大鼠放射性腦損傷磁共振成像的初步研究

孫 晨，王 凡，王 鵬，吳黎明

（安徽醫科大學第一附屬醫院 腫瘤放療科，安徽 合肥 230022）

隨著頭頸部腫瘤放射治療技術的日漸廣泛，放射性腦損傷的發病率也逐漸增加，現已成為限制腦部放射治療劑量，影響療效的重要因素。尤其是頭部立體定向放療等先進放療技術的廣泛應用，研究單次大劑量照射后正常腦組織代謝的變化特點，對早期診斷、早期治療放射性腦損傷有非常重要的意義。本研究旨在建立伽瑪刀所致放射性損傷的大鼠動物模型，研究中晚期放射性腦損傷的MRI表現及其相應的病理改變，現報告如下：

1 材料與方法

1.1 實驗動物 成年健康成年SD大鼠10只，體重300－400 g，雄性，平均為6周齡。隨機分為2組，試驗組370.6±14.5 g，對照組372.5±12.5 g，兩組差異無顯著性，t＝0.2767，P＞0.05。

1.2 試驗儀器及藥品 瑪西普（深圳）醫學科技有限公司生產 MASEP－SRRS型伽瑪刀，焦點吸收劑量率1.5 Gy／min，運用 MASEP Superplan 2.0劑量計劃系統進行劑量計劃設計，Siemens 1.5 Tesla超導MRI用于影像定位。并采用自制高強度有機玻璃大鼠立體定向放射外科固定裝置與Leksell立體定向儀框架及適配器相配合。麻醉劑：10%水合氯醛。MRI增強劑：Gd－DTPA。

1.3 實驗方法 大鼠使用10%水合氯醛腹腔注射麻醉，劑量為0.35 ml／100 g。然后固定于伽瑪刀立體動物定位頭架上，用Siemens 1.5 Tesla超導MRI行大鼠大腦橫軸薄層連續掃描，T2相，層厚2 mm，所得影像資料輸入計算機工作站，將治療靶點的位置確定于照射組大鼠（n＝5只）右側尾狀核，采用8 mm準直器對大鼠腦組織實施照射，等劑量曲線50%，周邊劑量50 Gy，中心劑量100 Gy。照射組（n＝5只）行伽瑪刀照射，對照組（n＝5只）進行同樣程序，但不進行伽瑪刀照射（假照射）。伽瑪刀治療后大鼠常規飼養，觀察大鼠的活動、精神狀況、飲食以及體重等。大鼠在處死前行1.5 T MRI檢查以觀察影像學變化，包括軸位、冠狀位和矢狀位T1WI、T2WI及增強后T1WI（腹腔注射增強劑）。在第12周末的時間點分別將各組大鼠處死，在10%水合氯醛深度腹腔麻醉后將其處死，取出腦組織，標本于10%福爾馬林中固定24小時，石蠟包埋，切片（厚度5 mm），HE染色，標本在光學顯微鏡下觀察，由一名高年資病理科醫生讀片。

2 結果

2.1 大鼠一般情況觀察 各組動物在觀察期間無一死亡，但照射組大鼠食欲減低，活動稍減少，毛色差及不同程度的脫毛，試驗組接受伽瑪刀治療前體重（370.6±14.5）g，接受伽瑪刀治療12周后體重（313.8±17.5）g，t＝0.2767，P＜0.01，差異有統計學意義，體重明顯下降。對照組大鼠體重放療前為（372.5±12.5）g，放療后為（396.9±15.6）g。與試驗組接受伽瑪刀相比，體重差異顯著t＝10.0001，P＜0.01。

2.2 大鼠照射后MRI變化 大鼠在12周行頭顱MRI檢查，T2WI可見受照靶區呈片狀稍高信號，邊界不清，臨近側腦室受壓（圖1），增強TIWI受照靶區呈明顯強化，強化不均勻（圖2）。對照組大鼠MRI圖像均未見明顯異常。

圖1 第12周T2WI可見大鼠尾狀核呈高信號，高于對側尾狀核

2.3 大鼠腦組織病理學改變 放療后12周HE染色光鏡下顯示大腦皮層神經細胞固縮，核仁不明顯，伴有膠質細胞增生，水腫及少量淋巴細胞浸潤（圖3）。

3 討論

3.1 放射性腦損傷發病機制及病理表現

圖2 第12周增強T1WI可見大鼠尾狀核強化，與對側形成對比

圖3 光鏡下（100倍）顯示大腦皮層神經細胞固縮，伴有膠質細胞增生，水腫。

放射性腦損傷發生的主要部位在白質，分為局灶性和彌漫性病變，具體發生機制尚無統一定論，文獻報道可能與下列因素有關：①血管損傷：主要為以動脈為主的中小血管損傷，放射損傷可引起血管腔閉塞，導致局部腦組織缺血和不可逆壞死，毛細血管異常增生、擴張，進而可能有出血危險［1，2］；②膠質細胞損傷：腦損傷的主要靶細胞是少突膠質細胞，它的損傷和死亡是導致白質萎縮和脫髓鞘性改變的重要原因，照射后早期可有少突膠質細胞缺失，使具有增殖能力的非成熟細胞丟失和膠質細胞反應性增生；③自身免疫反應：膠質細胞損傷后釋放抗原，產生自身免疫反應，引起過敏性血管炎，導致血管腔閉塞；④自由基損傷。很多學者認為以上幾種機制并非相互獨立，而是多因素相互作用。

放射性腦損傷的病理改變在急性期主要表現為腦水腫，可見膠質糖原沉積。早期遲發性反應為產生髓鞘的少突膠質細胞死亡，暫時性髓鞘脫失后，可發生少突膠質細胞再生和再髓鞘化。晚期遲發反應期病理改變可表現為典型的白質凝固性壞死、彌漫性血管壁增厚，膠質支持細胞減少，以及廣泛的脫髓鞘，及腦部血管纖維化、玻璃樣變，囊性變［3］。本實驗中光鏡下可見膠質細胞增生，與早期遲發反應期病理改變基本保持一致。

3.2 臨床表現

依據放療反應出現的時間，放射性腦損傷可分為三期：急性期、早期遲發反應期和晚期遲發反應期。急性期（數小時～3周）表現為顱內壓增高和一過性神經功能障礙等，包括頭痛 惡心、嘔吐及意識障礙等，主要由血腦屏障破壞和腦水腫引起［4］，一般可自愈，并且在目前通用的放療劑量下，已非常少見。早遲發期（1－3個月），患者可表現為嗜睡、食欲減低、易怒和乏力等精神障礙癥狀，但是一般經過規范化治療可以恢復。晚遲發期（3個月～數年），表現為彌漫性血管壁增厚，伴管腔狹窄，血栓形成，膠質支持細胞減少，以及廣泛的脫髓鞘［5］。該期損傷一般不可逆，嚴重者可能危及生命，在臨床上可表現為一側肢體運動和感覺功能障礙、癲癇、認知能力減退和癡呆。并且到目前為止，針對該病尚無特效的藥物與治療方法，因此，早期發現可逆性的放射性腦損傷的存在并對其早期進行干預、治療非常重要。本實驗中照射組大鼠在放療后3個月逐漸出現活動稍減少，毛色變差及不同程度的脫毛，體重明顯減輕，符合早期遲發反應期嗜睡、食欲減低等精神障礙癥狀表現。

3.3 放射性腦損傷的MRI表現

從80年代開始，首次有研究使用MRI成像來檢測放射性腦損傷的存在。MRI是中樞神經系統影像檢查的首選方法，與其它影像學方法相比，MRI軟組織分辨率高，在中樞神經系統顯像中比較敏感。在常規MRI成像中，放射性腦損傷通常表現為深部腦白質局灶性高信號（多位于雙側側腦室前、后角周圍），然后逐漸向半卵圓中心延伸，最后累及全腦白質，并且這些改變多于較晚期發現。

急性期和早期遲發反應期放射性腦損傷效應表現為血管擴張和毛細血管滲透性增加引起的腦水腫和脫髓鞘［6，7］，由于腦組織中水含量的增加，MRI檢查時損傷組織的T1、T2弛豫時間延長，即T1加權成像（T1WI）呈低信號，T2加權成像（T2WI）呈高信號，常有占位效應。增強后多數病灶周邊呈不均勻結節狀，強化不均勻，中心壞死區無強化。Armstrong等［8］對37例成年男性低分級原發腦腫瘤患者放射治療后早期延遲損傷的 MRI研究，發現MRI對特異性的白質變化顯示不明顯，以血管為基礎的MR灌注顯像和MRS（磁共振波譜成像）對早發延遲損傷敏感。結合本實驗大鼠腦損傷MRI成像特點，與文獻結論基本一致。

晚發遲發反應期放射性腦損傷可出現液化、壞死。MRI的T1WI呈低信號或低等混合信號，T2WI高信號，有時可出現囊狀病灶，周圍組織水腫明顯，有較明顯的占位效應。增強掃描可見囊腔無強化，而囊壁可出現不均勻強化。這種囊性壞死改變文獻報道較少，故對放射性腦損傷的MRI診斷具有一定特征性。

本研究選擇大鼠右側尾殼核作為照射靶點，在伽瑪刀照射后對大鼠進行了MRI影像學檢查。大鼠在照射后第12周行MRI檢查提示存在影像學變化，表現為：T2WI可見受照靶區呈片狀稍高信號，邊界不清，臨近側腦室受壓，增強TIWI受照靶區呈明顯強化，強化不均勻。綜上所述，50Gy對大鼠尾狀核照射后，星形細胞增生肥大，大鼠大腦照射后組織破壞，在1.5 T MRI表現為T2WI高信號，增強T1WI有較明顯的強化。

本研究由于儀器及實驗時間所限，未對放療后大鼠的磁共振影像學變化及病理學改變進行動態監測，尤其是對于早期遲發反應期和晚期遲發反應期，在以后的實驗動物研究中，需要繼續擴大樣本量并進行長期動態觀察。

綜上所述，由于MRI具有多參數、多方位成像成像的特點，對于神經系統疾病方包括放射性腦損傷所致的腦水腫是一種非常敏感的影像診斷方法，隨著許多 MRI新技術（如彌散、灌注、波譜）［9－11］的應用，力求做到放射性腦損傷患者的早發現、早治療，以減輕患者的痛苦及改善預后。

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