大鼠放射性脑损伤磁共振成像的初步研究

孙 晨，王 凡，王 鹏，吴黎明

（安徽医科大学第一附属医院 肿瘤放疗科，安徽 合肥 230022）

随着头颈部肿瘤放射治疗技术的日渐广泛，放射性脑损伤的发病率也逐渐增加，现已成为限制脑部放射治疗剂量，影响疗效的重要因素。尤其是头部立体定向放疗等先进放疗技术的广泛应用，研究单次大剂量照射后正常脑组织代谢的变化特点，对早期诊断、早期治疗放射性脑损伤有非常重要的意义。本研究旨在建立伽玛刀所致放射性损伤的大鼠动物模型，研究中晚期放射性脑损伤的MRI表现及其相应的病理改变，现报告如下：

1 材料与方法

1.1 实验动物 成年健康成年SD大鼠10只，体重300－400 g，雄性，平均为6周龄。随机分为2组，试验组370.6±14.5 g，对照组372.5±12.5 g，两组差异无显著性，t＝0.2767，P＞0.05。

1.2 试验仪器及药品 玛西普（深圳）医学科技有限公司生产 MASEP－SRRS型伽玛刀，焦点吸收剂量率1.5 Gy／min，运用 MASEP Superplan 2.0剂量计划系统进行剂量计划设计，Siemens 1.5 Tesla超导MRI用于影像定位。并采用自制高强度有机玻璃大鼠立体定向放射外科固定装置与Leksell立体定向仪框架及适配器相配合。麻醉剂：10%水合氯醛。MRI增强剂：Gd－DTPA。

1.3 实验方法 大鼠使用10%水合氯醛腹腔注射麻醉，剂量为0.35 ml／100 g。然后固定于伽玛刀立体动物定位头架上，用Siemens 1.5 Tesla超导MRI行大鼠大脑横轴薄层连续扫描，T2相，层厚2 mm，所得影像资料输入计算机工作站，将治疗靶点的位置确定于照射组大鼠（n＝5只）右侧尾状核，采用8 mm准直器对大鼠脑组织实施照射，等剂量曲线50%，周边剂量50 Gy，中心剂量100 Gy。照射组（n＝5只）行伽玛刀照射，对照组（n＝5只）进行同样程序，但不进行伽玛刀照射（假照射）。伽玛刀治疗后大鼠常规饲养，观察大鼠的活动、精神状况、饮食以及体重等。大鼠在处死前行1.5 T MRI检查以观察影像学变化，包括轴位、冠状位和矢状位T1WI、T2WI及增强后T1WI（腹腔注射增强剂）。在第12周末的时间点分别将各组大鼠处死，在10%水合氯醛深度腹腔麻醉后将其处死，取出脑组织，标本于10%福尔马林中固定24小时，石蜡包埋，切片（厚度5 mm），HE染色，标本在光学显微镜下观察，由一名高年资病理科医生读片。

2 结果

2.1 大鼠一般情况观察 各组动物在观察期间无一死亡，但照射组大鼠食欲减低，活动稍减少，毛色差及不同程度的脱毛，试验组接受伽玛刀治疗前体重（370.6±14.5）g，接受伽玛刀治疗12周后体重（313.8±17.5）g，t＝0.2767，P＜0.01，差异有统计学意义，体重明显下降。对照组大鼠体重放疗前为（372.5±12.5）g，放疗后为（396.9±15.6）g。与试验组接受伽玛刀相比，体重差异显著t＝10.0001，P＜0.01。

2.2 大鼠照射后MRI变化 大鼠在12周行头颅MRI检查，T2WI可见受照靶区呈片状稍高信号，边界不清，临近侧脑室受压（图1），增强TIWI受照靶区呈明显强化，强化不均匀（图2）。对照组大鼠MRI图像均未见明显异常。

图1 第12周T2WI可见大鼠尾状核呈高信号，高于对侧尾状核

2.3 大鼠脑组织病理学改变 放疗后12周HE染色光镜下显示大脑皮层神经细胞固缩，核仁不明显，伴有胶质细胞增生，水肿及少量淋巴细胞浸润（图3）。

3 讨论

3.1 放射性脑损伤发病机制及病理表现

图2 第12周增强T1WI可见大鼠尾状核强化，与对侧形成对比

图3 光镜下（100倍）显示大脑皮层神经细胞固缩，伴有胶质细胞增生，水肿。

放射性脑损伤发生的主要部位在白质，分为局灶性和弥漫性病变，具体发生机制尚无统一定论，文献报道可能与下列因素有关：①血管损伤：主要为以动脉为主的中小血管损伤，放射损伤可引起血管腔闭塞，导致局部脑组织缺血和不可逆坏死，毛细血管异常增生、扩张，进而可能有出血危险［1，2］；②胶质细胞损伤：脑损伤的主要靶细胞是少突胶质细胞，它的损伤和死亡是导致白质萎缩和脱髓鞘性改变的重要原因，照射后早期可有少突胶质细胞缺失，使具有增殖能力的非成熟细胞丢失和胶质细胞反应性增生；③自身免疫反应：胶质细胞损伤后释放抗原，产生自身免疫反应，引起过敏性血管炎，导致血管腔闭塞；④自由基损伤。很多学者认为以上几种机制并非相互独立，而是多因素相互作用。

放射性脑损伤的病理改变在急性期主要表现为脑水肿，可见胶质糖原沉积。早期迟发性反应为产生髓鞘的少突胶质细胞死亡，暂时性髓鞘脱失后，可发生少突胶质细胞再生和再髓鞘化。晚期迟发反应期病理改变可表现为典型的白质凝固性坏死、弥漫性血管壁增厚，胶质支持细胞减少，以及广泛的脱髓鞘，及脑部血管纤维化、玻璃样变，囊性变［3］。本实验中光镜下可见胶质细胞增生，与早期迟发反应期病理改变基本保持一致。

3.2 临床表现

依据放疗反应出现的时间，放射性脑损伤可分为三期：急性期、早期迟发反应期和晚期迟发反应期。急性期（数小时～3周）表现为颅内压增高和一过性神经功能障碍等，包括头痛 恶心、呕吐及意识障碍等，主要由血脑屏障破坏和脑水肿引起［4］，一般可自愈，并且在目前通用的放疗剂量下，已非常少见。早迟发期（1－3个月），患者可表现为嗜睡、食欲减低、易怒和乏力等精神障碍症状，但是一般经过规范化治疗可以恢复。晚迟发期（3个月～数年），表现为弥漫性血管壁增厚，伴管腔狭窄，血栓形成，胶质支持细胞减少，以及广泛的脱髓鞘［5］。该期损伤一般不可逆，严重者可能危及生命，在临床上可表现为一侧肢体运动和感觉功能障碍、癫痫、认知能力减退和痴呆。并且到目前为止，针对该病尚无特效的药物与治疗方法，因此，早期发现可逆性的放射性脑损伤的存在并对其早期进行干预、治疗非常重要。本实验中照射组大鼠在放疗后3个月逐渐出现活动稍减少，毛色变差及不同程度的脱毛，体重明显减轻，符合早期迟发反应期嗜睡、食欲减低等精神障碍症状表现。

3.3 放射性脑损伤的MRI表现

从80年代开始，首次有研究使用MRI成像来检测放射性脑损伤的存在。MRI是中枢神经系统影像检查的首选方法，与其它影像学方法相比，MRI软组织分辨率高，在中枢神经系统显像中比较敏感。在常规MRI成像中，放射性脑损伤通常表现为深部脑白质局灶性高信号（多位于双侧侧脑室前、后角周围），然后逐渐向半卵圆中心延伸，最后累及全脑白质，并且这些改变多于较晚期发现。

急性期和早期迟发反应期放射性脑损伤效应表现为血管扩张和毛细血管渗透性增加引起的脑水肿和脱髓鞘［6，7］，由于脑组织中水含量的增加，MRI检查时损伤组织的T1、T2弛豫时间延长，即T1加权成像（T1WI）呈低信号，T2加权成像（T2WI）呈高信号，常有占位效应。增强后多数病灶周边呈不均匀结节状，强化不均匀，中心坏死区无强化。Armstrong等［8］对37例成年男性低分级原发脑肿瘤患者放射治疗后早期延迟损伤的 MRI研究，发现MRI对特异性的白质变化显示不明显，以血管为基础的MR灌注显像和MRS（磁共振波谱成像）对早发延迟损伤敏感。结合本实验大鼠脑损伤MRI成像特点，与文献结论基本一致。

晚发迟发反应期放射性脑损伤可出现液化、坏死。MRI的T1WI呈低信号或低等混合信号，T2WI高信号，有时可出现囊状病灶，周围组织水肿明显，有较明显的占位效应。增强扫描可见囊腔无强化，而囊壁可出现不均匀强化。这种囊性坏死改变文献报道较少，故对放射性脑损伤的MRI诊断具有一定特征性。

本研究选择大鼠右侧尾壳核作为照射靶点，在伽玛刀照射后对大鼠进行了MRI影像学检查。大鼠在照射后第12周行MRI检查提示存在影像学变化，表现为：T2WI可见受照靶区呈片状稍高信号，边界不清，临近侧脑室受压，增强TIWI受照靶区呈明显强化，强化不均匀。综上所述，50Gy对大鼠尾状核照射后，星形细胞增生肥大，大鼠大脑照射后组织破坏，在1.5 T MRI表现为T2WI高信号，增强T1WI有较明显的强化。

本研究由于仪器及实验时间所限，未对放疗后大鼠的磁共振影像学变化及病理学改变进行动态监测，尤其是对于早期迟发反应期和晚期迟发反应期，在以后的实验动物研究中，需要继续扩大样本量并进行长期动态观察。

综上所述，由于MRI具有多参数、多方位成像成像的特点，对于神经系统疾病方包括放射性脑损伤所致的脑水肿是一种非常敏感的影像诊断方法，随着许多 MRI新技术（如弥散、灌注、波谱）［9－11］的应用，力求做到放射性脑损伤患者的早发现、早治疗，以减轻患者的痛苦及改善预后。

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