李洪杰，邊 杰，沙 琳，孫 闖，孫傳恕，劉書峰，翟方兵

(大連醫(yī)科大學(xué) 附屬第二醫(yī)院 放射科，遼寧 大連 116027)

近年來(lái)彌散加權(quán)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(yīng)用[1,2]，但HIE早期DWI演變規(guī)律的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本研究通過(guò)對(duì)新生豬缺氧缺血性腦損傷(hypoxicschemic brain damage，HIBD)動(dòng)物模型的DWI成像研究，探討其早期DWI、表觀彌散系數(shù)(apparent diffuse coefficient,ADC)圖的影像特點(diǎn)及ADC值的變化規(guī)律，為HIE早期臨床診斷及治療轉(zhuǎn)歸提供影像學(xué)指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 缺氧箱設(shè)置

用透明有機(jī)玻璃制作六面體密閉容器，頂壁設(shè)置1個(gè)工作窗，2個(gè)相對(duì)側(cè)面部分別設(shè)置2個(gè)直徑約0.8 cm小孔，分別為進(jìn)氣孔和出氣孔。容器內(nèi)放置20 mg的氧化鈣，室溫(25±3)℃。

1.2 動(dòng)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(chǎng)提供)，雌雄不限，體重1300～1500 g，隨機(jī)分成對(duì)照組(假手術(shù)組)和實(shí)驗(yàn)組，每組8只。先將動(dòng)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(shí)驗(yàn)臺(tái)上，暴露頸部，醫(yī)用碘酊消毒后，頸正中縱切口長(zhǎng)約2.0 cm，分離雙側(cè)頸總動(dòng)脈。實(shí)驗(yàn)組用4.0的外科手術(shù)線給予雙側(cè)頸總動(dòng)脈永久結(jié)扎，用無(wú)菌2號(hào)外科手術(shù)線逐層縫合切口。然后將動(dòng)物放入缺氧箱內(nèi)，封閉工作窗，給予持續(xù)4%氧氣和96%氮?dú)獾幕旌蠚怏w2 L/min(測(cè)氧儀：RS5100型 上海雷磁)，持續(xù)30 min。對(duì)照組僅行假手術(shù)，不做雙側(cè)頸總動(dòng)脈結(jié)扎及缺氧處理。

1.3 動(dòng)物一般情況觀察

記錄兩組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物呼吸情況、皮膚黏膜顏色的改變及神經(jīng)系統(tǒng)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(guī)掃描序列包括T1加權(quán)像(T1WI)和T2加權(quán)像(T2WI)及T2 FLAIR。掃描參數(shù)：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(shí)間共約10 min。

擴(kuò)散加權(quán)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(jié)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(yīng)ADC圖并測(cè)量感興趣區(qū)(Regions of interest，ROI)得到ADC值。選擇每側(cè)大腦白質(zhì)區(qū)與側(cè)腦室旁區(qū)及海馬區(qū)的典型層面1～2層，于各采集時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)組在ADC圖上選取DWI明顯高信號(hào)區(qū)域、對(duì)照組在相應(yīng)層面隨機(jī)選定同一部位的3個(gè)ROI進(jìn)行測(cè)量，分別得到ADC值，并做均值得到最終ADC值。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用社會(huì)科學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件包SPSS 16.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。各組數(shù)據(jù)均以mean±SD表示，采用重復(fù)測(cè)量方差分析及t檢驗(yàn)方法，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 新生豬缺氧缺血后的行為觀察

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

2.2 MRI掃描結(jié)果

對(duì)照組在不同時(shí)間的腦常規(guī)MR圖像及DWI圖像均未見(jiàn)異常信號(hào)改變。實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物在缺氧缺血后1 h DWI圖像額葉即可見(jiàn)高信號(hào)影，邊界較模糊；3 h可見(jiàn)雙側(cè)額葉高信號(hào)區(qū)范圍擴(kuò)大，呈斑點(diǎn)狀，雙側(cè)海馬區(qū)可見(jiàn)點(diǎn)狀、斑點(diǎn)狀高信號(hào)影出現(xiàn)，邊界模糊不清，雙側(cè)腦室周圍可見(jiàn)點(diǎn)狀高信號(hào)；6 h雙側(cè)海馬區(qū)高信號(hào)范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，呈條片狀；隨著缺氧缺血時(shí)間的延長(zhǎng)，12 h病灶區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大，呈彌漫性高信號(hào)改變，邊界模糊不清(圖1)。

2.3 ADC圖及ADC值變化

對(duì)照組在不同時(shí)間的ADC圖上未見(jiàn)異常信號(hào)，實(shí)驗(yàn)組缺氧缺血后1 h可見(jiàn)點(diǎn)狀低信號(hào)灶，3 h呈斑點(diǎn)狀低信號(hào)灶，6 h呈片狀低信號(hào)灶。隨缺氧時(shí)間延長(zhǎng)，12 h病灶呈彌漫性信號(hào)減低區(qū)(圖2)。ADC值1 h內(nèi)下降明顯，隨缺氧缺血時(shí)間延長(zhǎng)，逐漸降低，3 h最低，6 h以后ADC值開(kāi)始回升，12 h接近正常。表1為不同部位不同時(shí)間點(diǎn)的ADC值。

圖1 HIBD后不同時(shí)間點(diǎn)腦冠狀DWI圖像

圖2 HIBD后不同時(shí)間腦冠狀A(yù)DC圖

表1 對(duì)照組及實(shí)驗(yàn)組不同時(shí)間點(diǎn)大腦皮層、側(cè)腦室旁區(qū)及海馬區(qū)ADC值

由表1可得在1 h 、3 h、6 h、9 h及12 h 實(shí)驗(yàn)組及對(duì)照組ADC值差異均有顯著性意義(P<0.05)；實(shí)驗(yàn)組ADC值1 h內(nèi)下降明顯，3 h最低，6 h以后開(kāi)始回升，12 h接近正常；對(duì)照組無(wú)變化趨勢(shì)。

3 討 論

磁共振彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging,DWI)是目前在活體上進(jìn)行水分子擴(kuò)散測(cè)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(jié)構(gòu)信號(hào)衰減大，表現(xiàn)為低信號(hào)；彌散慢的結(jié)構(gòu)信號(hào)衰減少，表現(xiàn)為高信號(hào)。應(yīng)用DWI可以獲得DWI圖像和由ADC值重建的ADC圖。細(xì)胞內(nèi)、外水?dāng)U散的降低，ADC值就會(huì)降低，在DWI圖像上表現(xiàn)為高信號(hào)。由于DWI圖像含有T2加權(quán)圖像成分，而高含水區(qū)T2加權(quán)信號(hào)也增高，因此對(duì)于體現(xiàn)水分子的擴(kuò)散受限，ADC值的降低更準(zhǔn)確些。在缺血缺氧性腦損傷的早期，細(xì)胞外液中的Na+、Ca2+和水流入細(xì)胞內(nèi)，形成細(xì)胞毒性水腫，細(xì)胞腫脹同時(shí)會(huì)造成細(xì)胞外間隙變小即細(xì)胞外水分子減少。這時(shí)整個(gè)缺血區(qū)的含水量并沒(méi)有增加，只是細(xì)胞內(nèi)、外的含水量發(fā)生了變化。由于水分子在細(xì)胞內(nèi)的Brown運(yùn)動(dòng)慢于細(xì)胞外，其在細(xì)胞內(nèi)的表觀彌散系數(shù)ADC值小于細(xì)胞外，使缺血區(qū)水分子整體Brown運(yùn)動(dòng)減低，ADC值變小，ADC圖顯示為低信號(hào)區(qū)，DWI顯示為高信號(hào)區(qū)[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(cè)出與組織的含水量改變有關(guān)的形態(tài)學(xué)與病理生理學(xué)的早期改變[6]。本研究發(fā)現(xiàn)：在缺血缺氧后1～3 h內(nèi)，即細(xì)胞內(nèi)水腫期，ADC值下降明顯，DWI圖像上表現(xiàn)為高信號(hào)；3～6 h，隨著腦水腫不斷加重，ADC值下降較緩，DWI圖像上表現(xiàn)為明顯高信號(hào)，主要分布于大腦皮層區(qū)域、側(cè)腦室旁區(qū)及海馬區(qū)。此結(jié)果與 Kim等[7]人的研究結(jié)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(jiàn)的疾病之一。由于其復(fù)雜的發(fā)病機(jī)制和病理生理過(guò)程，致使雖然目前國(guó)內(nèi)外治療HIE的方法繁多，但無(wú)公認(rèn)、有效的措施。HIE早期臨床表現(xiàn)缺乏特異性，常規(guī)MRI又很難早期發(fā)現(xiàn)病變，因此建立穩(wěn)定可靠的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型，探討DWI在缺氧缺血性腦病早期的影像變化特點(diǎn)，對(duì)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(jié)構(gòu)相近，而且在基因組序列和染色體結(jié)構(gòu)上也有很高的同源性[8]，因此，本研究以新生約克豬為動(dòng)物模型，參照和改良Gregory A等[9,10]的研究，建立缺氧缺血?jiǎng)游锬Ｐ汀?/p>

腦水腫是腦細(xì)胞死亡的早期病理改變。近幾年，國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，缺氧缺血性腦損傷時(shí)，神經(jīng)細(xì)胞的死亡是以凋亡為主。而凋亡是一個(gè)可逆的過(guò)程，若找到阻止或中斷凋亡過(guò)程的干預(yù)因素，便可減輕神經(jīng)細(xì)胞損傷，甚至可以避免細(xì)胞死亡。而DWI是目前在活體進(jìn)行水分子擴(kuò)散測(cè)量與成像的有效方法，被公認(rèn)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(xué)演變規(guī)律方面有明顯優(yōu)勢(shì)。DWI不但探測(cè)早期腦缺血病灶敏感度高，更有意義的是經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)呐R床治療后，DWI還能監(jiān)測(cè)到原病灶的復(fù)原或消失，這對(duì)臨床具有重要的指導(dǎo)作用。通過(guò)應(yīng)用磁共振DWI技術(shù)，臨床對(duì)HIE患兒早期做出準(zhǔn)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(fā)生，對(duì)促進(jìn)受損神經(jīng)細(xì)胞恢復(fù)、避免神經(jīng)細(xì)胞死亡及減少神經(jīng)后遺癥的發(fā)生都有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] Twomey E,Twomey A,Ryan S,et al.MR imaging of term infants with hypoxic-ischaemic encephalopathy as a predictor of neurodevelopmental outcome and late MRI appearances[J].Pediatr Radiol,2010,40(9):1526-1535.

[2] Giselle DeVetten,Shelagh B.Coutts,Michael D.Hill,et al.Acute Corticospinal Tract Wallerian Degeneration Is Associated With Stroke Outcome[J].Stroke,2010,41(4):751-756.

[3] Menezes NM,Connolly SA,Shapiro F,et al.Early ischemia in growing piglet skeleton:MR diffusion and perfusion imaging[J].Radiology,2007,242(1):129-136.

[4] Schaefer PW,Copen WA,Lev MH,et al.Diffusion-weighted imaging in acute stroke[J].Magn Reson Imaging Clin N Am,2006,14(2):141-168.

[5] Cheng Y,Liu GR,Guan JT,et al.Early diffusion weighted imaging and expression of heat shock protein 70 in newborn pigs with hypoxic ischaemic encephalopathy[J].Postgrad Med J,2005,81(959):589-593.

[6] Kaur C,Sivakumar V,Zhang Y,et al.Hypoxia-induced astrocytic reaction and increased vascular permeability in the rat cerebellum[J].Glia,2006,54(8):826-839.

[7] Kim EY,Ryoo JW,Roh HG,et al.Reversed discrepancy between CT and diffusion-weighted MR imaging in acute ischemic stroke[J].Am J Neuroradiol,2006,27(9):1990-1995.

[8] 王芳，牛冬，余旭平，等.豬生物醫(yī)學(xué)研究進(jìn)展[J].動(dòng)物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，2009,30(4)：99-102.

[9] Gregory A,Lodygensky,Terrie E,et al.Application of magnetic resonance imaging in animal models of perinatal hypoxic-ischemic cerebral injury[J].Int J Develop Neurosci,2008,26(1):13-25.

[10] Alexander Drobyshevsky,Matthew Derrick,P.V.Prasad,et al.Fetal brain magnetic resonance imaging response acutely to hypoxia-ischemia predicts postnatal outcome[J].Ann Neurol,2007,61(4):307-314.