动物脊髓血流动力学监测方法的研究进展

杨盛林 罗春山

完整的脊髓血管网络对于维持良好的脊髓神经功能具有重要意义，脊髓血管的损伤将导致脊髓神经功能的缺失[1]。研究表明，脊髓损伤后继发脊髓血流动力学的改变，对脊髓神经功能产生巨大的影响[1-2]。脊髓血流动力学是反映脊髓神经功能的重要参数，对脊髓组织的血流动力学监测有重要的临床意义。然而，由于脊髓循环受到其内部构成不均匀、营养血管管径变化大等因素的影响，脊髓血管成像技术仍不成熟，对脊髓血流动力学的检测仍处于初步研究阶段。目前对动物脊髓血流动力学的监测方法主要有双光子显微镜（two-photon microscopy，TPM）、动脉自旋标记示踪法（arterial spin labeling，ASL）、增强超声（contrast-enhanced ultrasound，CEUS）、近红外漫反射光谱法（near-infrared diffuse correlation spectroscopy，NIRDRS）等，这些监测方法的原理、技术要求及优缺点各有不同。本文对目前常用的几种脊髓血流动力学的监测方法作一综述。

1 脊髓的血供与脊髓神经功能的关系

脊髓由大动脉节段性供血，最后形成一个由一条中央前动脉（供应70%的血供）和两条脊髓后动脉构成的动脉网，同时发出无数的小动脉分支，部分在神经管周围形成毛细血管网，由此形成一个完整的脊髓微循环系统，将血液输送到大部分灰质及内半部分白质；此外，软脊膜的微动脉穿支与后动脉的分支相连，供给脊髓后半部分白质及脊髓背角的血运[2]。同时脊髓微静脉贯穿于整个脊髓[3]。研究发现，在胸腹主动脉瘤修复过程中，通过对胸主动脉或腹主动脉进行阻断，造成脊髓节段性缺血而继发脊髓损伤，发生率高达57%，其中37%在出院前死亡[4]。在脊髓肿瘤切除术及脊柱侧弯矫形术后也可能出现脊髓损伤，脊髓损伤的预防及治疗主要集中在脊髓血供的恢复及维持过程中[5]。而且早先研究发现，脊髓初次损伤及再次损伤均与脊髓局部血流动力学改变有关[6]。因此通过对脊髓血流动力学的动态监测可以了解脊髓损伤后的病理生理改变，在脊髓损伤的预防及治疗中发挥重要作用。

2 脊髓血流的监测方法

由于脊髓组织的特殊性，目前对脊髓血流动力学监测多处于动物实验阶段，动态监测脊髓血流动力学的方法主要有 TPM、ASL、CEUS、NIRDRS，现对这些监测方法的原理、技术要求、优缺点进行讨论。

2.1 TPM TPM是激光扫描共聚焦显微镜与双光子激发技术的结合，具有光漂白性好、光毒性小及穿透性强的优点，能够对深部组织进行成像[7]，实现对活体的持续性、重复性监测，并在微观上观察到细胞水平的三维高清图像，目前已用于动物实验中的血管成像[8]。近期应用TPM在活体鼠中观察到脊髓损伤局部直径约10～20μm微血管的血流速度及血管网密度的变化情况，发现脊髓局部血流动力学的改变与脊髓窗置入无关，也不受局部血管痉挛及舒张的影响；并且TPM能观察到脊髓轴突的改变；但是挫伤后的脊髓由于示踪剂泄露可导致成像困难[9]。Chen等[10]通过应用双色荧光监测脊髓微血管大小及红细胞血流速度，既能够区分脊髓动静脉，又克服了脊髓挫伤导致的荧光泄露影响成像的弱点，可以对脊髓同组血管进行动态监测；同时可通过对T细胞的标记，观察兴趣部位的炎症反应[11]。但是TPM是有创的检查技术，难以制定长效的观察窗口，且制作脊髓窗过程有一定风险，如损伤硬脊膜及发生脊髓挫伤等；并且易受到呼吸运动及周围组织渗液污染视野影响观察效果；另外荧光代谢后渗入周围组织，影响观察效果，这一点可以通过添加特异性染料来克服[10]。目前TPM在脊髓血管成像方面仍处于动物实验研究阶段。

2.2 ASL ASL是通过一系列反转脉冲将磁化的动脉血液输送至感兴趣的组织或器官，磁化的血液将会减少灌注组织的磁场，并在下游收集到稍暗图像，通过相减获得磁化血液与未磁化血液的图像差值，据此能够计算出组织或器官的灌注量；这是一种无创及不需要外源性对比剂的检测方法[12]。其中三维准连续式动脉自旋标记法是ASL的新技术，它克服了传统ASL采用平面回波成像受磁敏感伪影影响的缺点进行三维容积采集，具有重复性好的优点，已用于脑血流的临床检测[13]，但仍未见脊髓血流动力学监测的报道。Duhamel等[14]应用ASL获得了良好的颈髓及腰髓的血流动力学图片，并发现脊髓腹侧较背侧血流量大。ASL具有低信噪比及慢时间分辨率的缺点[15]，虽然快速图像采集技术在提高信噪比和测量速度方面取得了巨大进展，但仍不能达到预期效果；随着背景抑制及去噪音技术的进步，ASL降低了呼吸、心脏搏动对图像质量的影响[12]；但是ASL对磁场均匀性要求高，需要用双磁场消除磁化转移不对称引起的图像混淆，而且线圈昂贵[16]。目前该技术在脊髓血流成像方面，仍处于初步研究阶段，需要进一步研究。

2.3 CEUS CEUS是通过静脉内注射超声对比剂微泡，结合超声波成像系统而使血管显影，是一种无创活体成像方式；其中超声对比剂微泡具有良好的回声性，能够增强超声整体对比度及成像质量，也可以重复注射或持续输注。最新研究发现微泡还可以作为药物、基因靶向治疗的载体[17]。CEUS对脊髓微血管具有良好的空间分辨率，能够观察到脊髓缺血区域呈地图样改变及测量直径＞50μm的微血管的血流速度，对分析脊髓组织的氧气交换、营养物质及电解质变化有重要作用。研究发现脊髓损伤区早期没有血流，损伤区周围缺血区血流明显减少[18]。Huang等[19]在脊髓损伤术后14d利用CEUS监测脊髓灌注情况，发现损伤区周围呈高灌注状态，考虑与局部新生毛细血管的生长状态有关。但是，CEUS只能从后路对脊髓血流动力学监测，不能观察到脊髓局部的微循环状态，且需要使用对比剂，增加了对比剂过敏及器官损害的风险[18]，并且是有创检测，目前处于动物实验研究阶段。

2.4 NIRDRS NIRDRS以扩散相关光谱为理论基础，利用漫反射光的时间波动获得散射体的运动；通过激光发射器将近红外光由光纤传入组织，通过散射体散射（散射体主要为红细胞），再由激光探测器接收散射光子而获得光强度信号，即红细胞散射光子强度，从而获得血管血流动力学的波形[20-21]。NIRDRS具有快捷、无创的优点，能够对深部组织的血流动力学进行检测，已经成功用于脑、肿瘤、皮瓣等组织的血流动力学监测[20]；同时也可用于组织缺血的早期监测[22]。通过与近红外光断层成像技术结合，实现对血流的三维成像[21]。研究发现NIRDRS能够对脊髓全层血流量进行监测，并且可以通过调整光纤探头的位置，监测跨度约20～50cm的脊髓距离，这足以满足手术治疗过程中对脊髓组织进行广泛监测的要求。NIRDRS具有高时间分辨率，能够迅速对脊髓血流动力学改变做出反应，实时调整治疗方案，避免脊髓功能损害[22]。但是脊髓组织在监测中可能受到光纤探针及光源的热损害，Busch等[23]对光纤探头进行改进及对组织的光源输入频率及辐射度进行调整，成功避免了脊髓组织的热损害。研究发现近红外光断层成像技术对血流动力学评估优于多普勒[24]，并且先于诱导电位发现脊髓神经功能的变化[23]。然而，NIRDRS作为一种新技术，目前仅限于动物实验研究阶段，尚不能用于临床。

3 小结与展望

综上所述，各种监测方法都有其优缺点，ASL和CEUS在血管成像上已处于临床应用阶段，技术相对成熟，但在脊髓血流动力学监测上仍处于动物实验研究阶段，需要进一步研究；TPM和NIRDRS对设备要求高，影响因素多，且目前尚未用于临床，相对需要改进的不足之处较多。研究者应根据自己的实验情况选择不同的监测方法。