張瑤，陳紅燕，史東立，劉影，張磊，金真，馬軍*

1.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)影像中心，北京 100050

2.北京石景山醫(yī)院放射科，北京 100043

3.中國人民解放軍第306醫(yī)院MR室，北京 100101

原發(fā)性局灶性腦挫裂傷發(fā)生后，其周圍組織受到多重因素影響，既有發(fā)生繼發(fā)性損傷的可能，又有可恢復(fù)的潛能，部分可逆性的組織被稱為創(chuàng)傷性半暗帶(penumbra)[1-4]。

局灶性腦創(chuàng)傷周圍有無半暗帶和如何顯示半暗帶是臨床關(guān)注的重點。由于腦創(chuàng)傷病人研究的局限性，有關(guān)局灶性腦創(chuàng)傷半暗帶的影像研究甚少，筆者采用動物實驗對局灶性腦創(chuàng)傷周圍組織進(jìn)行研究，結(jié)合病理對照，探索MRI顯示半暗帶的可能性。

1 材料與方法

1.1 實驗動物分組及動物模型制作

成年健康雜種家貓9只(由北京市神經(jīng)外科研究所動物實驗室提供)，雌雄不限，隨機(jī)分為對照組(4只)和創(chuàng)傷組(5只)。創(chuàng)傷組采用改良Feeney法制作局灶性腦創(chuàng)傷模型，對照組只開窗，不致創(chuàng)傷。步驟：以3 %戊巴比妥鈉麻醉動物，將其腦部固定于立體定向儀，在右頂部中線旁0.5 cm，制作直徑為1.5 cm骨窗，十字剪開硬腦膜。將自制自由落體架的玻璃導(dǎo)管固定于骨窗上方，20 g 砝碼自40 cm高處垂直落下，造成局部腦損傷。本實驗經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)。

1.2 MR掃描

模型制作完畢后6 h和24 h進(jìn)行MR掃描。動物俯臥位，下頜托固定頭部并位于線圈中心。冠狀面掃描層面垂直顱底。采用3.0 T德國西門子公司超導(dǎo)型MR成像系統(tǒng)，采用人頭部8通道相控陣線圈。矢狀面T1WI TR 1680 ms，TE 11 ms，矩陣512×512，反轉(zhuǎn)角120°；軸面T1WI TR 2470 ms，TE 23 ms，矩陣280×320，反轉(zhuǎn)角120°；軸面FLAIR TR 8000 ms，TE 95 ms，矩陣280×320，反轉(zhuǎn)角150°；軸面灌注成像(perfusion weighted imaging，PWI) TR 1500 ms，TE 32 ms，矩陣128×128，反轉(zhuǎn)角90°。PWI采用單次激發(fā)GRE-EPI序列，連續(xù)掃描50次，并在成像前預(yù)先注射一定量對比劑。

掃描完畢后，將PWI原始圖傳至工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。先觀察信號強(qiáng)度-時間曲線，判斷是否出現(xiàn)對比劑的首過效應(yīng)。然后將所選曲線輸入計算機(jī)，得到PWI偽彩圖，調(diào)整圖像使兩側(cè)大腦半球的色彩對稱。如果出現(xiàn)異常灌注區(qū)，則測量其范圍，同時測量所對應(yīng)的FLAIR圖上異常信號的范圍，分別測量3次，所得數(shù)值的平均值作為樣本均數(shù)，進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。

1.3 投射電鏡檢查

最后一次掃描完畢后進(jìn)行投射電鏡檢查。腦組織灌流固定后，分離腦組織標(biāo)本，進(jìn)行定位取材，并主要關(guān)注損傷周圍的腦組織。根據(jù)MRI所示異常信號的范圍，取損傷灶周5 mm和10 mm處的腦組織1 mm×1 mm×1 mm大小，將標(biāo)本置入2%多聚甲醛-2.5%戊二醛固定液中，在于4℃條件下固定2 h，用二甲砷酸鈉緩沖液沖洗3次后，1%鋨酸固定，酒精脫水，環(huán)氧丙烷置換，樹脂包埋。先行天青美蘭染色，光學(xué)顯微鏡定位，然后用醋酸雙氧鈾-枸櫞酸鉛染色，在電鏡下進(jìn)行觀察。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

相同實驗組動物同一時間不同序列的測量結(jié)果比較采用方差分析，不同序列之間的測量結(jié)果分析采用最小顯著差法和Student-Newman-Keuls法。同一實驗組動物、同一序列在不同時間點(6 h和24 h)測量值比較采用配對t檢驗。統(tǒng)計學(xué)分析采用SPSS 13.0軟件。P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 MRI表現(xiàn)

對照組各時間點MR結(jié)構(gòu)圖顯示腦實質(zhì)內(nèi)無異常信號，灌注圖顯示兩側(cè)半球的色彩分布基本對稱(圖1)，無明顯異常灌注區(qū)。創(chuàng)傷組各時間點MR結(jié)構(gòu)圖顯示右頂部局灶性腦創(chuàng)傷灶及周圍水腫，灌注圖顯示右頂部片狀異常灌注區(qū)(圖2，3)，測量其范圍(表1，2)，進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。

表1 6 h組MRI各序列異常信號區(qū)、異常灌注區(qū)及其測量值的均值(cm2)Tab.1 Measurement of the area of abnormal intensity/or abnormal perfusion after 6 h (cm2)

表2 24 h組MRI各序列異常信號區(qū)、異常灌注區(qū)及其測量值的均值(cm2)Tab.2 Measurement of the area of abnormal intensity/ or abnormal perfusion after 24 h (cm2)

2.2 統(tǒng)計學(xué)結(jié)果

圖1 A、B和C圖分別為對照組24 h的FLAIR圖、CBF圖、CBV圖。FLAIR圖顯示開窗側(cè)腦實質(zhì)內(nèi)無異常信號，CBF和CBV圖顯示兩側(cè)半球色彩基本對稱，無明顯異常灌注區(qū)。粉色線條示術(shù)中所放置的明膠海綿 圖2 A、B和C圖分別為創(chuàng)傷組6 h的FLAIR圖、CBF圖、CBV圖。FLAIR圖顯示局灶性挫裂傷區(qū)(黃線勾畫)，CBF和CBV圖像上可見大片異常灌注區(qū)(黃線勾畫) 圖3 A、B和C圖分別為創(chuàng)傷組24 h的FLAIR圖、CBF圖、CBV圖。FLAIR圖顯示較大的異常信號區(qū)域，灌注圖像上亦可見大片異常灌注區(qū)(黃線勾畫) 圖4 電鏡(醋酸雙氧鈾-枸櫞酸鉛染色)示神經(jīng)氈內(nèi)多數(shù)細(xì)胞突起不同程度水腫(A：×1000)，神經(jīng)元內(nèi)線粒體嵴腫脹、斷裂(B：×5000)，毛細(xì)血管內(nèi)紅細(xì)胞淤滯(C：×1000)Fig.1 Head MR scan of control group cat (24 h).A, B and C images are FLAIR, CBF and CBV images respectively.On FLAIR no abnormal signal intensity was observed in the brain parenchyma, while on CBF and CBV images no asymmetric perfusion was observed.The gelfoam placed on the bone window was outlined with pink circle.Fig.2 Head MR scan of traumatic group cat at 6 h point.Figure A, B and C are FLAIR, CBF and CBV images respectively.On fi gure A, hyperintensity was observed (yellow circle) while hemorrhage was also observed as hypointensity at the focal contusion region.On fi gure B and C, a hypoperfusion area was shown at the contusion region.Fig.3 Head MR scan of traumatic group cat at 24 h point.Figure A, B and C are FLAIR, CBF and CBV images respectively.A large abnormal signal intensity region is observed on structural image (figure A) and hypoperfusion region are observed on PWI images (figure B and C).Fig.4 Electron microscope (with uranyl acetate-lead citrate staining) showed edema of cell processes in neuropil (figure A.×1000), swelling and breaking of mitochondrial crista in neuron (figure B.×5000), and red blood cell stasis in the capillaries(figure C.×1000).

6 h組T1WI與CBF圖測量面積值差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)、T1WI與CBV圖測量面積值差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，F(xiàn)LAIR與CBF圖測量面積值差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)、FLAIR與CBV圖測量面積值差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，且灌注圖(CBF和CBV)測得的異常范圍大于MR結(jié)構(gòu)圖(T1WI、FLAIR)。結(jié)構(gòu)圖之間(T1WI和FLAIR)測量值差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

24 h組統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果顯示灌注圖和結(jié)構(gòu)圖對創(chuàng)傷范圍的顯示差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，且灌注圖顯示的異常范圍大于結(jié)構(gòu)圖。然而，結(jié)構(gòu)圖之間(T1WI與FLAIR)測量面積值差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

采用配對t檢驗對同一實驗動物6 h與24 h FLAIR圖創(chuàng)傷范圍的比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，創(chuàng)傷后24 h較6 h損傷范圍擴(kuò)大。

2.3 電鏡結(jié)果

創(chuàng)傷組：神經(jīng)氈細(xì)胞突起不同程度水腫，神經(jīng)細(xì)胞外周足突腫脹，神經(jīng)元內(nèi)線粒體腫脹、嵴斷裂，偶見染色質(zhì)斑塊樣凝集，毛細(xì)血管內(nèi)紅細(xì)胞淤滯(圖4)。對照組：神經(jīng)元形態(tài)正常，細(xì)胞膜完整，細(xì)胞器形態(tài)、數(shù)量基本正常；軸索排列整齊，軸膜清楚。

3 討論

3.1 關(guān)于腦創(chuàng)傷性半暗帶的概念

半暗帶原是天體物理學(xué)名詞，指天體的光被另一天體所遮擋時，形成的不完全黑暗，如日食或月食外周的半暗影。在腦缺血中，半暗帶一詞指在核心缺血區(qū)外的一部分可逆性組織。研究表明，原發(fā)性局灶性腦損傷后24 h損傷范圍可擴(kuò)大30%～300%[1]，即這種繼發(fā)性損傷不是創(chuàng)傷后立刻出現(xiàn)，且不局限于損傷中心，而是彌漫到其周圍區(qū)域，據(jù)此推測在局灶性腦損傷周圍區(qū)域存在可逆性組織即半暗帶。

基礎(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)傷性腦損傷是一個動態(tài)過程，首先是創(chuàng)傷當(dāng)時腦組織的機(jī)械性損傷，即原發(fā)性損傷，同時這些損傷會激發(fā)一系列分子和細(xì)胞反應(yīng)，在細(xì)胞水平上，原發(fā)損傷后神經(jīng)元可以出現(xiàn)壞死、變性和正常三種結(jié)局[5]，這其中，細(xì)胞變性是可逆性的，若保護(hù)因子占主導(dǎo)，細(xì)胞可被修復(fù)，并存活下來；而當(dāng)損傷因子占主導(dǎo)，細(xì)胞可能發(fā)生不可逆損傷而死亡[6]。這些處于可逆狀態(tài)的組織或細(xì)胞構(gòu)成了創(chuàng)傷性半暗帶的基礎(chǔ)。

本研究中電鏡觀察局灶性挫裂傷周圍區(qū)域內(nèi)的細(xì)胞以膠質(zhì)細(xì)胞水腫、變性為主要表現(xiàn)，尤其是星形細(xì)胞足突水腫和神經(jīng)氈內(nèi)細(xì)胞突起腫脹，提示創(chuàng)傷灶周圍存在可挽救組織，即半暗帶。

3.2 腦創(chuàng)傷性半暗帶的病理生理變化是影像研究的基礎(chǔ)

血液動力學(xué)異常是引起局灶性腦創(chuàng)傷繼發(fā)性損害的原因之一[7-9]，多發(fā)生于微血管的受損[5,10-11]。由于PWI對微血管的血容量變化敏感，因此可以早期顯示局灶性腦創(chuàng)傷周圍的灌注異常，比FLAIR像顯示結(jié)合水含量增加的高信號要早，且范圍較大。本研究結(jié)果顯示灌注圖和FLAIR圖對創(chuàng)傷范圍的顯示差異有統(tǒng)計學(xué)意義，灌注圖顯示的異常范圍大于FLAIR圖，存在失配區(qū)(mismatch)，雖然只是統(tǒng)計學(xué)上的意義，也為今后的影像學(xué)研究提供了可能性。此外，在6～24 h之間，F(xiàn)LAIR圖顯示創(chuàng)傷后24 h較6 h損傷的范圍有所擴(kuò)大，提示在未進(jìn)行有效干預(yù)情況下，創(chuàng)傷性半暗帶向繼發(fā)性損傷的演變。

此外，本實驗采用FLAIR圖與PWI圖進(jìn)行研究，而沒有用腦缺血常用的DWI與PWI，原因之一是腦創(chuàng)傷常發(fā)生于腦表淺部位，受血紅蛋白影響，可使圖像受磁敏感偽影的干擾，導(dǎo)致圖像變形。

本研究的局限性：(1)灌注成像前提是單室模型，即血腦屏障完整，而腦創(chuàng)傷后使血腦屏障破壞、局部對比劑滲漏，故采用灌注掃描前預(yù)先注入一定量對比劑的方法[12]，以封閉血管周圍間隙。(2)本實驗動物未使用動物專用線圈，為克服這一缺陷使用了動物頭托，將動物腦部抬高至線圈的中心區(qū)域，以提高局部磁場均勻性和圖像信噪比[13]。

綜上所述，貓腦局灶性創(chuàng)傷后6 h的MR FLAIR圖與PWI圖有失匹配區(qū)，且 24 h的FLAIR圖顯示腦損傷范圍擴(kuò)大，MR結(jié)構(gòu)像與功能像的不匹配可能提示半暗帶組織的存在。

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