算为纤维斑块体积与总血管体积之比。
脂肪组织外植体的CT扫描
来自研究分组1的所有患者的ScAT、ThAT和EpAT组织的冷冻样品在干冰上冷冻时经扫描，以评价QR描述脂肪组织生物学的能力。在Toshiba Aquilion One 320-切片CT扫描仪上扫描脂肪组织外植体，使用135keV和80keV的双功率螺旋获取，50mA，0.5秒旋转时间，0.5mm切片厚度，和120keV下的图像重构用于QR分析。在这些患者的105个中，进行配对CT扫描(体内扫描以及对来自相同解剖位点/储库的组织外植体的扫描)以针对体内成像验证体外CT成像模型，并能够使用该模型来理解QR在人AT研究中的生物学价值。
统计学分析
使用柯莫果夫-斯米尔诺夫(Kolmogorov-Smirnov)检验来检验连续变量的正态分布。非正太分布的变量经log-转化用于分析并且表示为中值(第25至第75百分位)。正态分布的变量表示为平均±SEM。
使用针对2个组的未配对t-检验或针对3个组的单因素ANOVA来进行不同组患者之间的特征比较。对于图4中配对的PVAT和非PVAT中的特异性基因的表达和脂肪细胞尺寸的差异比较，使用威尔科克森配对秩检验。针对重复测量，使用双因素ANOVA来研究在距离RCA的距离上QR变化中的组间差异，使用(离RCA外壁的距离)x(组)交互作用。对于脂肪细胞分化时程的组间差异，我们针对重复测量使用双因素ANOVA，使用(时间)x(组)交互作用。
酌情通过使用卡方检验来比较类别变量。通过使用二变量分析来评价连续变量之间的相关性，并且酌情估计泊松(Pearson′s)r或斯皮尔曼(Spearman′s)rho系数。使用SPSSv20.0来进行所有的统计学检验并且P＜0.05被认为是统计学显著的。
表1：研究参与者的人口统计特征
Figure BDA0001242924780000261
Figure BDA0001242924780000271
CCTA：冠状动脉计算机断层扫描血管造影术；CAD：冠状动脉疾病；ACEi：血管紧张素转化酶抑制剂；ARB：血管紧张素受体阻断剂；CCB：钙通道阻断剂。HOMA-IR：胰岛素抗性的内稳态模型；HDL：高密度脂蛋白；BMI：体重指数。
表2：研究分组3中研究参与者的人口统计特征
Figure BDA0001242924780000272
CAD：冠状动脉疾病；ACEi：血管紧张素转化酶抑制剂；ARB：血管紧张素受体阻断剂；CCB：钙通道阻断剂。BMI：体重指数；**P＜0.01对比无CAD
结果
表征不同脂肪组织储库中脂肪细胞分化状态和细胞尺寸
我们首先研究了从453个经过心脏手术的患者中获得的EpAT、ThAT和ScAT之间的表型差异(研究分组1，表1)。EpAT和ThAT与ScAt相比有明显较小的脂肪细胞，反映了前脂肪细胞到大成熟脂肪细胞的弱分化(图13A-D)。事实上，与ScAT相比EpAT/ThAT中弱的脂肪细胞分化状态由明显较低的PPAR-γ(表征早期脂肪细胞分化(Ntambi JM和Young-Cheul K(2000).细胞脂肪分化和基因表达(Adipocyte differentiation and gene expression).J Nutr 130：3122S-3126S)，图13E)、CEBPA(表征晚期脂肪细胞分化(Ntambi JM和Young-Cheul K(2000).脂肪细胞分化和基因表达(Adipocyte differentiation and geneexpression).J Nutr 130：3122S-3126S)，图13F)和FABP4(仅在大成熟脂肪细胞中表达(Ntambi JM和Young-Cheul K(2000).脂肪细胞分化和基因表达(Adipocytedifferentiation and gene expression).J Nutr 130：3122S-3126S)，图13G)表达证明。因此脂肪组织中的这些脂肪细胞分化标记物的表达可用作平均脂肪细胞尺寸的标记物。
血管炎症对人冠状动脉周围脂肪组织中脂肪细胞分化状态的影响
鉴于我们在人中的最近研究(Margaritis M，Antonopoulos AS，Digby J，Lee R，Reilly S，Coutinho P，Shirodaria C，Sayeed R，Petrou M，De Silva R，Jalilzadeh S，Demosthenous M，Bakogiannis C，Tousoulis D，Stefanadis C，Choudhury RP，Casadei B，Channon KM和Antoniades C(2013).血管壁和血管周围脂肪组织之间的相互作用揭示了脂连蛋白在调节人血管中内皮一氧化碳合成功能中的新作用(Interactions betweenvascular wall and perivascular adipose tissue revealnovel roles foradiponectin in the regulation of endothelial nitric oxide synthase functionin human vessels).Circulation 127：2209-21，以及Antonopoulos AS，Margaritis M，Coutinho P，Shirodaria C，Psarros C，Herdman L，，Sanna F，De Silva R，Petrou M，Sayeed R，Krasopoulos G，Lee R，Digby J，Reilly S，Bakogiannis C，Tousoulis D，Kessler B，Casadei B，Channon KM和Antoniades C(2014).脂连蛋白作为2型糖尿病和人动脉壁中血管NADPH-氧化酶活性的连接：血管周围脂肪组织的调节作用(Adiponectin AsA Link Between Type 2Diabetes Mellitus And Vascular NADPH-Oxidase Activity InThe Human Arterial Wall：The Regulatory Role Of Perivascular Adipose Tissue).Diabetes 64(6)：2207-19)和来自动物研究的其他证据(Takaoka M，Suzuki H，Shioda S，Sekikawa K，Saito Y，Nagai R和Sata M(2010).血管内损伤诱导血管周围脂肪组织中的快速表型变化(Endovascular injury induces rapid phenotypic changes inperivascular adiposetissue).Arterioscler Thromb Vase Biol 30：1576-82)表明PVAT中的脂肪细胞“感受”在潜在血管壁中正发生的促动脉粥样硬化过程修饰其生物学，我们确信来自人动脉壁的炎性信号可扩散到血管周围脂肪组织影响局部脂肪组织分化状态和尺寸。由于无法获得人冠状动脉的样品用于研究，我们使用在CABG手术期间获得的主动脉组织(获自研究分组2中患者的升主动脉上移植接合位点的主动脉“按钮”，表1)作为我们的模型系统，我们在血管紧张素II(以诱导其他血管炎症)存在或缺失下离体培养其一周(图14A)(Walton LJ，Franklin IJ，Bayston T，Brown LC，Greenhalgh RM，Taylor GW和PowellJT(1999).在腹主动脉瘤中抑制前列腺素E2合成：平滑肌细胞活力、炎性过程、和腹主动脉瘤扩张的应用(Inhibition ofprostaglandin E2synthesis in abdominal aorticaneurysms：implications for smooth muscle cell viability，inflammatoryprocesses.and the expansion of abdominal aortic aneurysms).Circulation100：48-54)。在这一周结束时，用血管紧张素II治疗能够上调主动脉组织中炎性细胞因子IL-6、TNF-α和IFN-γ的表达(图14B)。在培养中的第一周之后，我们洗涤主动脉组织以去除血管紧张素II并将其与从相同患者收集的前脂肪细胞共培养，之后使用已建立的方法诱导脂肪细胞分化成成熟脂肪细胞(Adams M，Montague CT，Prins JB，HolderJC，Smith SA，Sanders L，Digby JE，Sewter CP，Lazar MA，Chatterjee VK和O′Rahilly S(1997).氧化物酶体增殖物活化的受体γ的活化剂对人前脂肪细胞分化有储库特异性影响(Activators of peroxisome proliferator-activated receptor gamma have depot-specific effects onhuman preadipocyte differentiation).J Clin Invest 100：3149-53)。我们观察到与在没有主动脉组织下培养的前脂肪细胞相比，用血管紧张素II预处理的主动脉组织培养的脂肪细胞向成熟脂肪细胞的分化较慢，而用未刺激的主动脉组织共培养的前脂肪细胞有中等的分化状态(图14)，表明从“发炎”人血管壁释放的介质可引发针对相邻PVAT的旁分泌效果，防止前脂肪细胞分化成成熟脂肪细胞。
为了探索炎性介质(在血管壁中产生)直接修饰PVAT的前脂肪细胞分化的能力，我们然后使从PVAT收集的人前脂肪细胞接触IL-6、TNF-α和IFNγ的组合并诱导其分化。我们观察到这些细胞因子对前脂肪细胞分化成成熟脂肪细胞有明显的抑制效果，如在分化时程期间视觉上观察到的那样(图19)，并且由较低的使用分光光度试验定量的脂质液滴的胞内累积证明(油红O染色，图16A-D)(图16E)。然后通过对分化时程期间PPARγ(图16G)、CEBPA(图16H)和FABP4(图16I)的表达进行定量来确认这些细胞因子对前脂肪细胞分化能力的影响。相同的细胞因子也明显加速了使用MTS试验评价的人前脂肪细胞的增殖速率(图16F)。这些发现支持了血管衍生的炎性细胞因子可以旁分泌方式诱导增殖并抑制相邻血管周围脂肪组织中人前脂肪细胞的分化。因此，如果我们开发非侵入性工具来监测由血管炎症驱动的这些PVAT的表型变化，我们可以非侵入性地鉴定冠状动脉中的炎症。
使用计算机断层扫描评价脂肪细胞分化状态
脂肪组织的脂质和水相之间的平衡反映在脂肪细胞尺寸中(Di GirolamoM和Owens JL(1976).与细胞尺寸相关的大鼠脂肪组织的含水量和分离的脂肪细胞(Watercontent of rat adipose tissue and isolated adipocytes in relation tocellsize).Am J Physiol 231：1568-72)。为了探索脂肪组织的平均CT放射密度(由上述QR指数表示)是否提供脂肪细胞分化状态/尺寸的标记物，我们对从经过心脏手术的453个患者获得的EpAT、ThAT和ScAT外植体中的QR进行定量。在QR和相同样品中CEBPA和FABP4的表达定义的脂肪细胞分化程度之间有明显负相关(图17A-F)。在脂肪组织外植体的QR和由组织学定量的脂肪细胞尺寸之间也存在强负相关(图17G)。因此，我们确信QR可用作不同脂肪组织液滴中脂肪细胞分化和尺寸变化的标记物(即，脂肪细胞分化/尺寸越大，组织的内容物越亲脂，因此QR越负)。为了在体内确定这种假设，我们在其脂肪组织外植体已经离体成像的105个患者的组中进行CT扫描(来自研究分组1)。我们观察到体内获得的QR和来自这些患者的相同组织的外植体中测量的相应QR之间的强相关性(图17H和I)。
为了进一步验证QR估计体内脂肪细胞分化状态(此处为脂肪细胞尺寸)的能力，我们将来自105个患者的CT扫描的EpAT和ScAT的体内QR值(如上所述)与脂肪细胞分化标记物的表达相关联。我们观察到，体内QR与来自这些患者的相应脂肪组织液滴中CEBPA(图18A和B)和FABP4(图18C和D)的表达都强相关。体内EpAT QR明显高于体内ScAT QR(图18E)，确认在组织学上证明的脂肪组织液滴分化状态的差异导致相应的体内QR差异。有趣的是，HOMA-IR与体内ScAT QR正相关，但不与EpAT QR正相关(图18F)，表明全身代谢状态关联至ScAT分化状态/脂肪细胞尺寸，而EpAT的则受到局部而非全身刺激的高度调节。
技术考虑：鉴于常规使用造影剂来进行CT扫描，我们然后探索了造影剂对获得的体内QR图像的可能影响，并且证明从图像获得的QR与有和没有造影剂给予之间的强线性关系(图15)。由于ThAT的高区域性组织学异质性，体内CT图像与相应组织活检的生物学特性的有意义匹配是不可能的。因此，所述的QR迄今仅在EpAT和ScAT中提供了体内脂肪细胞分化状态/尺寸的可靠标记物。
观察体内冠状动脉周围脂肪组织中脂肪细胞尺寸/分化状态的变化
为了研究QR和人冠状动脉周围脂肪细胞尺寸/分化状态之间的关系，我们比较了来自研究分组2中经过CABG的患者的刚好与右冠状动脉(RCA)相邻的脂肪组织和离RCA 2cm的脂肪，而不是与任何可见的心外膜冠状动脉分支相邻。我们首先观察到PPAR-γ、CEBPA和FABP4的表达在更靠近RCA处明显下调(图20A-C)。类似地，脂肪细胞尺寸在靠近右冠状动脉时明显小于离血管壁2cm远的脂肪细胞尺寸(图20D)。这些观察确认了我们从离体和体外实验中的发现，显示来自增加的人冠状动脉的炎性信号防止与其相邻的PVAT中前脂肪细胞的分化，在冠状动脉树周围的脂肪组织中产生这种效果的梯度。为了检验我们是否能够通过非侵入性CT成像追踪响应冠状动脉炎症的PVAT的这些形态变化，我们使用我们新开发的成像分析工具来分析研究分组3中273个对象的额外临床组的CT血管造影图像(156个具有并且117个没有明显冠状动脉粥样硬化，研究分组3)。我们对右冠状动脉的近段周围的QR进行定量，在1mm厚度的3D圆柱层中，从刚好与血管壁相邻移动到离血管壁20mm远(图20E-H)。我们在从靠近血管移动到远离其的脂肪组织时观察到QR逐渐降低至更小的负值(图20I)，证明QR精确追踪脂肪细胞尺寸和分化状态的变化。重要的是，与健康个体相比，QR和离血管壁的距离之间的关系在冠状动脉粥样硬化患者中明显不同，显示接近与较大的更分化的脂肪细胞相容的健康个体血管壁的较低QR(图20A-I)。这表明观察到的QR变化实际上可表征人冠状动脉内侧的血管炎症，其是可使用新型非侵入性方法体内检测的。
用临床预测值针对已建立的成像生物标记物验证QR和VPCI
为了用已知临床预测值针对已建立的成像生物标记物验证QR，我们对研究分组3中273个患者中的RCA中的CCS(在RCA中，并且在整个冠状动脉树中是全局性的)和纤维斑块指数进行定量。在QR和钙分数之间有明显相关性(图21A和B)，但是QR区分具有不可检测的钙的对象和具有可检测但低的钙的对象的能力是相当有限的。VPCI(从PVAT到非PVAT的QR梯度)在鉴定具有中等冠状动脉钙分数(总体(图21C)或在RCA中特异(图21D))的对象中作为生物标记物是更优的。重要的是，QR和VPCI都与潜在RCA的纤维斑块指数强相关(图21E和F)。

Claims (31)

1.一种使用从沿血管长度的计算机断层扫描收集的数据对血管周围组织进行体积表征的方法，所述方法包括：
对血管周围组织的一个或多个同心层各自的放射密度进行定量；
确定一个或多个定量放射密度值是否高于或低于基线放射密度值；
确定血管周围组织的一个或多个同心层各自的定量放射密度相较基线放射密度的倍数变化相对于离血管的外壁的距离的曲线；
确定由定量放射密度的倍数变化曲线和基线放射密度曲线相对于离血管的外壁的距离限定的区域的面积；并且
所述面积除以在离所述血管的外壁的距离处测量的定量放射密度，其中所述距离小于血管半径或者一种离血管外表面的距离，在所述距离以上，脂肪组织的定量放射密度与相同类型的无疾病血管中脂肪组织的基线放射密度相比降低超过5％。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定量放射密度是针对所述血管周围组织的一个或多个同心层各自中的脂肪组织定量的放射密度，或其中所述定量放射密度是针对所述血管周围组织的一个或多个同心层各自中的水定量的放射密度。
3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述数据被沿右冠状动脉、左前降支动脉、左回旋支动脉、主动脉、颈动脉或股动脉的长度的计算机断层扫描收集。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述数据被沿离右冠状动脉起点1cm处开始的4cm长度的计算机断层扫描收集。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述数据被沿主动脉的长度的计算机断层扫描收集。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，放射密度以豪恩斯弗尔德单位定量。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述血管周围组织的一个或多个同心层各自是1mm厚。
8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述血管周围组织的一个或多个同心层各自延伸至离血管外壁的终点，所述终点是脂肪组织的放射密度达到健康血管中扫描的解剖区域内的最小值的点，或者是放射密度与相同类型的无疾病血管中基线放射密度值相比降低≥10％的点。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述血管周围组织的一个或多个同心层各自延伸至离血管外壁10mm的终点。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述血管周围组织的一个或多个同心层各自延伸至离血管外壁20mm的终点。
11.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述基线放射密度值是在位于外血管壁周围的前1mm-厚同心层内的血管周围组织层中定量的平均放射密度。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述基线放射密度是对在位于靠近血管的外壁的血管周围组织层中脂肪组织定量的放射密度。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述基线放射密度是对在位于靠近血管的外壁的血管周围组织层中水定量的放射密度。
14.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述定量放射密度或基线放射密度是平均放射密度。
15.如权利要求1所述的方法，
其特征在于，所述定量放射密度是所述血管周围组织的一个或多个同心层各自中的脂肪组织的定量放射密度。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定量放射密度是所述血管周围组织的一个或多个同心层各自中的水的定量放射密度。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定量放射密度是平均放射密度，和/或
其中所述离血管的外壁的距离的终点是脂肪组织的放射密度达到健康血管中扫描的解剖区域内的最小值的点，或是该放射密度比相同类型的无疾病血管中基线放射密度值降低≥10％的点。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述终点距离血管的外壁10mm。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述终点距离血管的外壁20mm。
20.如权利要求1或2所述的方法，还包括：
从位于血管外壁周围等于血管半径的距离处的血管周围组织层中的定量放射密度减去非血管周围组织层中的定量放射密度。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，血管周围组织层中的定量放射密度是血管周围组织层中脂肪组织的定量放射密度。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，非血管周围组织层中的定量放射密度是非血管周围组织层中脂肪组织的定量放射密度。
23.如权利要求20所述的方法，其特征在于，血管周围组织层中的定量放射密度是血管周围组织层中水的定量放射密度。
24.如权利要求20所述的方法，其特征在于，非血管周围组织层中的定量放射密度是非血管周围组织层中水的定量放射密度。
25.如权利要求20所述的方法，其特征在于，血管周围组织层中的定量放射密度是平均放射密度，或
非血管周围组织层中的定量放射密度是平均放射密度。
26.如权利要求20所述的方法，其特征在于，非血管周围组织层中的定量放射密度是在位于血管外壁周围超过血管平均半径的距离处的非血管周围组织层中测量的放射密度，或
非血管周围组织层中的定量放射密度是在血管外壁周围等于3倍血管半径的距离处的非血管周围组织层中测量的放射密度。
27.如权利要求20所述的方法，还包括将血管周围组织层中的定量放射密度和非血管周围组织层中的定量放射密度之间的差的确定值置于具有低阈值和高阈值的范围内。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，低阈值是最低和中间分位之间的值。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，低阈值是2的VPCI值。
30.如权利要求27所述的方法，其特征在于，高阈值是中间和较高分位之间的值。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，高阈值是8的VPCI值。
CN201580048868.1A 2014-08-15 2015-08-14 血管周围组织表征方法 Active CN106999122B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB1414496.8A GB201414496D0 (en) 2014-08-15 2014-08-15 Method
GB1414496.8 2014-08-15
PCT/GB2015/052359 WO2016024128A1 (en) 2014-08-15 2015-08-14 Method for characterisation of perivascular tissue

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106999122A CN106999122A (zh) 2017-08-01
CN106999122B true CN106999122B (zh) 2020-10-20

Family

ID=51662478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580048868.1A Active CN106999122B (zh) 2014-08-15 2015-08-14 血管周围组织表征方法

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10695023B2 (zh)
EP (1) EP3179917B1 (zh)
CN (1) CN106999122B (zh)
DK (1) DK3179917T3 (zh)
ES (1) ES2719443T3 (zh)
GB (1) GB201414496D0 (zh)
HU (1) HUE044047T2 (zh)
PL (1) PL3179917T3 (zh)
WO (1) WO2016024128A1 (zh)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2017351986B2 (en) * 2016-10-31 2022-12-08 Oxford University Innovation Limited Method
GB2557263A (en) * 2016-12-02 2018-06-20 Univ Oxford Innovation Ltd Method
EP3431005A1 (en) 2017-07-19 2019-01-23 Koninklijke Philips N.V. Inflammation estimation from x-ray image data
WO2019185457A1 (en) * 2018-03-26 2019-10-03 Koninklijke Philips N.V. Spectral inflammation map from spectral imaging data
CN108805923B (zh) * 2018-06-01 2022-04-01 东软医疗系统股份有限公司 生理参数获取方法和装置
GB2578485A (en) 2018-09-18 2020-05-13 Univ Oxford Innovation Ltd Radiomic signature of a perivascular region
GB2577349B (en) * 2018-09-18 2023-06-14 Univ Oxford Innovation Ltd Radiomic signature of adipose
CA3112356A1 (en) * 2018-10-17 2020-04-23 Heartflow, Inc. Systems and methods for assessing cardiovascular disease and treatment effectiveness from adipose tissue
US10813612B2 (en) 2019-01-25 2020-10-27 Cleerly, Inc. Systems and method of characterizing high risk plaques
JP7366360B2 (ja) * 2019-05-15 2023-10-23 株式会社日本マイクロニクス 血管特定装置及び血管特定方法
JP2022543330A (ja) * 2019-08-05 2022-10-12 エルシド バイオイメージング インコーポレイテッド 形態学的および血管周囲疾患の複合評価
EP3828817B1 (en) 2019-11-28 2023-08-23 Siemens Healthcare GmbH Computer-implemented method for evaluating a ct data set regarding perivascular tissue, evaluation device, computer program and electronically readable storage medium
US11232564B2 (en) 2020-01-07 2022-01-25 Cleerly, Inc. Systems, methods, and devices for medical image analysis, diagnosis, risk stratification, decision making and/or disease tracking
AU2021205821A1 (en) 2020-01-07 2022-07-21 Cleerly, Inc. Systems, methods, and devices for medical image analysis, diagnosis, risk stratification, decision making and/or disease tracking
US20220392065A1 (en) 2020-01-07 2022-12-08 Cleerly, Inc. Systems, methods, and devices for medical image analysis, diagnosis, risk stratification, decision making and/or disease tracking
CN111738986B (zh) * 2020-06-01 2021-02-09 数坤（北京）网络科技有限公司 一种脂肪衰减指数的生成方法、装置及计算机可读介质
US11593926B2 (en) 2021-02-09 2023-02-28 Elucid Bioimaging Inc. Systems and methods for improving soft tissue contrast, multiscale modeling and spectral CT
US20230289963A1 (en) 2022-03-10 2023-09-14 Cleerly, Inc. Systems, devices, and methods for non-invasive image-based plaque analysis and risk determination

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1403057A (zh) * 2001-09-13 2003-03-19 田捷 利用三维欧氏距离变换实现ct图像中软组织显示的方法
CN1726871A (zh) * 2004-07-29 2006-02-01 西门子公司 可视化血管、尤其是心脏冠状血管内沉积物的方法和装置
WO2006085250A2 (en) * 2005-02-11 2006-08-17 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Identifying abnormal tissue in images of computed tomography
CN101352349A (zh) * 2007-07-24 2009-01-28 株式会社东芝 X射线计算机断层摄影装置以及图像处理装置
CN102415894A (zh) * 2010-09-27 2012-04-18 通用电气公司 使用能谱ct分析的血管狭窄度可视化和量化的系统及方法
US20120243764A1 (en) * 2009-12-03 2012-09-27 Cedars-Sinai Medical Center Method and system for plaque characterization
DE102013200163A1 (de) * 2013-01-09 2014-07-24 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren, Schätzeinheit und Computertomografiesystem zur computertomografiebasierten näherungsweisen Ermittlung eines Gefäßdurchmessers

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070242863A1 (en) * 2006-04-13 2007-10-18 Bernice Eland Hoppel Methods and Apparatus for Contouring at Least One Vessel

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1403057A (zh) * 2001-09-13 2003-03-19 田捷 利用三维欧氏距离变换实现ct图像中软组织显示的方法
CN1726871A (zh) * 2004-07-29 2006-02-01 西门子公司 可视化血管、尤其是心脏冠状血管内沉积物的方法和装置
WO2006085250A2 (en) * 2005-02-11 2006-08-17 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Identifying abnormal tissue in images of computed tomography
CN101352349A (zh) * 2007-07-24 2009-01-28 株式会社东芝 X射线计算机断层摄影装置以及图像处理装置
US20120243764A1 (en) * 2009-12-03 2012-09-27 Cedars-Sinai Medical Center Method and system for plaque characterization
CN102415894A (zh) * 2010-09-27 2012-04-18 通用电气公司 使用能谱ct分析的血管狭窄度可视化和量化的系统及方法
DE102013200163A1 (de) * 2013-01-09 2014-07-24 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren, Schätzeinheit und Computertomografiesystem zur computertomografiebasierten näherungsweisen Ermittlung eines Gefäßdurchmessers

Also Published As

Publication number Publication date
EP3179917A1 (en) 2017-06-21
EP3179917B1 (en) 2019-03-06
GB201414496D0 (en) 2014-10-01
US10695023B2 (en) 2020-06-30
HUE044047T2 (hu) 2019-09-30
US20170265832A1 (en) 2017-09-21
ES2719443T3 (es) 2019-07-10
WO2016024128A1 (en) 2016-02-18
CN106999122A (zh) 2017-08-01
DK3179917T3 (en) 2019-04-23
PL3179917T3 (pl) 2019-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106999122B (zh) 血管周围组织表征方法
Sangiorgi et al. Arterial calcification and not lumen stenosis is highly correlated with atherosclerotic plaque burden in humans: a histologic study of 723 coronary artery segments using nondecalcifying methodology
Meyerhardt et al. Physical activity and survival after colorectal cancer diagnosis
Hjuler et al. Increased prevalence of coronary artery disease in severe psoriasis and severe atopic dermatitis
Batchelor et al. AZD2171, a pan-VEGF receptor tyrosine kinase inhibitor, normalizes tumor vasculature and alleviates edema in glioblastoma patients
Yun et al. Pericardial and thoracic peri-aortic adipose tissues contribute to systemic inflammation and calcified coronary atherosclerosis independent of body fat composition, anthropometric measures and traditional cardiovascular risks
RU2758548C2 (ru) Периваскулярный водный индекс и его применение для прогнозирования смертности по всем причинам или смертности от кардиальных событий
de Ciriza et al. Circulating osteoprotegerin is increased in the metabolic syndrome and associates with subclinical atherosclerosis and coronary arterial calcification
Kaskel et al. S-100 protein in peripheral blood: a marker for melanoma metastases: a prospective 2-center study of 570 patients with melanoma
Groves et al. Comparison of epicardial adipose tissue volume and coronary artery disease severity in asymptomatic adults with versus without diabetes mellitus
Kitagawa et al. The relationship between inflammation and neoangiogenesis of epicardial adipose tissue and coronary atherosclerosis based on computed tomography analysis
Skyba et al. Metabolic phenotype and adipose tissue inflammation in patients with chronic obstructive pulmonary disease
Khosrotehrani et al. Pregnancy promotes melanoma metastasis through enhanced lymphangiogenesis
Shields et al. Perivascular adipose tissue of the descending thoracic aorta is associated with systemic lupus erythematosus and vascular calcification in women
Farschtschi et al. Keratinocytic epidermal nevus syndrome with Schwann cell proliferation, lipomatous tumour and mosaic KRAS mutation
Zhang et al. Noninvasive assessment of carotid plaques calcification by 18F-sodium fluoride accumulation: correlation with pathology
Chen et al. Role of macrophage infiltration in the orbital fat of patients with Graves’ ophthalmopathy
Ebadi et al. Higher subcutaneous adipose tissue radiodensity is associated with increased mortality in patients with cirrhosis
Liang et al. Application of IVIM-DWI in detecting the tumor vasculogenic mimicry under antiangiogenesis combined with oxaliplatin treatment
Tanaka et al. Trunk muscle quality and quantity predict the development of metabolic syndrome and the increase in the number of its components in individuals without metabolic syndrome
Joshi et al. Discordance between risk factors and coronary artery calcium: implications for guiding treatment strategies in primary prevention settings
Aguirre et al. IgG4-Aortopathy: an underappreciated cause of non-infectious thoracic aortitis
Sua et al. Prediction of gene therapy-induced tumor size changes by the vascularity changes measured using dynamic contrast-enhanced MRI☆
Yang et al. Predictive value of 18F-FDG PET/CT in patients with acute type B aortic intramural hematoma
Devantier et al. Coronary plaque volume and composition assessed by computed tomography angiography in patients with late-onset major depression

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 1242158

Country of ref document: HK

CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: C.Antoniades

Inventor after: A.Antonopoulos

Inventor after: S.Neubauer

Inventor after: K.Qiannong

Inventor before: C Antonia Flanders

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant