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MR 弥散加权成像在兔脊柱结核早期诊断中的应用价值.pdf

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MR 弥散加权成像在兔脊柱结核早期诊断中的应用价值.pdf

基础研究|ORIGINALARTICLES磁共振成像2011年第2卷第6期CHINJMAGNRESONIMAGING,2011,VOL2,NO6HTTP//WWWCJMRICN435摘要目的探讨磁共振弥散加权成像DWI在兔脊柱结核发病早期的应用价值。方法选择健康成年新西兰白兔25只,应用外科手术建立兔脊柱结核动物模型,在手术后4、6、8周分别采用常规MRI及DWI扫描,观察MR表现并测量正常椎体与病变椎体的ADC值,采用方差分析,进行统计学分析。结果成功建立脊柱结核动物模型。脊柱结核动物模型术后第4、6、8周椎体及椎间盘形态未见明显异常,DWI出现异常信号,且病变椎体与正常椎体ADC值差别有统计学意义,病变椎体的ADC值高于正常椎体。结论DWI分析及ADC值测量能够为脊柱结核早期诊断提供一定信息。关键词兔;脊柱结核;弥散加权成像;磁共振成像APPLICATIONOFDWIFOREARLYDIAGNOSISOFSPINALTUBERCULOSISINRABBITSLIUYING,WANGYUNLING,WANGHONG,WANGHAO,LIUBO,JIAWENXIAOIMAGINGCENTER,THESCEONDAFFILIATEDHOSPITALOFXINJIANGMEDICALUNIVERSITY,URUMIQI830063,CHINACORRESPONDENCETOJIAWX,EMAILJWXXJSINACOMRECEIVED20SEP2011;ACCEPTED31OCT2011ABSTRACTOBJECTIVETODISCUSSAPPLICATIONOFDIFFUSIONWEIGHTEDIMAGINGFOREARLYDIAGNOSISOFSPINALTUBERCULOSISINRABBITSMATERIALSANDMETHODSTWENTYFIVEHEALTHYNEWZEALANDRABBITSWERESELECTEDINTHISSTUDYFIRSTLY,ANIMALMODELSOFSPINALTUBERCULOSISWEREMADEBYOPERATION,THENTHEYWEREEXAMINEDWITHCOMMONMRIANDDWIAT4WEEKS,6WEEKS,8WEEKSRESPECTIVELYMRIMANIFESTATIONSANDNORMALVERTEBRALANDPATHOLOGICALCHANGESOFVERTEBRALADCVALUESWEREANALYZEDBYUSINGTWOGROUPSOFFTESTRESULTSTHESPINALTUBERCULOSISMODELWASSUCCESSFULLYESTABLISHEDINRABBITSVERTEBRALANDINTERVERTEBRALDISCHASNOTSEENTHEAPPARENTLYUNUSUALAT4WEEK,6WEEKS,8WEEKS,BUTDWIAPPEARUNUSUALSIGNALTHEDIFFERENCEBETWEENTHEMEANADCVALUESOFNORMALVERTEBRALANDLESIONSVERTEBRALWASSIGNIFICANCE,ADCVALUESOFLESIONSVERTEBRALWASHIGHERTHANNORMALVERTEBRALPATHOLOGICALFINDINGSCONFIRMEDTUBERCULOSISCONCLUSIONSDIFFUSIONWEIGHTEDIMAGINGISUSEFULTOTHEEARLYDIAGNOSISOFSPINALTUBERCULOSISKEYWORDSRABBITS;SPINALTUBERCULOSIS;DIFFUSIONWEIGHTEDIMAGING;MAGNETICRESONANCEIMAGING基金项目本研究受新疆维吾尔自治区自然科学基金项目编号2011211A035资助。作者单位新疆医科大学第二附属医院影像中心,新疆乌鲁木齐830063第一作者简介刘莹1985-,女,在读硕士研究生,住院医师。研究方向磁共振在骨关节感染性病变的应用。EMAIL83982239QQCOM通讯作者贾文霄,EMAILJWXXJSINACOM收稿日期20110920接受日期20111031中图分类号R4452;R5292文献标识码ADOI103969/JISSN16748034201106009刘莹,王云玲,王红,等MR弥散加权成像在兔脊柱结核早期诊断中的应用价值磁共振成像,2011,26435438MR弥散加权成像在兔脊柱结核早期诊断中的应用价值刘莹,王云玲,王红,王皓,刘波,贾文霄脊柱结核在骨关节结核中最为常见,治疗不及时可导致椎体严重破坏,脊柱畸形和各种神经损害等严重并发症,早期诊断和治疗尤为重要。MRI对脊柱结核早期诊断比其他影像学检查更为敏感,敏感性100,特异性8821,可为临床早期准确制订治疗方案提供依据。常规MRI检查结合新的成像序列如弥散加权成像,对脊柱结核病变的准确诊断和鉴别诊断有着重要意义。本文旨在通过建立兔脊柱结核模型,应用MR弥散加权成像技术的成像特征为脊柱结核的早期诊断提供信息。1材料与方法11实验动物及材料健康成年新西兰大白兔25只,兔龄24周龄以上,雌雄不限,分笼单独隔离饲养,体重30~35KG,由新疆医科大学提供。人型结核分支杆菌标准菌株H37RV菌株中国生物制品研究所。磁共振成像2011年第2卷第6期CHINJMAGNRESONIMAGING,2011,VOL2,NO6基础研究|ORIGINALARTICLESHTTP//WWWCJMRICN436GROUP4WEEKS6WEEKSNORMALVERTEBRALN19061017053015LESIONSVERTEBRALN19068021165022表1病变椎体与正常椎体ADC值的比较103MM2/STAB1ADCVALUESOFLESIONSVERTEBRALANDNORMALVERTEBRAL103MM2/S12实验分组及准备①将实验兔编号并称重,分为实验组20只和对照组5只,在相同的环境下适应性喂养两周。②拍摄兔脊柱的基础X线片,以证实脊柱结构无异常。13造模方法将标准菌株H37RV菌株在新疆医科大学实验室用罗氏培养基进行扩增2~3周后取生长良好的菌落,研磨后配成均匀菌悬液50MG/ML。将实验动物背部脱毛备皮后固定在手术板上。经耳缘静脉注射2戊巴比妥钠对实验兔进行麻醉,剂量为20MG/KG体质量。常规消毒铺巾,取后侧腹膜外入路显露腰5、6椎体。于腰6椎体上部近椎间盘处从左前方向右后钻03CM08CM04CM的骨孔,骨孔道止血后填入明胶海绵,实验组注射器在明胶海绵上缓慢浸注50MG/ML结核菌悬液02ML。对照组注射器在明胶海绵上缓慢浸注生理盐水02ML。1~0丝线间断关闭切口。术后动物术后青霉素80万单位注射3天,并隔离分笼饲养,实验室保证良好通风。14MR观测及参数选择使用GESIGNA15T磁共振成像系统,采用头颈联合多通道线圈。受检兔子麻醉后取俯卧位,采用TFE序列进行定位,扫描全脊柱,用SEEPR类型的扩散加权成像法。DWI扫描参数为TR2000MS,TE65MS,矩阵168113,层厚2MM,层间距1MM,采集5层,NSA8,400S/MM2,扫描时间68S。15组织病理学检查实验兔在影像学检查完以后,在麻醉下切取病变部组织,将病变组织用10甲醛溶液固定,逐步经5硝酸脱钙、丙酮脱水、二甲苯透明,常规石包埋、5MM切片、HE染色,于显微镜下观察病变椎体是否有结核感染。2结果21MRI表现实验组麻醉死亡1只;对照组全部存活。术后第4周观察病变椎体形态及信号正常,椎体后方软组织T1WI显示为低信号,T2WI显示信号增强,DWI呈稍高信号。第6周观察病变椎体形态正常,椎间隙未见狭窄,常规MRI未见明显异常信号,DWI呈稍高信号。8周时部分兔的椎间盘信号T2WI上结构消失,呈不均匀高信号,椎间隙未见明显狭窄;21%的兔腰大肌略肿胀。椎体呈略长T1、长T2信号,DWI呈高信号图1~5。椎旁肿胀的腰大肌及椎旁少量脓肿在T1WI显示为低信号,而T2WI呈较高信号;DWI呈高信号,79的兔椎间盘在T1WI呈现低信号,在T2WI上正常髓核应有的横行细缝隙消失。对照组术后4周可见椎体后方软组织T1WI显示为低信号,T2WI显示信号略增强,DWI呈稍高信号,椎体形态正常。术后6周MR检查未见明显异常。22图像分析测量术后同一病变椎体4、6周的ADC值表1,并采用SPSS170统计学软件进行统计学分析,分别计算病变椎体与正常椎体的平均ADC值,数据以图1~3腰6椎体结核呈长T1信号,长T2信号,椎旁肿胀的腰大肌及椎旁少量脓肿在T1加权像显示为低信号,T2加权像呈较高信号。图4~5在B值为400S/MM2的DWI图像上,腰5/6椎间盘显示不清,病变椎体腰6椎体呈高信号。在ADC图像上呈绿色,ADC值为108103MM2/S。图6~7实验动物术后6周的软组织及骨组织切片FIG13THELESIONOFTUBERCULOSISINLUMBERVERTEBRA6TH,SWELLINGPARAVETEBRALPSOASMAJORMUSCLE,ANDMINORABSCESSSHOWINGHYPOINTENSITYONT1WIANDHYPERINTENSITYONT2WIFIG45THEINTERCALATEDDISCOFLUMBERVETEBRAL5/6DEMONSTRATINGUNCLEARMARGINWITHHYPERINTENSITYOFINVOLVEDLUMBERVERTEBRA6THONDWIB400S/MM2THEYAREGREENONADCMAP108103MM2/SFIG67ANATOMICALSECTIONSOFSOFTANDBONETISSUES6WEEKSAFTEROPERATIONONLABORATORYANIMALS1234567基础研究|ORIGINALARTICLES磁共振成像2011年第2卷第6期CHINJMAGNRESONIMAGING,2011,VOL2,NO6HTTP//WWWCJMRICN437“均数标准差”表示,进行方差分析。各病变椎体与正常椎体ADC值有差别,且具有统计学意义,病变椎体的ADC值高于正常椎体。23病理学检查结果第4周组织病理学检查软组织内可见灶状炎细胞浸润,主要为淋巴细胞、巨噬细胞、组织细胞及少量单核细胞,病灶局限化与周围组织形成较为明显的界限,未见明显的朗格汉斯巨细胞,有形成肉芽肿性炎的趋势。骨组织内部分骨小梁断裂,有炎性改变。6周骨组织和纤维结缔组织内可见结核样肉芽肿及干酪样坏死。病变椎体骨小梁断裂,其周围为炎性肉芽组织,有大量淋巴细胞和纤维细胞,炎性组织内死骨形成图6、7。3讨论31模型的建立结核发病率的增加,加剧了对结核病控制的困难,要深入了解结核杆菌繁殖的机理、结核病的发病过程及病理变化、抗结核药物的疗效分析、病情监测等都离不开结核菌的动物实验研究。目前结核病动物模型选择以豚鼠和兔为主。豚鼠对人型结核杆菌极为易感,感染后病理变化酷似人类的病变2,但该模型体积较小,适于进行疾病诊断和病理变化的研究,对于外科手术操作及进行相关的影像学检查则有一定的局限性。与之相比,兔对结核杆菌的敏感性与人类相当,体积较大可以进行外科基本手术操作及相应的影像学检查,是较为理想的模型动物3。国内外学者4已经在新西兰白兔腰椎局部接种后建立了在大体外观、影像学表现及组织病理学方面与人类脊柱结核较相似的动物模型。本实验选择新西兰大白兔进行建模,左侧腹膜外入路,注入50MG/ML结核菌悬液02ML,通过定期行MRI观察及病理学检查,认为此种入路及结核杆菌浓度可以成功建立脊柱结核动物模型。32参数的选择选用的DWI序列,诸多研究者使用了不同的DWI序列进行骨髓的检查,已用序列包括自旋回波DWISPINEECHODWI,SEDWI、稳态自由进动DWISTEADYSTATEFREEPRECESSION,SSFPDWI、回波平面成像DWIECHOPLANARIMAGING,EPIDWI等,但SEDWI序列成像时间相对较长,对运动伪影敏感,EPIDWI明显缩短成像时间,简便、易行、具有无创的特点。但由于它对磁敏感效应明显,易导致随B值增加,而出现明显的变形伪影,严重影响ADC值的准确性。本实验分别采用SEDWI及EPIDWI,采用SEDWI序列所的到的图像较EPIDWI清晰。分别在SE序列180脉冲前后施加不同梯度因子,用B值表示,分别为200S/MM2、400S/MM2、600S/MM2,扫描时间8~14S。研究发现随着B值的增加ADC值降低当B400S/MM2可获得清晰的图像,测得的ADC值稳定。并且随着B值的增加图像的信噪比逐渐减低,图像质量略差,伪影增多,测得的ADC值不稳定。这说明兔脊柱的DWI研究B值在400S/MM2左右时可获得较为清晰的图像。33DWI在脊柱结核早期诊断中的应用价值椎体结核多由于血行播散引起。广泛丰富的动、静脉吻合支是结核杆菌感染的最后通路,而椎间盘是无血管结构,故病变不可能首先累及椎间盘。当单个椎骨被结核杆菌感染后,椎间盘的营养由邻近椎骨维持,此时椎间盘可保持正常;当病变进一步发展,椎间盘两侧椎体均被累及时,椎间盘失去其营养供应,才会发生病变。故在脊结核的病变早期不出现椎间盘的破坏而是首先引起椎体骨炎。早期结核往往没有明显的X线表现,有时CT表现也不明显,而MRI对椎体骨髓中水含量、蛋白及脂肪的变化非常敏感,能够在早期炎性水肿期就能有异常表现,并能做出定性诊断5。DWI是目前惟一能检测活体组织内水分子扩散运动的无创性方法,它对人体的研究深入到更微观的水平,可反映人体的空间组成信息及病理生理状态下各组织成分间水分子交换的功能状态6。病理状态下,组织细胞内、外的大分子分布发生改变以及膜结构的完整性遭到破坏,使其中水分子的弥散速度发生改变,从而形成DWI上信号的异常7。随着弥散强度的改变ADC值也发生改变,在进行临床研究时要充分考虑弥散强度对ADC值测定的影响。本研究中对实验兔进行DWI检查,并对ADC值定期进行测量,进行统计学分析,研究发现术后正常病变椎体与正常椎体ADC值差别较大,且差别有统计学意义,病变椎体的ADC值高于正常椎体。脊柱结核早期主要以渗出为主,导致水分子明显增多,扩散加快,ADC值增高。本研究中ADC值的增加就较为明显。此外组织的ADC值和ADC图可去除T2余辉效应,有助于探查DWI上被T2效应掩盖了的扩散增加的区域。MRI常规检查结合弥散成像信号改变特点,对脊柱结核病变准确诊断鉴别诊断有着重要意义。ONER等8认为弥散定性研究中使用的EPIDWI技术对涡流和磁敏感伪影更敏感,这些限制可能使显示不同脊柱病变之间ADC值的差异更困难。作为常规MRI的补充工具,NONCPMGSFSEDWI技术在定量评价脊柱疾病方面可能更有前途,不过在提高MRI诊断脊柱病变的准确性方面,需要研究更多的病例磁共振成像2011年第2卷第6期CHINJMAGNRESONIMAGING,2011,VOL2,NO6基础研究|ORIGINALARTICLESHTTP//WWWCJMRICN438来证实这种MRI检查序列的价值。本实验利用MR弥散加权成对脊柱结核病理过程进行动态研究。获得脊柱结核病变不同阶段的影像学数据,认为MR弥散加权成像可以为脊柱结核早期诊断提供一定的信息,对脊柱结核寻找早期干预措施与传染病的治疗有积极作用。参考文献REFERENCES1DANCHAIVIJITRN,TEMRAMS,THEPMONGKHOLK,ETALDIAGNOSTICACCURACYOFMRIMAGINGINTUBERCULOUSSPONDYLITISJMEDASSOCTHAI,2007,908158115892SMITHD,WIEGESHAUSE,BALASUBRAMANIANVANIMALMODELSFOREXPERIMENTALTUBERCULOSISCLININFECTDIS,2000,31SUPPL3S68703FELIPEBASTOSMORAANDLUSPORTALLLAMEDOJBONEJOINTSURGAM,1955,37A11561684LINX,SONGYMSLOWRELEASERIFABUTINMICROSPHERESDRUGRELEASEPROPERTIESANDRABBITSPINALTUBERCULOSISOFTHEMODELPRELIMINARYEXPERIMENTALRESEARCHSICHUANUNIVERSITY,2006林旭,宋跃明缓释利福平微球释药性质及兔脊柱结核模型建立的初步实验研究四川大学,20065THWAITESG,FISHERM,HEMINGWAYC,ETALBRITISHINFECTIONSOCIETYGUIDELINESFORTHEDIAGNOSISANDTREATMENTOFTUBERCULOSISOFTHECENTRALNERVOUSSYSTEMINADULTSANDCHILDRENJINFECT,2009,5931671876贾文霄颅内结核的磁共振成像磁共振成像,2010,12142150JIAWXMAGNETICRESONANCEIMAGINGOFINTRACRANIALTUBERCULOSISCHINJMAGNRESONIMAGING,2010,121421507SONGLI、WANGXIAOYING、XIESHENGETCDWIANDADCVALUESINTHEDIFFERENTIALDIAGNOSISOFBRAINTUMORMEASUREDVALUECHINJMEDIMAGINGTECHNOL,2005,213354357宋莉,王霄英,谢晟,等DWI以及ADC值测量在脑肿瘤鉴别诊断中的价值中国医学影像技术,2005,2133543578ONERAY,TALIT,CELIKYAYF,ETALDIFFUSIONWEIGHTEDMAGINGOFTHESPINEWITHANONCARRPURCELLMEIBOOMGILLSINGLESHOTFASTSPINCHOSEQUENCEINITIALEXPERIENCEAJNRAMJNEURORADIO,2007,283575580

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