MR扩散张量成像动态评估兔外周动脉闭塞性疾病模型后肢缺血骨骼肌形态及功能变化

王 伟，马 娟，鲁雪红，席 伟

(新疆医科大学附属中医医院 新疆维吾尔自治区中医药研究院影像中心，新疆 乌鲁木齐 830000)

动脉粥样硬化广泛存在于中老年人群，部分患者可发展为闭塞性外周动脉硬化(peripheral arteriosclersis obliterans, PASO)。骨骼肌慢性缺血是由各种病因导致的骨骼肌长期缓慢缺血缺氧改变，以外周动脉闭塞性疾病(peripheral arterial occlusive disease, PAOD)最常见。MR扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)可评价活体组织各向异性扩散状况，其临床应用价值已获得充分肯定[1]，目前逐渐应用于肌肉病变[2-4]。本研究探讨DTI动态评估PAOD兔后肢缺血骨骼肌形态及功能改变的价值。

1 材料与方法

1.1 实验动物 32只新西兰大白兔，体质量2.5～3.0 kg，购自新疆医科大学动物实验室[动物许可证编号：SCXK(新)2018-0002]，雌雄不限，适应性喂养1周后进行实验。本研究经院临床伦理委员会批准；处置动物符合《关于善待实验动物的指导性意见标准》[5]。

1.2 制备模型 根据文献[6-7]方法制备PAOD模型。自兔耳缘静脉推注20%乌拉坦(3 ml/kg体质量)麻醉后，仰卧位保定，于右后肢股内侧做纵行切口，自腹股沟韧带至膝关节暴露血管鞘，钝性分离股动脉及其主要分支，以4号线结扎股动脉起始部及以下分支，之后切除股动脉，缝合肌筋膜、皮下组织及皮肤。术后24 h行CTA，见股动脉远端闭塞证明PAOD模型制作成功。

1.3 DTI及图像后处理 32只兔均造模成功，分别于术后第3、14、21及28天各随机选择8只兔行DTI，采用Siemens Vero 3.0T MR仪，垂直于后肢长轴方向扫描，并行采集，平面回波成像，12个梯度编码方向，b值为600 s/mm2，层厚4 mm，层间隔0.8 mm，共采集5层，中心层面为后肢后组肌群中部横截面层面。

由同1名MR诊断主治医师使用后处理工作站上的DTI处理软件(neuro 3D)进行数据处理，得到DWI、表观扩散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)图和部分各向异性分数(fractional anisotropy, FA)图,观察后肢各组肌肉DWI、ADC图和FA图表现。避开骨骼选取ROI(0.5 cm×0.5 cm)，分别于后肢后组肌群连续5个层面中心测量ADC值和FA值，取各层平均值作为最终结果。

1.4 病理组织学检查 各时间点MR检查结束后分批麻醉处死模型兔，留取两侧后肢后组肌群肌肉组织送病理检查，经HE染色后于光学显微镜下观察缺血后横纹肌组织形态及结构变化。

1.5 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。计量资料采用±s表示。采用配对t检验比较不同时间点健侧与术侧后肢骨骼肌ADC值和FA值，对不同时间点间术侧ADC、FA值行方差分析。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 DTI表现 术后第3、14天术侧后肢肌群水肿、体积增大，ADC图显示为高信号，彩色FA图呈浅红色，较健侧ADC值增高、FA值减低(P均<0.05)；至术后第21、28天术侧与健侧肌群DWI均表现为等信号，ADC值及FA值差异均无统计学意义(P均>0.05)。不同时间点术侧ADC值、FA值差异均有统计学意义(P均<0.05)。见表1及图1、2。

图1 模型兔术后第3天双侧后肢DWI、ADC图及FA图 A.DWI示术侧后肢肌群肿胀、体积增大；B.ADC图示该区域呈高信号；C.FA图示该区域为浅红色 (箭示术侧；箭头示健侧)

表1 术后不同时间点模型兔两侧后肢肌肉组织ADC值及FA值比较(±s，n=8)

表1 术后不同时间点模型兔两侧后肢肌肉组织ADC值及FA值比较(±s，n=8)

时间点ADC(×10-3mm2/s)术侧健侧t值P值FA术侧健侧t值P值术后第3天1.61±0.111.48±0.9911.26<0.010.30±0.030.38±0.02-13.86<0.01术后第14天1.55±0.111.40±0.1025.98<0.010.34±0.040.39±0.02-4.33<0.05术后第21天1.49±0.13∗1.46±0.112.600.120.38±0.02∗0.40±0.03-3.460.07术后第28天1.51±0.14∗1.52±0.13-1.730.220.40±0.02∗0.40±0.04<0.01>0.05F值1.32---0.29---P值<0.01---<0.01---

注：*：与术后第3天比较，P<0.05

2.2 病理改变 术后第3、14天术侧后肢横纹肌肿胀、出血及坏死，以术后第3天为著，并见大量单核细胞浸润；术后第21天个别横纹肌萎缩，并可见肌束间厚壁血管增生、扩张，肌间小血管增生；术后第28天肿胀细胞基本恢复，大部分区域成纤维细胞/肌成纤维细胞增生明显，细胞间隙略增宽。见图3。

图3 组织病理图(HE，×40) A.正常肌肉组织；B.术后第3天术侧肌肉组织；C.术后第28天术侧肌肉组织

3 讨论

肌纤维细胞膜可阻碍水分子的扩散运动，故与细胞长轴垂直方向的水分子扩散运动慢于与长轴平行方向，表现出扩散各向异性[8]。DTI是能反映组织微观结构的成像技术，对于显示及测量肌肉细微结构有较大应用前景。

图2 术后第28天模型兔双侧后肢DWI、ADC图及FA图 A.DWI示双侧后肢均呈等信号；B.ADC图示等信号；C.FA图均呈蓝色 (箭示术侧；箭头示健侧)

DWI与传统MR技术不同，可反映每个体素内的水分子扩散和灌注信息[3-4]。DTI是以DWI为基础开发的一项新技术，可通过定量参数反映组织内水分子扩散运动各向异性特点，从扩散量和扩散方向上反映水分子在不同介质环境中扩散的变化，其主要参数有ADC和FA[9]，通常用ADC值表示扩散的强弱程度，ADC值上升或下降在DWI上表现为信号强度下降或上升。

蒙秋华等[10-11]研究兔失神经支配骨骼肌退变及再生模型，发现DTI评价失神经靶肌肉退变及再生的敏感度高。FA为椭球体中各向异性组分与整个扩散张量的比值，反映所观察组织中全部水分子扩散集合而成的椭球体的形状。肢体缺血模型被广泛用于缺血性疾病的基础及临床诊治研究[12]。本研究中兔后肢缺血动物模型的建立至血供代偿可在一定程度上模拟临床PAOD的发展过程，通过完全切除兔一侧股动脉全长及其分支造成该侧肢体急性缺血，观察术后第3、14、21、28天不同时间点缺血状态下ADC值及FA值动态变化，可作为动态且定量客观评价下肢缺血肌肉组织损伤及修复过程的依据，DTI的ADC值及FA值基本可反映肌细胞在缺血状态下的损失、变性及再生过程。本组缺血后第3、14天术侧ADC值较健侧增高，FA值减低，尤以第3天显著。ADC值主要体现细胞外组织间隙中水分子的扩散。在肌肉组织损伤早期，缺血肌纤维细胞肿胀变圆，处于比较严重的缺血状态，水分子在垂直于纤维长轴的横断面上的扩散增加，因此ADC值升高，肌纤维分解的碎片形成屏障阻碍水分子沿纤维束方向的扩散，导致其FA值下降；随着时间延长，至术后第28天，术侧ADC值及FA值与健侧差异不明显，病理显示此时肿胀细胞大致恢复，同时周围可见多量新生成纤维细胞/肌成纤维细胞，细胞间隙增大，肌组织逐步代偿，提示术后第28天缺血肌肉形态和功能基本恢复。本研究中不同时间点术侧ADC值、FA值差异均有统计学意义，提示不同时间点缺血状态下ADC值、FA值具有动态变化特征，就骨骼肌而言，ADC值变化与肌肉内水含量变化相关,能够反映肌肉运动后其内循环血容量的变化，DWI信号强度随肌肉血流灌注下降而下降，当肌肉缺血逐步解除、肌肉逐渐恢复血流灌注时，DWI信号逐渐增加，ADC值逐渐下降，FA值逐渐上升，最终趋于正常；结合病理学改变，可评估肌肉缺血后随时间推移发生的肌肉组织损伤及修复过程。

综上所述，DTI不仅能清晰显示PAOD模型兔下肢肌肉走行及形态，还能从微观水平反映其病理生理改变，为研究下肢肌肉正常解剖形态与异常形态和功能提供新的视角，为量化诊断和评价PAOD骨骼肌慢性缺血提供新的途径。但本研究样本量和随访观察时间点均较少，实验结果可能存在一定偏倚，尚需进一步观察DTI评价肌力恢复的可行性及价值。