弥漫性轴索损伤磁敏感加权成像的实验研究

尹春红李玉华李伟凯李惠民

弥漫性轴索损伤磁敏感加权成像的实验研究

尹春红1李玉华2李伟凯1李惠民2

目的：用磁敏感加权成像（SWI）观察大鼠弥漫性轴索损伤（DAI）后的变化规律。方法：采用液压颅脑损伤模型制备32只DAI的SD大鼠模型，并于模型制作前、DAI后6h和24h分别进行常规磁共振成像和SWI成像（GE 3.0T超导磁共振成像仪）。比较各序列图像上DAI病灶检出数，在各时间点SWI图像上测量双侧皮髓质交界处感兴趣区（ROI）的相位弧度值，并分析其变化规律。结果：SWI对DAI病灶的检出率显著高于常规的MRI序列（P＜0.05）。伤后6h，骨窗侧出血灶相位弧度值较致伤前变为负值；对侧相位值升高，差异有统计学意义（P＜0.05），伤后24h，DAI鼠出血灶部位的相位弧度值较伤后6h相位弧度值变化差异无统计学意义（P＞0.05）；结论：磁敏感加权成像（SWI）检出弥漫性轴索损伤病灶的敏感性高于常规MRI序列，相位弧度值的变化反映了DAI的宏观变化过程，其变化规律与顺磁性物质有关。

弥漫性轴索损伤；磁敏感加权成像；相位弧度

【Abstract】Purpose：To observe the changes of susceptibility weighted imaging （SWI） in rats with diffuse axonal injury （DAI）.Methods： Models of DAI were established in 32 SD rats by fluid percussion injury method. MRI examinations were performed on 6h and 24h after injury. The findings of MRI were analyzed. Regions of interest （ROI）were placed at the junction of the bilateral cortex and medulla of parietal lobe， on which the changes of the phase value at different time were observed， and the number of DAI lesions between different sequences were compared. Results：The radian values of hemorrhage regions were negative in DAI rats， there were significant differences of the radian value between injured side and contrast side （P＜0.05）； The radian values of DAI rats which had a bone window were increased and then decreased on 6h and 24h after injury. Six hours after injury， the radian values were decreased in each DAI group， and there were significant differences in DAI group between that before and after injury （P＜0.05）； the number of hemorrhage lesions detected on SWI was the highest than that on other sequences （P＞0.05）. Conclusion： The sensitivity of SWI for detection of DAI is significantly higher than that of other sequences. The changes of radian value can reflect the macroscopic progress， the variation is in accordance with the existance of paramagnetic substances.

颅脑创伤（TBI）是死亡率和致残率最高的疾病之一［1-5］，而弥漫性轴索损伤（DAI）是其中比较严重的一种，很多DAI幸存者长期遗留瘫痪、失语、癫痫、认知障碍、记忆力减退、抑郁等后遗症，即便大部分生理功能恢复正常，也常难以重返社会及伤前的工作岗位，患者本人及其家庭的幸福感严重受挫，同时也造成巨大的社会经济损失。典型的DAI易发生在胼胝体、皮髓质交界处和基底节等部位［6］。严重DAI原发性损伤形成后还可通过多种机制诱导一系列病理过程形成继发性脑损伤，最终导致神经元的大量死亡和凋亡，是DAI严重后遗症的重要病理基础。大鼠脑液压伤（FPI）模型［7-8］由于其致伤力可直接监测，相同致伤力所造成的脑外伤程度相近，稳定性和重复性好，已被较多的国内外学者应用于颅脑外伤的实验研究，是目前较为理想的脑外伤动物模型。近年来，随着MRI技术的发展，磁敏感加权成像（SWI）的应用对DAI的诊断具有较好的价值，本文报道如下。

方 法

1. 材料

1.1. 实验动物：健康清洁级的雄性SD大鼠48只，重量210～270 g，购自上海西普尔-必凯实验动物有限责任公司。其中因不同原因死亡8只，共40只纳入实验，动物生产许可证号：SCXK（沪）2009—0005；动物使用许可证号：SYXK（沪）2010.0050。

1. 2液压冲击伤装置组成：颅脑液压伤装置（美国弗吉尼亚联邦大学医学院工程部研制）由水平安置的圆形液柱，打击架，压力传感器和示波器组成。圆柱的一端为活塞，另一端可连接打击管并通过压力传感器与示波器相连。圆柱内充满37℃蒸馏水，通过调整液柱水平位置仔细排气后将其密闭。打击锤打击活塞后产生的压力通过圆形液柱经打击管传导至颅腔，作用于颅内各种组织。打击压力则由调节打击锤高度来调整，并通过传感器在示波器上显示，以大气压（atm）为单位来表示。

2.方法

2.1液压颅脑伤模型制作： 致伤前24h以戊巴比妥钠（60mg/kg）腹腔注射麻醉后，沿中线切开皮肤，在矢状缝左侧2mm处，冠状缝和人字缝之间做一直径为5mm的骨窗，保持硬膜完整。沿骨窗钻入微螺钉2枚，用22G针头预制成打击管置于骨窗处，用丝线将其固定在微螺钉上，并用磷酸锌液体加固体加固，待磷酸锌凝固后注入打击管内液体，将预先固定好的打击管与液压伤装置的圆形液柱相连开始打击，打击锤自一定高度落下击打活塞后形成DAI，致伤压力为1.2 atm，时程为21～24 ms。致伤后去除打击管并缝合伤口。

2.2病理学检查：实验组大鼠在不同的时间段MRI检查后1 h内深度麻醉，心脏灌注固定取脑组织行病理学观察HE染色和嗜银染色；另取两个时间段的2只大鼠用2.5%戊二醛溶液灌注后取两侧胼胝体区做透射电镜观察。

2.3影像学检查：将致伤前和DAI的SD大鼠在外伤后6h、24h行头部轴位MRI检查，序列包括T1WI、T2WI、SWI。MRI扫描参数见表1，各序列图像经两名神经外科医师和两名放射科医师读片。扫描完成后在ADW4.3工作站进行重建，得到SWI的相位图和幅度图，进而用Reformat进行最小密度投影重建，在相位图上双侧胼胝体区分别取两个ROI区，ROI面积为2mm2分别测量、记录各ROI的弧度值。

1.2.4统计学方法 采用SPSS13.0统计软件进行分析，数据以±s表示，采用独立样本的t检验和重复测量的方差分析，P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1. 生命体征

打伤后数秒内大鼠呼吸暂停，可触及心跳，随后大鼠恢复呼吸，打击后，放置动物房进行饲养并观察其行为学改变，爬行及觅食明显减慢。

2. 病理学观察

HE染色可见DAI大鼠脑出血及水肿，骨窗侧出血灶较显著（图lA）；嗜银染色阳性，表明有轴索损伤存在（图1B）；TEM可观察到典型的轴索回缩球形成（图1C）。

表1　各序列的扫描参数

表2　24h后DAI病灶数

表3　各组大鼠两侧ROI区的相位弧度值的比较

图1　DAI鼠病理学检查 。 A.HE染色×400，DAI伤后24h，图示神经胶质细胞核淡染，细胞突起染色淡，间质水肿，血管周围间隙增宽；B.嗜银染色，示DAI伤后24h，轴索断裂，轴索局部膨大呈球形（白箭所示）；C.TEM×22500，DAI伤后24h，胶质细胞内细胞器肿胀，轴索膜染色不均、轴突肿胀，轴索球形成，细胞器显示不清。

图2　DAI鼠的影像学检查。 A.T2WI，右侧顶叶皮质下、胼胝体区小片状低信号，头皮下高信号 。B.幅度图重建后的最小密度投影图，右侧胼胝体、皮层下数枚小点状低信号。 C.DAI相位图，两侧顶叶皮髓质交界区的ROI（感兴趣区）的相位弧度值。

3. 影像学检查

磁敏感成像对微小病灶的检出率显著高于T1WI和T2WI，SWI对微出血灶的检出率较常规MRI序列的检出率有统计学意义。P ＜0.05，有统计学意义。

4.统计学结果

大鼠致伤前与DAI后6h，24h后在双侧胼胝体区取感兴趣区（ROI）进行测量，其数值如上表所示：①伤后6h，骨窗侧相位值为负值，对侧相位值升高，两侧有统计学意义（P=0.011，＜0.05）；两侧分别与致伤前有统计学意义（P＜0.05）。②伤后24h，骨窗侧相位弧度值对比伤后6h降低（F=9.694，P=0.814，＞0.05），对侧相位值升高，两者没有统计学差异；与致伤前相比有显著的统计学差异（P=0.036，＜0.05）。③伤后24h与伤后6h相位值有升高，配对t检验分析，伤后不同的时间点差异无统计学意义（P＞0.05）。

讨 论

1 SWI的技术特点和优势

磁敏感加权成像（SWI）是不同于以往的质子密度、T1WI、T2WI成像技术及磁共振血管成像等方法［9］，SWI实际上是一种T2*技术，它通过长TE、高分辨率、完全流动补偿和3D梯度回波伴滤过的相位信息以增加磁矩图的对比和增加组织间的磁敏感差异［10］，使对磁敏感效应的敏感性最大化。

磁敏感成像对顺磁性物质比较敏感，当血管中的血液流出（如出血）等使得氧与血红蛋白中的Fe2+分离变成去氧血红蛋白时，由于Fe2+不够稳定，进一步氧化成高铁血红蛋白 ，由于稳定性差，被巨噬细胞吞噬从而形成含铁血黄素。含铁血黄素属于高顺磁性物质，可以造成磁场不均匀，引起质子失相位，从而造成磁敏感效应。Hempill等［11］将SWI与GRE、GRE-EPI序列对脑内出血灶的显示能力进行了比较，其结果同样也发现SWI对小出血灶的检出率高于GRE和GRE-EPI序列，对于位于颅底或者幕下的小低信号出血灶，SWI的检出能力仍很高，而且SWI的对比噪声比（CNR）明显高于GRE和GRE、EPI序列。

2 DAI的SWI表现

常规的T1WI和T2WI对片状的出血灶或脑室内的出血往往显示比较敏感，而对脑实质内的微小出血灶显示却不如SWI明显，是因为SWI具有极高的磁敏感性，之所以能大大提高出血性DAI病灶的检出率，可以显示常规MRI序列所不能显示或遗漏的微小出血灶［12］。本组实验SWI检查116个病灶，而T1WI检查28个病灶与T2WI检出35个病灶，本组SWI序列显示微小出血灶是常规的T2WI序列的3.3倍，低于文献报道［13］。

本组实验DAI大鼠中的相位弧度值为负值，先升高后降低，是因为DAI后骨窗侧局部有出血灶，红细胞破裂，脱氧血红蛋白增加，呈顺磁性，导致T2*降低效应及相位改变效应减弱；而对侧弧度值却高于致伤前，是因为致伤前血管内的氧和血红蛋白与去氧血红蛋白处于平衡状态，而没有是脱氧血红蛋白增加；而对侧虽然出血灶影像学表现不明显，但是其相位弧度值的变化也反映了DAI后非出血性病变的病理生理的变化过程，从而反映出DAI后的宏观变化过程。由于文献［14-16］报道主要应用于对微小出血灶的检出率，用相位弧度值反映脑外伤变化过程的文献报道较少，但是本实验大鼠的脑较小且磁敏感伪影多等不良因素，仍然需要进一步研究。

总之，磁敏感加权成像对DAI的诊断优于其他MRI序列，不仅对微小出血灶的检出也高于其他序列；同时从相位弧度值的变化反映出反磁性物质向顺磁性物质的演变过程；但是由于本组实验样本量较小，没能反映出相位弧度值与铁存在形式的线性关系，因此，还有待进一步实验。

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Experimental Study of Susceptibility Weighted Imaging in Diagnosis of Diffuse Axonal Injury

YIN Chun-hong1， LI Yu-hua2， LI Wei-kai1， LI Hui-min2

Diffuse axonal injury； Susceptibility weighted imaging； Radian value

LI Yu-hua （E-mail:liyuhua10@sina.com）

R445.2

A

1006-5741（2016）-04-0374-05

2016.03.07 ；修回时间：2016.07.08）

中国医学计算机成像杂志，2016，22：374-378

1 青岛大学医学院附属妇女儿童医院放射科

2上海交通大学医学院附属新华医院放射科

通信地址：山东省青岛市同福路6号，青岛266034

李玉华（电子邮箱：liyuhua10@sina.com）

Chin Comput Med Imag，2016，22：374-378

1 Department of Radiology， Qingdao Women and Children Hospital

2 Department of Radiology， Xinhua Hospital， Shanghai Jiaotong University School of Medicine

Address: No.6 Tongfu Rd.，Qingdao，shanghai，266034