SWI评价大鼠脑出血模型血肿演变进程的实验研究

田亚楠，范敬争，李冠武，周 蕾，陈 瑶，袁 军，黄影珠，常时新

（上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院影像科，上海200437）

脑出血具有发病率、致残率、复发率及死亡率较高等特点，是威胁中老年人健康的主要疾病之一。研究［1］表明，铁的异常沉积是脑损伤的重要发病机制。虽然在脑出血的实验模型中病理机制已经得到证实，然而既往评估脑出血血肿变化的研究较多采用 T2WI或PWI等［2－3］，而采用SWI动态评价脑出血早期血肿变化规律的实验研究较少［4］。因此，本实验拟通过建立大鼠脑出血模型，在1、6、24、72 h不同时间点行SWI动态扫描，旨在分析血肿在不同时间点的影像学特点，为临床评估早期脑出血的演变规律提供新的思路。

1 材料与方法

1.1 实验设计 清洁级10周龄雄性SD大鼠10只，体质量350～400 g，购于上海市西普尔－必凯实验动物有限公司，岳阳医院动物房提供饲养。SD大鼠脑血肿模型制作方法参考 Wu等［5］报道，并进行改良，即自体股动脉取血50μL后即刻向大鼠尾状核注入，复制实验性脑出血模型，手术在上海市针灸经络研究所脑神经生物实验室进行。术前12 h禁食，4 h禁水。将大鼠称重后，用10%水合氯醛（3.5 mL／kg体质量）进行腹腔麻醉，右侧股动脉置管，用于取血以及血气、血糖、动脉压等生理指标监测。所测指标均在正常范围之内，平均动脉血压80～120 mm Hg（1 mm Hg＝0.133 k Pa）；血 p H 7.40～7.50；血氧分压80～120 mm Hg；血二氧化碳分压35～45 mm Hg；血压积35%～45%；血糖80～130 mg／d L。

1.2 模型制作 调整立体定向仪使门齿钩平面比耳间线平面低2.4 mm，头颅背侧剪去鼠毛，消毒后于正中切开约10 mm纵行切口，3%的双氧水剥蚀骨膜，暴露前囟点breg ma；于breg ma点正中中线右侧旁开3.5 mm向前0.2 mm处，用微型打磨电钻钻一直径约1 mm的小孔，注意不伤及硬脑膜，将微量进样器固定于此。用微量进样器进针抽取50μL自体股动脉血液，向脑内注射，深度为5.5 mm，匀速注射自体动脉血，5 min内注射完毕后留针10 min，移出针头，用牙托水和牙托粉封闭针孔，撒青霉素粉剂消毒，缝合头皮。术后标准鼠笼分笼饲养，给予12 h光照12 h黑暗循环，饲养温度20～25℃，相对湿度40%～65%，自由进水及食物。用10%水合氯醛（3.5 mL／kg体质量）行腹腔麻醉，置于大鼠专用线圈中，分别在造模成功后1、6、24、72 h不同时间点行MRI扫描。

1.3 仪器与方法 使用Siemens Verio 3.0 T MRI进行扫描，配置4通道小动物线圈（上海晨光公司）。大鼠俯卧位，扫描前先行矢状、冠状、轴位T2WI扫描以利于准确定位，后行T1WI、SWI扫描。T2WI扫描参数：层厚0.9 mm，层距0.09 mm，NEX 2次，FOV 64 mm×64 mm，TR／TE 3 500 ms／89 ms，矩阵192×192，翻转角120°，扫描时间1 min 57 s。SWI扫描参数：FOV 50 mm×50 mm，层厚1 mm，层距10%，NEX 2次，TR／TE 32 ms／20 ms，矩阵320 mm×320 mm，翻转角15°，扫描时间7 min 40 s。

1.4 图像分析方法 扫描结束后，经数据传送至MRI后处理工作站中，用ROI Se mi Auto半自动工具分别测量SWI和T2WI图像病灶的血肿体积，每次测量3次取平均值为最终试验结果。血肿体积的计算方法V＝∑Sn×h（其中S为软件计算所得的扫描病灶每层的面积，n为血肿层数，h为层厚）。由2名高年资医师采用双盲法分析记录不同时间点各序列血肿中心和血肿周围信号的变化特征。

1.5 统计学方法 使用SPSS 15.0统计软件，采用重复测量数据的方差分析比较同组不同时间点血肿测量体积的差异；同时间点不同组血肿体积的比较采用多元方差分析（组间比较采用Bonferroni法）。计量资料用均值±标准差表示，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 SD大鼠一般情况 1只大鼠因麻醉意外死亡，其余9只成功建立模型，MRI扫描显示在大鼠尾状核区域均匀、呈椭圆形或类圆形的出血灶。模型制作成功，大鼠无感染及腹泻等情况。

2.2 不同时期MRI信号特征 T2WI上最初的1 h时，6只大鼠表现为周边信号稍低，中间为高信号，3只表现为低信号，但中间也会混杂少许的高信号；6 h时，7只大鼠血肿呈低信号，2只表现为中心高信号，周围低信号环；24 h时，相对于6 h时没有太大变化；72 h时，7只大鼠的血肿呈高信号，周边有低信号环，另外2只呈高信号。

SWI示，在最初的1 h时，8只大鼠血肿呈中心高信号，周围低信号环，另1只表现为均匀的低信号；6 h时，血肿均呈现外周低而中间高信号的表现，只是内部高信号的范围存在差异；24 h时为相对的低信号，内部混杂少许的高信号；72 h时，7只大鼠血肿中心少许高信号周围为低信号，2只以低信号表现为主（图1）。

2.3 SWI与T2WI对病灶血肿体积的测量 SWI和T2WI 2种序列在不同时间点测得的脑出血血肿体积的比较见表1。2种序列测得的体积在不同时间点的变化曲线见图2。SWI序列在不同时间点所测得的血肿体积之间差异有统计学意义，随着时间的变化，血肿体积呈现先增大趋势，至24 h时达峰值，约49.99μL，之后体积呈降低趋势，然后在72 h时体 积 明 显 缩 小 为 3 4.16μL（F＝7.02，P＝0.001）。同时，T2WI序列在不同时间点所测的血肿体积之间的差异也有统计学意义（F＝3.18，P＝0.04）。在1、6、24 h的3个时间点，SWI所测得的血肿体积明显大于T2WI所测的体积，且差异有统计学意义（P＜0.05）；在72 h时，SWI和T2WI所测得的血肿体积之间的差异无统计学意义（F＝3.97，P＝0.064）。

表1 2种序列在不同时间点所测脑出血大鼠血肿体积的比较（±s） （V／μL）

表1 2种序列在不同时间点所测脑出血大鼠血肿体积的比较（±s） （V／μL）

组别 1 h 6 h 24 h 72 h前后比较F值 P值0.001 0.04组间比较 F值P值SWI T 2 WI 43.64±5.58 21.92±8.32 48.87±8.51 24.39±10.07 49.99±16.01 25.26±12.19 34.16±15.24 21.24±12.08 7.02 3.18 42.36＜0.001 31.03＜0.001 13.59 0.002 3.97 0.064

3 讨论

3.1 大鼠脑出血模型复制评价 大鼠的脑血管解剖及生理状况与人类接近，而且大鼠脑出血模型要定位的尾状核是大鼠脑内最大的核团，易于定位。尾状核属于基底节，是人类脑出血最好发的部位，因此近年来大鼠被广泛应用于脑出血的实验研究。大鼠脑出血模型的制作方法较多，有微球囊充胀模型、自发性脑出血模型、胶原酶诱导脑出血模型和自体动脉血注入模型等［6］，根据不同的研究目的选择合适的建模方法至关重要。自体血注入模型较接近人类脑出血，可造成不同部位的脑出血，适合研究脑出血自然过程和病理形态学特点，而且也便于观察凝固过程中影响脑组织代谢和血流的各种因素，与脑出血的实际机制相似。

本实验采用纵向研究方法，一方面可以减少实验大鼠的使用量（若采用横向研究方法，则实验动物量至少是目前的4倍）；另一方面，将每只实验大鼠作为自身对照，采用重复测量的方差分析可以有效减小误差，使结果更趋科学性。

3.2 脑出血铁含量演变过程 脑出血是神经内科常见的危重疾病，对其发病机制的研究非常重要，有助于指导临床的分期治疗。研究［7］表明，脑出血的演变为从氧合血红蛋白到脱氧血红蛋白再到高铁血红蛋白最后转化为含铁血黄素的过程。很多学者［8－10］指出，脱氧血红蛋白、高铁血红蛋白、含铁血黄素及铁蛋白的分布影响不同时期血肿及血肿周围的MRI表现，且其对磁敏感性的分布产生了重要影响，MRI可以清楚地显示血肿的发展演变。强顺磁性的物质造成局部磁场的不均匀，加快质子失相位，这种特性被称为磁敏感效应或弛豫增强效应，可导致信号丢失（变黑），所以T2WI显示最佳，表现为低信号［11］。而SWI是一种不同于质子密度、T1WI或T2WI的全新MRI成像技术。它是基于T2WI技术发展而来的，通过长TE、完全流动补偿、高分辨力、三维梯度回波伴滤过的相位信息以增加强度图的对比及组织间的磁敏感差异，使其对磁敏感效应的敏感性最大化，所以强顺磁性的物质在SWI上也表现为低信号［12］。本研究中，在1、6、24 h时SWI所测血肿体积明显大于T2WI所测体积，与Belayev等［13］报道一致，他们证实了SWI可以显示病灶及病灶周围损伤的变化，可见SWI比T2WI更清晰地显示脑出血后含铁病灶的变化。

已有研究［14－18］证明，脑出血后血肿引起的神经炎性反应（神经胶质活化作用和中性粒细胞浸润）与氧化应激、红细胞裂解和蛋白酶、凝血酶的产生均会造成出血后的二次损伤。脑出血后，血肿周围水肿随即产生，并可在几天之内达到峰值［19］。脑水肿的形成可分为几个阶段，首先是出血几小时内静水压产生和血清从血液中析出所导致的血凝块回缩；然后凝血酶产生，补体系统激活，产生炎症反应；最后红细胞降解。铁是血红蛋白的降解产物之一，脑出血发生后随着红细胞溶解血红蛋白降解释放，铁在血肿周围逐渐聚积［20］。铁离子所介导的氧化损伤和细胞凋亡在脑出血继发性脑损伤中起重要作用［21］。在本研究中，脑血肿体积在出血后1～24 h内呈上升趋势，表明在出血后1～24 h之内，水肿正在形成；72 h后，体积明显减小，血肿逐渐吸收变小。

在本研究中，1～6 h在SWI图像上主要表现为中心高信号、周围低信号环，可能是在脑出血急性期，周围的氧合血红蛋白释放出氧变为脱氧血红蛋白，所以SWI上呈现为边缘低信号。氧合血红蛋白失氧是从周围向中心发展，这一进程在不同的大鼠间存在一定的时间差，所以9只大鼠血肿中心高信号的范围存在一定差异。这与Yamada等［22］报道的脑出血的机制及演变规律相符合。6 h时，血肿红细胞内主要成分为脱氧血红蛋白，具有强顺磁性，血浆被逐渐吸收，SWI上显示血肿中间有少部分低信号，可能是血肿中间同时形成顺磁性的高铁血红蛋白的原因［22－23］。24～72 h时，红细胞内脱氧血红蛋白向高铁血红蛋白转化，高铁血红蛋白含有5个不成对的电子而脱氧血红蛋白只有4个，所以高铁血红蛋白比脱氧血红蛋白顺磁性更强，在此时间段SWI上血肿主要呈低信号，而在中心会有少许相对高信号［22］。

作为脑出血后脑损伤的一个重要作用机制，铁的作用及检测越来越受到关注。SWI可直观显示脑组织铁的含量及含铁病灶演变规律［24］，对脑出血患者的临床疗效评估及随访有重要意义，值得临床广泛应用。本研究的不足之处：样本量相对偏少，可能对结果的分析产生一定的偏差；仅研究了大鼠出血后3 d之内血肿的影像学表现，对慢性期的血肿表现还需进一步研究。

［1］Hua Y，Nakamura T，Keep RF，et al.Long－ter m effects of experi mental intracerebral he morr hage：t he r ole of ir on［J］.J Neur osur g，2006，104：305－312.

［2］Pascual AM，Lopez－Mut JV，Benlloch V，et al.Perf usion－weighted magnetic resonance i maging in acute intracerebral hemorr hage at baseline and during t he 1st and 2nd week：a longitudinal study［J］.Cerebrovasc Dis，2007，23：6－13.

［3］Li M，Akhavan－Sharif RM，Friedlander RM，et al.What sequences on high－field MR best depict temporal resolution of experi mental ICH and edema f or mation in mice［J／OL］.J Biomed Biotechnol，2012，2012：1－7［2013－04－11］.htt p：／／hindawi.co m／jour nals／b mri／2012／96146／.

［4］Kidwell CS，Winter mark M.Imaging of intracranial haemorrhage［J］.Lancet Neurol，2008，7：256－267.

［5］Wu G，Xi G，Hua Y，et al.T2＊magnetic resonance i maging sequences reflect brain tissue ir on deposition f ollo wing intracerebral hemorr hage［J］.Transl Str oke Res，2010，1：31－34.

［6］Aronowski J，Hall CE.New horizons f or pri mar y intracerebral hemorrhage treat ment：experience from preclinical studies［J］.Neurol Res，2005，27：268－279.

［7］Patel MR，Edel man RR，Warach S.Detection of hyperacute primary intraparenchy mal hemorr hage by magnetic resonance i maging［J］.Stroke，1996，27：2321－2324.

［8］Wagner KR，Sharp FR，Ardizzone TD，et al.Heme and iron metabolis m：r ole in cerebral hemorr hage［J］.J Cereb Blood Flo w Metab，2003，23：629－652.

［9］Naka mura T，Keep RF，Hua Y，et al.Ir on－induced oxidative brain injury after experi mental intracerebral hemorr hage［J］.Acta Neurochir Suppl，2006，96：194－198.

［10］Modo M，Cash D，Mellodew K，et al.Tracking transplanted stem cell migration using bif unctional，contrast agent－enhanced，magnetic resonance i maging［J］.Neuroi mage，2002，17：803－811.

［11］Schellinger PD，Fiebach JB，Hoff mann K，et al.Str oke MRI in intracerebral hemorrhage：is there a perihemorrhagic penumbra［J］.Stroke，2003，34：1674－1679.

［12］Sehgal V，Delpr oposto Z，Haddar D，et al.Susceptibility－weighted i maging to visualize blood pr oducts and i mpr ove t u mor contrast in t he study of brain masses［J］.J Magn Reson Imaging，2006，24：41－51.

［13］Belayev L，Obenaus A，Zhao W，et al.Experi mental intracerebral hemato ma in t he rat：characterization by sequential magnetic resonance i maging，behavior，and histopat hology.Effect of albumin therapy［J］.Brain Res，2007，1157：146－155.

［14］Ar dizzone TD，Zhan X，Ander BP，et al.SRC kinase inhibition i mpr oves acute outco mes after experi mental intracerebral hemorr hage［J］.Str oke，2007，38：1621－1625.

［15］Rosenberg GA.Matrix metalloproteinases in neuroinflamma－tion［J］.Glia，2002，39：279－291.

［16］Wang J，DoréS.Heme oxygenase－1 exacer bates early brain injur y after intracerebral haemorr hage［J］.Brain，2007，130：1643－1652.

［17］Wang J，DoréS.Inflammation after intracerebral hemorrhage［J］.J Cereb Blood Flow Metab，2007，27：894－908.

［18］Xue M，Hollenberg MD，Yong V W.Co mbination of t hr o mbin and matrix metalloproteinase－9 exacerbates neurotoxicity in cell culture and intracerebral hemorr hage in mice［J］.J Neurosci，2006，26：10281－10291.

［19］Xi G，Keep RF，Hoff JT.Pat hophysiology of brain ede ma f ormation［J］.Neurosurg Clin N Am，2002，13：371－383.

［20］Wu J，Hua Y，Keep RF，et al.Iron and ir on－handling proteins in t he brain after intracerebral hemorr hage［J］.Str oke，2003，34：2964－2969.

［21］Justicia C，Ramos－Cabrer P，Hoehn M.MRI detection of secondar y da mage after str oke：chronic iron accu mulation in t he t halamus of t he rat brain［J］.Str oke，2008，39：1541－1547.

［22］Ya mada N，Imakita S，Nishi mura T，et al.Eval uation of t he susceptibility effect on gradient echo phase i mages in vivo：a sequential st udy of intracerebral he mato ma［J］.Magn Reson Imaging，1992，10：559－571.

［23］Linfante I，Llinas RH，Caplan LR，et al.MRI feat ures of intracerebral hemorr hage within 2 hours from sy mptom onset［J］.Str oke，1999，30：2263－2267.

［24］Haacke EM，Cheng NY，House MJ，et al.Imaging ir on stores in t he brain using magnetic resonance i maging［J］.Magn Reson Imaging，2005，23：1－25.

图1 脑出血大鼠不同时期SWI（左侧）和T 2 WI（右侧）图像。血肿在SWI图像上较T 2 WI明显清晰；在SWI上，1，6，72 h图像均表现为中心高信号（黑箭头）伴周围低信号环（白箭头），而24 h图像表现为相对低信号，内部混杂少许高信号；在T 2 WI上，1 h和72 h图像表现为中心高信号伴周围低信号环，而6 h和24 h图像以低信号为主 图2 SWI和T 2 WI测得的血肿体积随时间变化曲线图