CN109540936A - 一种用于高分辨率ct及x线动脉、静脉或管道的室温造影剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于高分辨率CT及X线动脉、静脉或管道的室温造影剂及其制备方法，所述室温造影剂为羧甲基纤维素硫酸钡混悬液；所述室温造影剂中硫酸钡的浓度为10‑40％，羧甲基纤维素浓度为0.05％。本发明灌注用造影剂提供了一种性质稳定、无毒、灌注流程大大简化、简单而快速的可量化和可视化研究人体股骨头骨内血管的造影灌注液，为灌注后影像学检查，定量研究股骨头坏死提供支持。

Description

一种用于高分辨率CT及X线动脉、静脉或管道的室温造影剂及 其制备方法
技术领域
本发明涉及医学或医学相关研究，解剖学动脉，静脉或管道研究。动脉，静脉或管道灌注，显示或者重建所用不透X线造影剂材料。用于显示或者结合显微CT扫描重建来定量研究人体或生物体正常或者异常动脉，静脉或管道解剖学分布，构筑。定量的比较研究不同病理生理状态的动脉，静脉或管道解剖学分布，构筑。根据重建结果来设计、制作不同病理生理状态的动脉，静脉或管道教学模型制作。
背景技术
目前股骨头缺血性坏死是一项尚未解决的世界性医学难题，具体发病机制不明确，公认的一致观点是与股骨头的血运关系密切。但是股骨头骨内血管分布及三维构筑研究是世界性难题。尚未见股骨头静脉或静脉-动脉血管定量及三维分布研究技术相关报道。已有的股骨头动脉血管分布的技术方法主要采用血管透明技术，需要对骨组织标本进行切割，分离，破坏正常解剖结构，标本制作周期很长，影响科学研究进度。目前无其它相关的不破坏骨的结构而三维地显示并进行骨内静脉血管量化指标测量的技术方法及灌注造影剂。目前实践中常用的造影剂可分为水溶性(碘海醇)的造影剂和重金属颗粒悬浮状不透射线造影剂(明胶氧化铅)。水溶性的造影剂扩散性强，失去活性的器官组织的血管壁容易扩散到管壁外而不能很好的显示管腔三维结构(灌注到完成显微CT扫描操作的时间较长)，无法进行微血管三维重建。使用明胶氧化铅造影剂需要多次调节灌注标本温度；氧化铅为重金属，灌注过程中操作人员可能会接触到重金属，对操作人员有一定的毒性作用，操作结束的废液会对对水体环境造成一定程度的污染。商用的灌注造影剂为美国的产品，价格昂贵，并且对于骨组织研究，使用过程中它需要脱钙处理，增加实验操作步骤，增加实验时间。硫酸钡化学性质稳定无毒。本专利涉及的造影剂灌注液简化技术操作流程，成本低廉。有广泛应用前景。
根据所查资料目前已有：(1)明胶氧化铅灌注技术结合临床CT显示血管，受分辨率所限制，仅能对较大直径的血管结构进行重建及定量研究，临床CT的分辨率尚不能用于股骨头骨内静脉血管研究。明胶氧化铅技术要求精确控制温度。(2)髋部超选择性DSA血管造影检查可显示股骨头静脉回流影像，但是不能定量，分辨率较低，不足以观察研究股骨头内细小血管三维分布。(3)增强核磁共振扫描。可以根据全身注射造影剂后，信号变化情况进行股骨头血运状态的评估，无法进行股骨头静脉血管三维分布情况及静脉血管定量研究。
静脉回流对于组织维持正常新陈代谢有重要意义，但是一直以来由于静脉系统灌注难度大，无可靠的灌注液及相应研究技术方法可用，因此尚未见股骨头及骨组织结构静脉或静脉-动脉血管灌注共显示，三维重建定量研究的技术方法或相关研究报道。人们对股骨头静脉-动脉回流系统的结构、形态、三维分布不明确，这也增加了股骨头坏死疾病机制研究的难度。
已有技术存在的缺陷或问题：(1)氧化铅有毒，铅的原子序数较大，射线衰减系数较高，临床CT扫描后，影像数据重建后有毛刺现象，有伪影，影响数据分析。明胶硫酸钡悬液需要精确的控制温度。(2)临床CT最大分辨率为0.65mm，骨内血管管径大部分小于该分辨率，因此不能准确的显示骨内血管。临床DSA和增强核磁共振扫描均不能用于股骨头静脉血管结构及定量研究。(3)目前骨内血管显示的技术有透明标本法，脱钙后进行影像学拍片，或者灌注塑料后用碱液腐蚀观察血管走行结构。传统研究方法不能很好的进行血管管径测量，长度测量，长度密度计算，体积密度计算等量化计算。
传统的对于骨内动脉血管分布的研究方法主要是通过改良血管透明技术来实现的。技术方法方面的缺陷：①、破坏骨内血管的完整性。为了对灌注过造影剂的股骨头进行清晰的X线摄影，首先需要对骨进行彻底的脱钙，因此需要先对股骨头进行分割(切片)然后再进入脱钙环节，脱钙良好(彻底)后才便于进行清晰的X线摄影。②、不论如何摆放或者重叠放置股骨头的切片，X线摄影获得的影像始终是二维影像，不便于三维观察、测量和呈现。③、制作过程耗时，操作繁琐。④、目前尚无可靠、确切的灌注造影剂可用于股骨头骨内静脉或静脉-动脉血管灌注、三维重建定量研究。⑤、灌注过程需要严格准确的调整灌注标本和灌注液体的温度，灌注结束也需要再次调整灌注标本温度，过程复杂。
发明内容
为解决现有技术的问题，本发明提供一种用于高分辨率CT及X线动脉、静脉或管道的室温造影剂及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种用于高分辨率CT及X线动脉、静脉或管道的室温造影剂，所述室温造影剂为羧甲基纤维素硫酸钡混悬液；其中，所述室温造影剂中硫酸钡的浓度为10-40％，羧甲基纤维素浓度为0.02-0.2％。
根据上文技术方案，所述室温造影剂中硫酸钡的浓度优选为20-30％，更优选为30％。
根据上文技术方案，所述室温造影剂中羧甲基纤维素浓度优选为0.2％。
根据上文技术方案，优选的情况下，所述硫酸钡为纳米硫酸钡，平均粒径为40-700纳米。
上文所述的用于高分辨率CT及X线动脉、静脉或管道的室温造影剂的制备方法：在80-100℃水浴下，将羧甲基纤维素融化于去离子水中制成羧甲基纤维素溶液，再加入硫酸钡制成硫酸钡悬液，即为室温造影剂(灌注液)。
根据上文技术方案，优选的情况下，在80-100℃水浴下，将羧甲基纤维素融化于去离子水中制成羧甲基纤维素溶液，冷却到室温，再加入硫酸钡制成硫酸钡悬液，即为室温造影剂。
根据上文技术方案，优选的情况下，在室温下运用超声波对造影剂预处理5-10分钟，解除纳米硫酸钡团聚并形成悬浮灌注液，所述超声波的功率为200-300瓦特。
根据上文技术方案，优选的情况下，所用超声波预处理时装有羧甲基纤维素硫酸钡造影剂的容器为直径10㎜螺旋形的玻璃管。
上文所述的室温造影剂在高分辨率CT及X线动脉、静脉或管道中室温灌注的应用。
本发明方法运用化学性质稳定，无毒的纳米级硫酸钡血管灌注，显微CT扫描。CT分辨率为9.47-24.42μm，灌注静脉-动脉血管，并且能精确的扫描重建。适当浓度的纳米硫酸钡配比避免了伪影及管道重建后有毛刺现象的，完全解决了上述弊端，很好的显示了股骨头骨内静脉血管的轮廓及血管三维分布空间立体结构，并为血管的定量研究提供基础。大大的简化了实验流程，缩短实验研究周期。
本发明的有益效果：
和已有的研究技术方法比较，结合本发明的骨内血管灌注造影剂骨内血管研究技术是首创、最简单经济实惠、灌注时不需要调整灌注标本及灌注液体的温度、灌注过程简化和节省时间的技术方法；灌注后结合三维重建技术，能够精确的显示骨内血管的复杂的三维结构并量化血管。通过向股骨头血管系统灌注一种羧甲基纤维素硫酸钡混悬液并结合显微CT扫描可以获得股骨头骨内高分辨率三维数字化数据和高清的静脉影像图片。这种技术不需要对骨组织脱钙，省去了对骨组织切片的步骤。从而显著缩短实验时间，节约了人力和物力。同时由于纳米硫酸钡无毒，不会污染环境和对操作人员造成毒性作用。该灌注用造影剂提供了一种性质稳定、无毒、灌注流程大大简化、简单而快速的可量化和可视化研究人体股骨头骨内血管的造影灌注液，为灌注后影像学检查，定量研究股骨头坏死提供支持。
附图说明
图1为本发明实施例5股骨头静脉灌注效果图。
图2为本发明实施例6股骨头动脉灌注效果图。
图3为本发明实施例7股骨头动脉明胶硫酸钡灌注效果图。
具体实施方式
下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1室温造影剂
用平均粒径为700纳米的超细纳米硫酸钡。
在98℃水浴下将羧甲基纤维素融化于去离子水中制成0.05％羧甲基纤维素溶液，冷却到室温，再加入30％硫酸钡制成硫酸钡悬液，即为室温造影剂。在室温下运用超声波对造影剂预处理10分钟，解除纳米硫酸钡团聚并形成悬浮灌注液，超声波功率为200瓦特。所用超声波预处理时装有羧甲基纤维素硫酸钡造影剂的容器为直径10㎜螺旋形的玻璃管。
实施例2室温造影剂
用平均粒径为700纳米的超细纳米硫酸钡。
在98℃水浴下将羧甲基纤维素融化于去离子水中制成0.05％羧甲基纤维素溶液，冷却到室温，再加入10％硫酸钡制成硫酸钡悬液，即为室温造影剂。在室温下运用超声波对造影剂预处理5分钟，解除纳米硫酸钡团聚并形成悬浮灌注液，超声波功率为200瓦特。所用超声波预处理时装有羧甲基纤维素硫酸钡造影剂的容器为直径10㎜螺旋形的玻璃管。
实施例3室温造影剂
用平均粒径为700纳米的超细纳米硫酸钡。
在98℃水浴下将羧甲基纤维素融化于去离子水中制成0.2％羧甲基纤维素溶液，冷却到室温，再加入40％硫酸钡制成硫酸钡悬液，即为室温造影剂。在室温下运用超声波对造影剂预处理10分钟，解除纳米硫酸钡团聚并形成悬浮灌注液，超声波功率为300瓦特。所用超声波预处理时装有羧甲基纤维素硫酸钡造影剂的容器为直径10㎜螺旋形的玻璃管。
实施例4室温造影剂
用平均粒径为40纳米的超细纳米硫酸钡。
再在98℃水浴下将羧甲基纤维素融化于去离子水中制成0.1％羧甲基纤维素溶液，冷却到室温，加入20％硫酸钡制成硫酸钡悬液，即为室温造影剂。在室温下运用超声波对造影剂预处理10分钟，解除纳米硫酸钡团聚并形成悬浮灌注液，超声波功率为200瓦特。所用超声波预处理时装有羧甲基纤维素硫酸钡造影剂的容器为直径10㎜螺旋形的玻璃管。
实施例5室温造影剂应用于静脉灌注
利用实施例1制备的室温造影剂进行股骨头静脉血管灌注。
(1)选用新鲜猪股骨头标本。
(2)显微镜下放大10倍，镜下运用显微器械进行显微操作，游离支持带血管。在股骨头颈部的后方，寻找股骨头下支持带静脉，用手术刀背面由远心端向近心段挤压股骨头颈部软组织，此时可见静脉管腔内有静脉血回流并充盈菲薄的静脉管腔。并选用6#平口针头(外径0.6mm)，针头前部光滑，后部粗糙灌注针插管，结扎固定。同时结扎余下的上、前支持带动脉及静脉开口(保留下支持带动脉作为股骨头内残余血出口)以增加静脉灌注系统的压力，使静脉血管更加的充盈。
(3)室温条件下，将插好管的股骨头标本以恒定压力60-80㎜Hg将室温造影剂通过下支持带静脉灌注到股骨头的静脉系统，维持该压力约20分钟。
(4)灌注结束，将灌注完成的股骨头标本进行显微CT扫描和静脉血管三维重建。扫描参数为：分辨率24.42μm，曝光时间200ms。InveonCT系统自带的扫描重建软件COBRA生成原始数据。导入影像分析软件Inveon research workplace(IRW)生成并导出Digitalimaging and communications in medicine(Dicom)格式文件，将该Dicom格式文件导入三维分析软件(Amira)，进行血管图像重建、体渲染、三维正交投影视图(3D orthogonalprojection view)，并截图以研究并显示股骨头骨内静脉血管三维分布构筑情况。股骨头动脉灌注效果图如图1所示，图示证明了股骨头内静脉血管系统存在，而不是传统观点认为的静脉窦的形式。股骨头上、下、前支持带静脉在股骨头骺线上方相互吻合构成骺基底静脉网。骺基底静脉网再发出1-3级静脉血管，并且相互吻合。细小分支，吻合清晰可见，分布均匀。
综上所述，由于纳米硫酸钡为非水溶性物质，不能通过微循环，不能由静脉系统进入到动脉系统。仅能显示静脉系统的血管结构及其三维分布情况。从操作难易程度来看，不用进行标本温度调整。重建的图形质量及操作难易程度来看，该技术方法最优越。
本发明成功地通过单一支下持带静脉对股骨头标本进行显微灌注，显微CT扫描，骨内血管三维重建。股骨头内静脉血管网状结构存在。股骨头内静脉血管网由前支持带静脉、上支持带静脉和下支持带静脉血管相互吻合构成，股骨头静脉血管网位于股骨头骺板的上方。显微镜辅助下血管灌注造影方法结合Micro CT扫描能较好的观察股骨头骨内静脉血管分布情况并能进行量化分析。
实施例6室温造影剂应用于动脉灌注
利用实施例1制备的室温造影剂进行股骨头动脉血管灌注。
(1)选用新鲜猪股骨头标本。
(2)显微镜下放大10倍，镜下运用显微器械进行显微操作，游离支持带血管。在股骨头颈部的后方，寻找股骨头下支持带动脉。并选用5#平口针头(外径0.5mm)，针头前部光滑，后部粗糙灌注针插管，结扎固定。同时结扎余下的上、前支持带动脉及静脉开口(保留下支持带动脉作为股骨头内残余血出口)以增加灌注的压力，使血管更加的充盈。
(3)室温条件下，将插好管的股骨头标本。以恒定压力120-140㎜Hg将室温造影剂通过下支持带动脉灌注到股骨头的动脉系统，维持该压力约20分钟。
(4)灌注结束，将灌注完成的股骨头标本进行显微CT扫描和动脉血管三维重建。扫描参数为：分辨率24.42μm，曝光时间200ms。InveonCT系统自带的扫描重建软件COBRA生成原始数据。导入影像分析软件Inveon research workplace(IRW)生成并导出Digitalimaging and communications in medicine(Dicom)格式文件，将该Dicom格式文件导入三维分析软件(Amira)。进行血管图像重建、体渲染、三维正交投影视图(3D orthogonalprojection view)，并截图以研究并显示股骨头骨内动脉血管三维分布构筑情况。股骨头动脉灌注效果图如图2所示，图示证明了股骨头内动脉血管系统存在，股骨头内动脉相互吻合、而不是传统观点认为的分区域供血的形式。股骨头上、下、前支持带动脉在股骨头骺线上方相互吻合构成骺基底动脉网。骺基底动脉网再发出1-3级静脉血管，并且相互吻合。细小分支，吻合清晰可见，分布均匀。该方法与明胶硫酸钡灌注效果相似，不需要精确的反复调整水浴温度，操作过程简化，省时更容易被技术人员掌握。
实施例7(对比例)明胶硫酸钡造影剂应用于静脉灌注
(1)选用新鲜猪股骨头标本。
(2)显微镜下放大10倍，镜下运用显微器械进行显微操作，游离支持带血管。在股骨头颈部的后方，寻找股骨头下支持带静脉，用手术刀背面由远心端向近心段挤压股骨头颈部软组织，此时可见静脉管腔内有静脉血回流并充盈菲薄的静脉管腔。并选用6#平口针头(外径0.6mm)，针头前部光滑，后部粗糙灌注针插管，结扎固定。同时结扎余下的上、前支持带动脉及静脉开口(保留下支持带动脉作为股骨头内残余血出口)以增加静脉灌注系统的压力，使静脉血管更加的充盈。
(3)选用平均粒径为700纳米的超细纳米硫酸钡制备造影剂。
(4)制备明胶硫酸钡造影剂，其中硫酸钡的质量浓度为30％，明胶质量浓度为5％。在98℃水浴下将明胶融化于去离子水中制成5％明胶溶液，调整水浴到35℃，加入硫酸钡制成30％的硫酸钡悬液，即为明胶硫酸钡造影剂。在35℃下运用超声波对明胶硫酸钡造影剂预处理10分钟，解除纳米硫酸钡团聚并形成悬浮灌注液，超声波功率为200瓦特。所用超声波预处理时装有明胶硫酸钡造影剂的容器为直径10㎜螺旋形的玻璃管。
(5)将插好管的股骨头标本先置于37℃恒温水浴中1小时。以恒定压力60-80㎜Hg将明胶硫酸钡造影剂通过下支持带静脉灌注到股骨头的静脉系统，维持该压力约20分钟。灌注结束，将灌注完成的股骨头标本置于0℃恒温水浴中2小时。
(6)将灌注完成的股骨头标本进行显微CT扫描和静脉血管三维重建。扫描参数为：分辨率24.42μm，曝光时间200ms。InveonCT系统自带的扫描重建软件COBRA生成原始数据。导入影像分析软件Inveon research workplace(IRW)生成并导出Digital imaging andcommunications in medicine(Dicom)格式文件，将该Dicom格式文件导入三维分析软件(Amira)。进行血管图像重建、体渲染、三维正交投影视图(3D orthogonal projectionview)，并截图以研究并显示股骨头骨内静脉血管三维分布构筑情况。股骨头动脉灌注效果图如图3所示，图示证明了股骨头内静脉血管系统存在，股骨头内静脉相互吻合，而不是传统观点认为的分区域供血的形式。股骨头上、下、前支持带动脉在股骨头骺线上方相互吻合构成骺基底动脉网。骺基底动脉网再发出1-3级静脉血管，并且相互吻合。细小分支，吻合清晰可见，分布均匀。
与实施例5比较，灌注前需要调整水浴将灌注标本温度升高，灌注液(明胶硫酸钡造影剂)也需要调整水浴温度，灌注结束后，需要再次调整水浴温度，操作过程复杂、繁琐、耗时。
对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种室温造影剂，其特征在于，所述室温造影剂为羧甲基纤维素硫酸钡混悬液；其中，所述室温造影剂中硫酸钡的浓度为10-40％，羧甲基纤维素的浓度为0.02-0.2％。
2.根据权利要求1所述的室温造影剂，其特征在于，所述室温造影剂中硫酸钡的浓度为20-30％。
3.根据权利要求1所述的室温造影剂，其特征在于，所述室温造影剂中羧甲基纤维素的浓度为0.05％。
4.根据权利要求1所述的室温造影剂，其特征在于，所述硫酸钡为纳米硫酸钡，平均粒径为40-700纳米。
5.根据权利要求1所述的室温造影剂的制备方法，其特征在于，在80-100℃水浴下，将羧甲基纤维素融化于水中制成羧甲基纤维素溶液，再加入硫酸钡制成硫酸钡悬液，即为室温造影剂。
6.根据权利要求5所述的室温造影剂的制备方法，其特征在于，在室温下运用超声波对室温造影剂预处理5-10分钟，所述超声波的功率为200-300瓦特。
7.权利要求1所述的室温造影剂在高分辨率CT及X线动脉、静脉或管道中室温灌注的应用。
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