兔急性脑缺血再灌注扩散加权成像的实验研究

1、兔急性脑缺血再灌注扩散加权成像的实验研究作者：刘学军 金丽英 孔令琦 刘广义 隋庆兰 杨学伟 作者单位：青岛大学医学院附属医院影像中心，山东 青岛 266003【摘要】 目的 探讨兔脑大脑中动脉缺血再灌注(MCAOI/R)后磁共振扩散加权成像(DWI)的特点。方法 将制作成功的兔MCAOI/R模型58只，随机分为永久性缺血组30只(再分为缺血1、3、6、12、24、48 h组，每组5只)和缺血再灌注组28只(再分为缺血再灌注0、2、5、11、23、47 h组，每组分别为5、5、4、5、4只)；另取10只动物行假手术分别作为缺血组(5只)及再灌注组(5只)的对照组；观察不同时间DWI像上高信号区

2、范围变化及表观扩散系数(ADC)的演变特点。结果 各组于缺血1 h均见到DWI像上明显的高信号，并伴ADC值的下降。缺血组不同缺血时间点各组平均ADC值呈先下降后上升的趋势。与缺血1 h比，各缺血时间点DWI像上的高信号区范围均有不同程度的增大，24 h后趋于稳定。再灌注组与再灌注前(缺血1 h)相比，再灌注2、5 h组均表现为DWI像上高信号区范围的缩小及ADC值升高；再灌注11 h组表现为高信号范围的增大并ADC值升高；再灌注23、47 h组表现为高信号范围的增大而ADC值出现较明显的下降。结论 急性脑缺血后DWI像高信号区及ADC值的下降经早期再灌注后可明显改善，但持续的再灌注可能导致A

3、DC值的再次下降。【关键词】 脑缺血；再灌注；磁共振成像；扩散加权成像；表观扩散系数磁共振(MR)扩散加权成像(DWI)对脑缺血的检测非常敏感，急性缺血性病变可通过表观扩散系数(ADC)来进行量化测量。近年来，国内外对脑缺血DWI的研究颇多，但急性脑缺血再灌注后ADC值的演变仍为广泛关注的研究热点之一。本研究通过线栓法制作兔脑大脑中动脉缺血再灌注(MCAOI/R)模型，旨在进一步探讨急性脑缺血再灌注后不同时期病变区范围及ADC值的演变特点。1 材料与方法11 实验动物模型建立和分组 新西兰兔103只，雌雄不限，体重1833 kg，健康状况良好。由山东农业科学院实验动物中心提供。应用线栓法建立M

4、CAOI/R模型，所有模型均于缺血1 h后行MR检查，DWI像上出现异常高信号区作为模型成功的标准1，2。将58只成功的动物模型随机分为永久性缺血(A)组30只和缺血再灌注(B)组28只。A组再分为A1A6组，即缺血1、3、6、12、24、48 h组，每组5只；B组再分为B1B6组，即再灌注0 h 5只、2 h 5只、5 h 5只、11 h 4只、23 h 5只、47 h 4只。另取10只作为假手术组，线栓插入后即拔出，不做其他处理，随机分为永久性缺血对照组(A0)5只和缺血再灌注对照(B0)5只。12 磁共振成像(MRI)检查 采用GE Sigma 15 T MR扫描仪，标准头线圈，动物仰卧

5、位置于头线圈的中央，在定位相上取视交叉平面为中心行冠状位连续扫描5层，层厚3 mm，层间距1 mm。扫描序列应用EPIDWI。DWI扫描参数：TR 7 000 ms，TE 84 ms，FOV 14 cm14 cm，矩阵128128，在X、Y、Z轴三个方向分别施加扩散敏感梯度(b值取0和1 000 s/mm2)。A组动物中，A2A6各组除了于各自时间点行MR检查外，还均于缺血1 h时行MR检查；B组动物中除了B1组于拔线前、后均行即时MR检查外，其余均于拔线后行即时MR检查及各自时间点的MR检查。各组动物的DWI原始图像转到ADW20工作站进行图像后处理，Functool软件重建ADC图。13

6、实验结果的处理 观察缺血不同时间及再灌注后不同时间各组间高信号区面积、ADC值的差异及演变特点。131 感兴趣区的选择 A1A6组选缺血期末DWI像上高信号区为感兴趣区(ROI)；B1B6组选再灌注期末DWI上高信号区(高信号区已完全消失者选择对应于消失前的相同部位)作为ROI；ROI区大小均取10 mm3。测量感兴趣区及对侧相应部位的ADC值，计算相对ADC(rADC)(病侧ADC/对侧ADC) 100%。132 高信号区范围测量 利用Functool软件于DWI像上显示病灶范围最大的层面测量高信号区的面积，并计算其占同层面全脑面积的百分比。14 统计学处理 使用SPSS115对数据进行统计

7、学分析，所有结果均以xs表示；不同测量平均值用配对t检验。2 结果21 缺血组DWI像上高信号范围及ADC值的变化 对照组10只动物MR检查均未出现DWI及ADC值的异常。A组动物于缺血1 h时均显示DWI上明显的高信号并伴ADC值的明显下降，此时ROI平均ADC值为(5534345)105mm2 /s，rADC(7069127)%，A1A6不同缺血时间点平均ADC值呈先下降后上升的趋势，其中缺血6 h时平均ADC值最低，此后逐渐上升，48 h时恢复至略高于1 h时水平。A2A6各组比较，前后两个时间点高信号区范围均有不同程度的增大，ADC图上表现为相应黑色区域的扩大，在不同的缺血时间点，与缺

8、血1 h比较可见DWI像上高信号区均有不同程度的增大，伴随ADC值下降，于ADC图上表现为低信号区扩大。(图1)，有显著性差异(P005)，见表1。表1 A组各缺血时间点高信号区ADC值及范围的比较（略）与缺血1 h比较：1)P005(第1、3列分别为缺血1 h的DWI和ADC图；第2、4列从上到下依次为缺血3、6、12、24、48 h的DWI和ADC图)图1 缺血组不同时间点DWI像及ADC图表现（略）22 再灌注组DWI上高信号范围及ADC值的变化221 B1组5只动物分别于拔线前、后即时行MR检查，DWI像上高信号范围未见明显变化；拔线后即时患侧ROI平均ADC值为(5438199)10

9、5mm2 /s，rADC(7086122)%，近似于缺血组1 h的平均ADC值，且拔线前、后的ADC值均无显著性差异(P005)。222 B组28只动物均于缺血1 h后拔线再通进行再灌注，不同时间点MR检查显示的DWI像上高信号区范围及其ADC值的变化特点不同，其中再灌注2、5 h表现为DWI像高信号范围的减小，并伴随ADC值的升高；再灌注11 h表现为高信号范围的增大，ADC值轻度升高；再灌注23、47 h表现为高信号范围的增大，而ADC值出现较明显的下降，再灌注2、5 h组DWI像上高信号区明显减小，ADC图上表现为低信号区减小；再灌注11、23 h组的ADC图上表现为信号升高，而DWI像

10、上表现为高信号区增大，再灌注47 h组则表现为DWI像上高信号区增大并伴随ADC信号下降。见表2和图2。表2 B组各再灌注时间点高信号区ADC值及范围的比较（略）与B1组比较：1)P005； 与B2B4组之间比较：P005(第1、3列分别为缺血1 h的DWI和ADC图；第2、4列从上到下依次为再灌注2、5、11、23、47 h组的DWI和ADC图)图2 再灌注组不同时间点DWI像及ADC图表现（略）23 各时间点比较 将A组各时间点分别对应于B组各时间点比较显示，A1(缺血1 h)组与B1(再灌注0 h)组、A5(缺血24 h)组与B5(再灌注23 h)组之间的ADC值无显著差别(P005)；

11、A2A4组各时间点的高信号区平均ADC值均明显低于相对应的B2B4组，而A6组则明显高于B6组(P005)。3 讨论31 急性MCAOI/R缺血范围及ADC值的变化 DWI检查对脑缺血非常敏感，早期缺血性改变可通过计算ADC值及测量其体积进行量化3。本研究结果表明，插线成功后缺血1 h在DWI像上即出现较明显的异常高信号区并伴ADC值的下降。缺血组ADC值随着缺血持续时间的延长呈现出先下降后上升的趋势；缺血1 h后再灌注组动物由于再灌注持续时间的不同，其DWI像上高信号范围及ADC值的变化不相一致，与缺血1 h时相比，可表现为高信号范围的减小并ADC值的升高，或表现为高信号范围的增大、ADC值

12、轻度升高，也可表现为高信号范围的增大及ADC值的下降。 在超急性脑梗死中，许多研究结果均认为DWI显示的高信号如果早期给予再灌注具有潜在可恢复性。中风发作后3 h内，即使严重下降的ADC值在某些患者也可出现恢复，说明早期发生ADC值下降的脑组织内可能包括可恢复的“危险组织”，同时也说明DWI上出现的异常高信号区不仅包含不可逆性损伤，还包含潜在地可以发生逆转的缺血性改变4，5。本研究显示，早期再灌注(缺血1 h)可导致DWI像高信号区范围的减小及ADC值的升高，与以往的研究结果一致。 以往研究表明6，ADC值下降能够预测急性脑缺血的结果，ADC值下降的程度与脑缺血的严重程度具有相关性。许多学者做

13、了大量的实验研究来寻找能够判断组织是否存活的ADC阈值。Dardzinski等7研究表明，大鼠在缺血2 h发生永久性脑梗死的ADC阈值是5510-5mm2/s。Kazemi 等8研究发现，大鼠大脑中动脉梗阻3 h后，以4710-5mm2/s作为绝对ADC平均值阈值来估计缺血性损伤的体积最为准确。本研究结果与以上研究数据非常接近。 最近有研究表明，在急性缺血期间如果发生快速的脑血流再灌注，已下降的ADC可以出现上升甚至发生正常化，但这种正常化的ADC值可以发生继发性的再次下降9。殷信道5等在对急性MCAOI/R动物实验研究中亦发现，缺血30 min再灌注后初次DWI异常信号消散是暂时的，24 h

14、后会发生继发性DWI异常信号。本研究中，各缺血组的病变区ADC值的演变趋势呈现为先下降后上升；再灌注组病变区ADC值于再灌注后211 h表现为升高，23 h以后出现再次的下降，呈现为先上升再下降的趋势；再灌注后47 h组病变区ADC值明显低于缺血48 h组，表明前者可能发生了再灌注后ADC值的再次下降，与以往研究结果一致。32 引起缺血区ADC值及范围变化的可能机制 早期脑缺血后ADC值的下降与细胞毒性水肿有关，水由细胞外间隙移到细胞内，导致水分子扩散受限10；对脑缺血动物进行组织病理学研究发现，超早期缺血区ADC下降的病理基础为神经细胞嗜酸性变及缺血后的细胞内改变，包括线粒体、内质网等细胞器

15、的肿胀。如果缺血状态持续存在，细胞内水肿逐渐加重到细胞破裂、血管源性水肿出现，至组织坏死液化。故认为缺血后期ADC值升高与随脑梗死进展而发生的神经细胞溶解、坏死从而导致空洞形成以及血管源性水肿的出现有关11。 另外，本研究中还发现尽管再灌注后11 h组、23 h组的ADC值较缺血1 h时均有明显升高，但DWI像上显示的高信号区范围反而有所增大，表现为二者变化不一致。这可能由于此时DWI上高信号区范围的增大可能还包括由于血管源性水肿的出现而导致T2值和质子密度值的延长12等因素。而再灌注后47 h组则表现为高信号区范围扩大并同时伴有ADC值的下降(明显低于缺血48 h组)，则很可能与发生了再灌注

16、后的迟发性神经元损伤有关。【参考文献】 1 Molnar L，Hegedus K，Fekete IA new model for inducing transient cerebral ischaemia and subsequent reperfusion in rabbits without craniectomy JStroke，1988；19(10): 126262 孔令琦，谢敬霞，韩鸿宾提高线栓法大脑中动脉闭塞性兔脑缺血模型稳定性和可重复性的研究J中国医学影像技术，2004；20(2): 209123 Rana AK，Wardlaw JM，Armitage PA,et alAppar

17、ent diffusion coefficient (ADC) measurements may be more reliable and reproducible than lesion volume on diffusion weighted images from patients with acute ischaemic strokeimplications for study design JMagn Reson Imaging，2003；21(6): 617244 Fiehler J，Knudsen K，Kucinski T,et alPredictors of apparent

18、diffusion coefficient normalization in stroke patients JStroke，2004；35(2): 51495 殷信道，顾建平，王丽萍,等超急性脑梗死再灌注扩散加权灌注磁共振成像实验研究J实用放射学杂志，2004；20(9): 769736 Beaulieu C，de Crespigny A，Tong DC,et alLongitudinal magnetic resonance imaging study of perfusion and diffusion in stroke: evolution of lesion volume and

19、correlation with clinical outcome JAnn Neurol，1999；46(4): 568787 Dardzinski BJ，Sotak CH，Fisher M,et alApparent diffusion coefficient mapping of experimental focal cerebral ischemia using diffusionweighted echoplanar imaging JMagn Reson Med，1993；30(3): 318258 Kazemi M，Silva MD，Li F,et alInvestigation of techniques to quantify in vivo lesion volume based on comparison of water apparent diffusion coefficient (ADC) maps with histology in