新生豬缺氧缺血性腦損傷早期DWI影像學研究

李洪杰，邊 杰，沙 琳，孫 闖，孫傳恕，劉書峰，翟方兵

(大連醫科大學 附屬第二醫院 放射科，遼寧 大連 116027)

近年來彌散加權成像(diffusion weighted imaging,DWI)已在新生兒缺氧缺血性腦病(hypoxic-ischemic encephalopathy,HIE)的診斷中得到初步應用[1,2]，但HIE早期DWI演變規律的研究尚未見報道。本研究通過對新生豬缺氧缺血性腦損傷(hypoxicschemic brain damage，HIBD)動物模型的DWI成像研究，探討其早期DWI、表觀彌散系數(apparent diffuse coefficient,ADC)圖的影像特點及ADC值的變化規律，為HIE早期臨床診斷及治療轉歸提供影像學指導。

1 材料和方法

1.1 缺氧箱設置

用透明有機玻璃制作六面體密閉容器，頂壁設置1個工作窗，2個相對側面部分別設置2個直徑約0.8 cm小孔，分別為進氣孔和出氣孔。容器內放置20 mg的氧化鈣，室溫(25±3)℃。

1.2 動物模型的制作

選擇日齡3 d健康的約克豬(由大連華僑種豬場提供)，雌雄不限，體重1300～1500 g，隨機分成對照組(假手術組)和實驗組，每組8只。先將動物用3%的戊巴比妥鈉(30 mg/Kg)腹腔注射麻醉，固定四肢、頭部于實驗臺上，暴露頸部，醫用碘酊消毒后，頸正中縱切口長約2.0 cm，分離雙側頸總動脈。實驗組用4.0的外科手術線給予雙側頸總動脈永久結扎，用無菌2號外科手術線逐層縫合切口。然后將動物放入缺氧箱內，封閉工作窗，給予持續4%氧氣和96%氮氣的混合氣體2 L/min(測氧儀：RS5100型 上海雷磁)，持續30 min。對照組僅行假手術，不做雙側頸總動脈結扎及缺氧處理。

1.3 動物一般情況觀察

記錄兩組實驗動物呼吸情況、皮膚黏膜顏色的改變及神經系統癥狀等。

1.4 MRI檢查

采用GE Signa 1.5T MR/磁共振掃描儀，正交頭線圈。冠狀位掃描，常規掃描序列包括T1加權像(T1WI)和T2加權像(T2WI)及T2 FLAIR。掃描參數：T1WI TR shortest，TE15 ms；T2WI TR shortest，TE 100 ms。3次采集，視野23 cm，矩陣256×256，層厚4 mm，掃描時間共約10 min。

擴散加權像(diffusion weighted imaging，DWI)，冠狀掃描，層厚4 mm，視野22 cm，TR shortest，TE 84 ms，3次采集，矩陣110×256，b值1000 s/mm2。DWI掃描結束后，圖像資料傳送到GE advantage workstation AW4.4工作站，用functool軟件后處理得到相應ADC圖并測量感興趣區(Regions of interest，ROI)得到ADC值。選擇每側大腦白質區與側腦室旁區及海馬區的典型層面1～2層，于各采集時間點數據，實驗組在ADC圖上選取DWI明顯高信號區域、對照組在相應層面隨機選定同一部位的3個ROI進行測量，分別得到ADC值，并做均值得到最終ADC值。

1.5 統計學方法

采用社會科學統計軟件包SPSS 16.0進行數據分析。各組數據均以mean±SD表示，采用重復測量方差分析及t檢驗方法，以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 新生豬缺氧缺血后的行為觀察

實驗組在缺氧10 min后即出現顏面部發紫、呼吸急促、煩躁不安、尖叫、四肢抽動；缺氧20 min后出現皮膚蒼白、站立不穩、尾巴上翹；缺氧20～30 min呼吸逐漸變慢，出現嘆息樣呼吸、不能站立、豎尾、角弓反張，甚至死亡等改變。動物模型制作的成功率為62%(8/13)。實驗動物缺氧缺血30 min后3～4 h內處于昏睡狀態，4 h后動物逐漸蘇醒，缺氧缺血后12 h動物完全清醒，并處于躁動狀態。

2.2 MRI掃描結果

對照組在不同時間的腦常規MR圖像及DWI圖像均未見異常信號改變。實驗組動物在缺氧缺血后1 h DWI圖像額葉即可見高信號影，邊界較模糊；3 h可見雙側額葉高信號區范圍擴大，呈斑點狀，雙側海馬區可見點狀、斑點狀高信號影出現，邊界模糊不清，雙側腦室周圍可見點狀高信號；6 h雙側海馬區高信號范圍進一步擴大，呈條片狀；隨著缺氧缺血時間的延長，12 h病灶區域進一步擴大，呈彌漫性高信號改變，邊界模糊不清(圖1)。

2.3 ADC圖及ADC值變化

對照組在不同時間的ADC圖上未見異常信號，實驗組缺氧缺血后1 h可見點狀低信號灶，3 h呈斑點狀低信號灶，6 h呈片狀低信號灶。隨缺氧時間延長，12 h病灶呈彌漫性信號減低區(圖2)。ADC值1 h內下降明顯，隨缺氧缺血時間延長，逐漸降低，3 h最低，6 h以后ADC值開始回升，12 h接近正常。表1為不同部位不同時間點的ADC值。

圖1 HIBD后不同時間點腦冠狀DWI圖像

圖2 HIBD后不同時間腦冠狀ADC圖

表1 對照組及實驗組不同時間點大腦皮層、側腦室旁區及海馬區ADC值

由表1可得在1 h 、3 h、6 h、9 h及12 h 實驗組及對照組ADC值差異均有顯著性意義(P<0.05)；實驗組ADC值1 h內下降明顯，3 h最低，6 h以后開始回升，12 h接近正常；對照組無變化趨勢。

3 討 論

磁共振彌散加權成像(diffusion weighted imaging,DWI)是目前在活體上進行水分子擴散測量與成像的唯一方法，可使疾病的影像研究深入到微觀的分子水平[3,4]。在DWI上彌散快的結構信號衰減大，表現為低信號；彌散慢的結構信號衰減少，表現為高信號。應用DWI可以獲得DWI圖像和由ADC值重建的ADC圖。細胞內、外水擴散的降低，ADC值就會降低，在DWI圖像上表現為高信號。由于DWI圖像含有T2加權圖像成分，而高含水區T2加權信號也增高，因此對于體現水分子的擴散受限，ADC值的降低更準確些。在缺血缺氧性腦損傷的早期，細胞外液中的Na+、Ca2+和水流入細胞內，形成細胞毒性水腫，細胞腫脹同時會造成細胞外間隙變小即細胞外水分子減少。這時整個缺血區的含水量并沒有增加，只是細胞內、外的含水量發生了變化。由于水分子在細胞內的Brown運動慢于細胞外，其在細胞內的表觀彌散系數ADC值小于細胞外，使缺血區水分子整體Brown運動減低，ADC值變小，ADC圖顯示為低信號區，DWI顯示為高信號區[5]。DWI能從分子水平上反映人體各組織中水分子的功能變化、可檢測出與組織的含水量改變有關的形態學與病理生理學的早期改變[6]。本研究發現：在缺血缺氧后1～3 h內，即細胞內水腫期，ADC值下降明顯，DWI圖像上表現為高信號；3～6 h，隨著腦水腫不斷加重，ADC值下降較緩，DWI圖像上表現為明顯高信號，主要分布于大腦皮層區域、側腦室旁區及海馬區。此結果與 Kim等[7]人的研究結果相一致，提示DWI 、ADC值/圖能夠早期診斷缺氧缺血性腦水腫。

新生兒缺氧缺血性腦病(HIE)是新生兒期危害最大、最常見的疾病之一。由于其復雜的發病機制和病理生理過程，致使雖然目前國內外治療HIE的方法繁多，但無公認、有效的措施。HIE早期臨床表現缺乏特異性，常規MRI又很難早期發現病變，因此建立穩定可靠的實驗動物模型，探討DWI在缺氧缺血性腦病早期的影像變化特點，對早期HIE的臨床診斷具有重要意義。由于新生豬有明顯的腦溝、腦回，與人腦結構相近，而且在基因組序列和染色體結構上也有很高的同源性[8]，因此，本研究以新生約克豬為動物模型，參照和改良Gregory A等[9,10]的研究，建立缺氧缺血動物模型。

腦水腫是腦細胞死亡的早期病理改變。近幾年，國內外研究發現，缺氧缺血性腦損傷時，神經細胞的死亡是以凋亡為主。而凋亡是一個可逆的過程，若找到阻止或中斷凋亡過程的干預因素，便可減輕神經細胞損傷，甚至可以避免細胞死亡。而DWI是目前在活體進行水分子擴散測量與成像的有效方法，被公認是診斷超早期缺血性腦梗死的可靠手段，其在揭示HIE微觀病理生理學演變規律方面有明顯優勢。DWI不但探測早期腦缺血病灶敏感度高，更有意義的是經過適當的臨床治療后，DWI還能監測到原病灶的復原或消失，這對臨床具有重要的指導作用。通過應用磁共振DWI技術，臨床對HIE患兒早期做出準確的診斷，及早給予合理有效的治療以減輕或控制腦水腫的發生，對促進受損神經細胞恢復、避免神經細胞死亡及減少神經后遺癥的發生都有重要意義。

參考文獻：

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