磁共振彌散/灌注加權(quán)成像確認(rèn)局灶腦缺血半暗帶的實(shí)驗(yàn)研究

【摘要】目的探討超急性期確認(rèn)局灶腦缺血半暗帶的范圍和演變規(guī)律。方法用易卒中型腎血管性高血壓大鼠(RHRSP)行左側(cè)腔內(nèi)線栓MCAO術(shù)，分別在閉塞12h內(nèi)的不同時(shí)間點(diǎn)及再灌注48h后行T2加權(quán)成像(T2WI)、磁共振彌散加權(quán)成像(DWI)和磁共振灌注加權(quán)成像(PWI)。將大鼠處死后行TTC染色，比較在閉塞不同的時(shí)間點(diǎn)上在兩次T2WI和DWI上病灶的演變和TTC染色上梗死灶的改變。結(jié)果DWI在閉塞30min時(shí)顯示出確切的病灶，而T2WI要在3h以后才能顯示出病灶；自30min至6h，DWI所顯示的病灶持續(xù)擴(kuò)大，可逆性部分占首次DWI上病灶的百分比(%RP)逐漸縮小，最終為負(fù)數(shù)；PWI在MCAO閉塞的即刻即在時(shí)間-信號(hào)強(qiáng)度曲線上表現(xiàn)為最大下降幅度的減小，復(fù)通后上升50%以上；半暗帶部分水的表面彌散系數(shù)值(ADC)為(0.56±0.02)×10-5cm2/s。結(jié)論DWI能在超急性期(3h以內(nèi))顯示出缺血病灶，根據(jù)梗死中心和梗死周邊的ADC值的不同可以分辨出可逆性和不可逆性損傷的缺血組織；本模型的缺血半暗帶存在的時(shí)間為6h。

【關(guān)鍵詞】磁共振成像局灶腦缺血易卒中型雙腎雙夾高血壓大鼠缺血半暗帶Experimentalstudiesontheidentificationoffocalbrainischemicpenumbrawithdiffusion/perfusionweightedmagneticimaging.XiaoXiaohua,HuangRuxun,LuYanchun,LiLing,LiangKangfu

（DepartmentofNeurologyandRadiology,TheFirstAffiliatedHospitalofSunYet-SenUniversityofMedicalSciences）【Abstract】ObjectiveExplorethewayofidentifyingthesizeandevolvingprocessofischemicpenumbraoffocalcerebralischemia.MethodsLeftmiddlecerebralarteryocclusion(MCAO)modelwerereproducedaccordingtoLonga?smethodwithmodificationusingstrokepronetypeoftwokidneystwoclipsrenovascularhypertensiverats.TheratsreceivedmagneticresonanceexaminationofT2weightedimaging(T2WI),diffusionweightedimaging(DWI)andperfusionweightedimaging(PWI)atdifferenttimeswithin12hofocclusionand48hpostreperfusion,andafterdecapitationTTCstainingwereperformedontherat?sbrainslices.TheevolutionofthelesionsizeontwiceT2WIandDWIandthechangesofTTCinfarctedsizewerecompared.ResultsDWIcouldidentifydefinitelesionwithin30minofocclusion,andT2WIcouldnotshowituntil3hlater;from30minto6h,thelesionsizeonDWIexpandedwithcontinuation,andthepercentageofreversibleportion(%RP)decreasedgradually(P＜0.001)till%RPbecameanegativenumber;PWIshowedtheocclusionwithbedecreasingofmaximumreducingamplitudeoftimesignalintensity,anditincreasedmorethan50%whenperfusionwereresumed;thevalueofapparentdiffusioncoefficientofwater(ADC)ofpenumbrawere(0.56±0.02)×10-5cm2／s.ConclusionsDWIcanidentifyischemiclesionathyperacutestageofstroke,anddifferentiatesreversiblefromirreversibleischemicinjury;thedurationofischemicpenumbraofthismodelis6houres.

【Keywords】MagneticresonanceimagingFocalbrainischemiaStrokepronetypeofkidneystwoclipsreovascularhypertensiverats(RHRSP)Ischemicpenumbra腦缺血半暗帶的最初概念是缺血組織內(nèi)細(xì)胞的電活動(dòng)的終止，但跨膜離子電位仍保存［1］。后來有人將該術(shù)語用于描述潛在的可逆性損傷的梗死周邊區(qū)，該區(qū)域如不能在時(shí)間窗內(nèi)使血流得到恢復(fù)或采取其它的措施阻止細(xì)胞的死亡過程，即可發(fā)展成梗死［2］。后一種概念更加貼近臨床實(shí)際。既往從電生理、腦血流的測(cè)定和病理檢查來確定其范圍和邊界，但均因其可靠性差和具有創(chuàng)傷性而一直未能應(yīng)用于臨床。磁共振彌散加權(quán)成像(difussionweightedmagneticimaging,DWI)能快速檢測(cè)水分子的質(zhì)子的自我彌散運(yùn)動(dòng)而可在實(shí)驗(yàn)性中風(fēng)的數(shù)分鐘內(nèi)和人類中風(fēng)的2h內(nèi)發(fā)現(xiàn)缺血病灶；磁共振灌注加權(quán)成像(perfusionweightedmagneticimaging,PWI)能在實(shí)驗(yàn)性中風(fēng)的即刻顯示出缺血灶內(nèi)的低灌注狀態(tài)。為此，我們?cè)囉肈WI和PWI技術(shù)來無創(chuàng)傷地早期確認(rèn)局灶腦缺血半暗帶并觀察其演變規(guī)律。1資料和方法1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型的復(fù)制及分組2月齡雄性SD大鼠60只，體重80～120g，按既定的方法行RHR術(shù)［3］。術(shù)后每周用MRB-Ⅲ型大鼠心率血壓測(cè)定儀(上海高血壓病研究所研制)測(cè)定血壓，在術(shù)后10周血壓穩(wěn)定在(25.8±2.7)kPa，按Longa?s方法改良［4］，均行左側(cè)大腦中動(dòng)脈閉塞(MCAO)術(shù)。將MCAO術(shù)后動(dòng)物隨機(jī)分為MCAO30min、1、3、6、9和12h及偽手術(shù)組。偽手術(shù)組僅分離出頸內(nèi)及頸外動(dòng)脈，但不插入尼龍魚線。按上述時(shí)間點(diǎn)行常規(guī)T2WI、DWI及PWI，檢查完后即拔出尼龍魚線，恢復(fù)灌注，并再行PWI證實(shí)血流已恢復(fù)。將大鼠常規(guī)飼養(yǎng)48h后，按上述各時(shí)間點(diǎn)再行T2WI及DWI(repeatedT2WIandDWI，縮略為RT2WI和RDWI)檢查，其后即斷頭取腦，按文獻(xiàn)方法行TTC染色［5］，10%的福爾馬林固定24h后攝片。共35只，即每組5只RHRSP大鼠完成了所有的實(shí)驗(yàn)。

1.2T2WI\,DWI及PWI檢查MR采用西門子1.5T超導(dǎo)型磁共振成像系統(tǒng)(magnetomvision,Siemens)，使用小型表面線圈。造影劑采用北陸醫(yī)藥華工集團(tuán)生產(chǎn)的釓噴酸葡胺注射液(Gd-DTPA)。檢查前經(jīng)股靜脈插入小號(hào)麻醉套管，連接計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)注射器。T2WI：快速(turbo)SE序列，TR3800ms，TE99ms,層厚5mm,FOV50mm×100mm；DWI：EPI序列，TR21.6ms,TE5.0ms，層厚5mm，F(xiàn)OV50mm×100mm；矩陣(matrix)88mm×1280mm。將彌散系數(shù)(b)值不同(b值分別為30、300和1100s/mm2，它反映彌散加權(quán)的程度和大小)的3次DWI像相對(duì)照，取異常信號(hào)為固定感興趣區(qū)(regionsofinterest,ROI)測(cè)量其信號(hào)值，并根據(jù)水的表面彌散系數(shù)(apparentdiffusioncoefficientofwater,ADC)=ln(s1/s2)/(b2-b1)求出ADC值，公式中s為信號(hào)強(qiáng)度，所取ROI為0.2cm2，20個(gè)像素。分別測(cè)出病灶中心、病灶邊緣、相鄰正常信號(hào)組織以及對(duì)側(cè)相應(yīng)區(qū)域ADC值。PWI：EPI序列，TR1.2ms,TE17ms，層厚5mm，F(xiàn)OV61mm×122mm，矩陣50mm×160mm，掃描時(shí)間60s，掃描周期1s。選擇DWI及T2WI上病灶面積最大的層面進(jìn)行PWI檢查。PWI掃描完后，得到60幅連續(xù)的像，這些像被用于腦血流灌注分析，根據(jù)病灶側(cè)和病灶對(duì)側(cè)的ROI經(jīng)計(jì)算機(jī)處置后自動(dòng)描繪出時(shí)間-信號(hào)強(qiáng)度曲線。

1.3統(tǒng)計(jì)分析取視交叉冠狀層面，將DWI和T2±s表示，統(tǒng)計(jì)方法用方差分析、student?st檢驗(yàn)及直線相關(guān)分析，P＜0.01被認(rèn)為具有顯著性差異。2結(jié)果2.1不同時(shí)點(diǎn)T2WI\,DWI\,TTC和%RP的變化偽手術(shù)組在DWI、T2WI及TTC染色上均未顯示病灶，MCAO組在各時(shí)間點(diǎn)上均有變化。在DWI上的小范圍的高信號(hào)影開始見于左側(cè)顳底皮層(30min)(1)，依次擴(kuò)大至尾狀核、顳頂皮層及基底節(jié)區(qū)，最后(9、12h)到額葉皮層(2)。RDWI于1h才出現(xiàn)病灶，同首次DWI相比，直至6h均有縮小，而9h及12h則略有擴(kuò)大。T2WI直至6h才顯示確切的改變，9及12h增大達(dá)DWI的范圍。RT2WI卻在1h出現(xiàn)小范圍的變化，其后各時(shí)間點(diǎn)均與RDWI相一致。TTC染色于1h顯示出病灶，其后的改變均同RDWI及RT2WI一致。上述各項(xiàng)改變的%HLA及%RP見表1。Table1%HLAand%RP(±s%)atdifferenttimesofMCAO

表1MCAO不同時(shí)間的%HLA及%RP(±s%)DurationofMCAO

MCAO的時(shí)間n%HLA%RPT2WIDWIRT2WIRDWTTTC30min5012.62±1.860001001h5021.17±1.301）5.50±1.056.74±1.025.74±1.2573.06±4.571）3h5037.08±3.322）17.42±0.752）17.74±0.982）17.4±0.862）53.22±2.782）6h522.58±4.5344.84±2.403）33.78±2.783）36.24±33）34.2±3.233）23.78±4.253）9h543.36±2.884）54.88±4.284）53.54±4.454）56.32±4.544）55.74±4.44）-1.58±0.3812h558.1±10.1561±7.8863.54±6.8764.29±7.0264.06±7.27-6.41±4.17Note:Allthelesionsizewasobtainedfromtheopticalcoronarychiasmslice.注：數(shù)據(jù)均取自視交叉冠狀切面的病灶范圍。1)P＜0.001comparedwithMCAOfor30mingroup.與MCAO30min組相比,P＜0.001;2)P＜0.001comparedwithMCAOfor1hgroup.與MCAO1h組相比，P＜0.001;3)P＜0.001comparedwithMCAOfor3hgroup.與MCAO3h組相比，P＜0.001；4)P＜0.001comparedwithMCAOfor6hgroup.與MCAO6h組相比，P＜0.0012.2ADC值和PWI的結(jié)果用MR電腦分析兩次DWI的像，將RDWI上顯示的病灶視為不可逆性損傷的梗死中心部分，在RDWI上已經(jīng)恢復(fù)至正常而在首次DWI表現(xiàn)為異常的高信號(hào)區(qū)視為可逆性部分的梗死周邊區(qū)，按前述方法計(jì)算出ADC值。結(jié)果顯示梗死中心區(qū)的ADC值為(0.45±0.01)×10-5cm2/s，梗死周邊區(qū)的ADC值為(0.56±0.02)×10-5cm2/s，對(duì)側(cè)的平均ADC值為(0.66±0.02)×10-5cm2/s，相鄰正常信號(hào)組織平均ADC值為(0.65±0.03)×10-5cm2/s，經(jīng)方差分析表明，前三者相互之間比較均具有顯著性差異(P＜0.001)，而后兩者之間比較無顯著性差異(P＞0.05)。PWI檢查可在缺血后的即刻顯示出病灶內(nèi)的微血管的灌注異常，在時(shí)間-信號(hào)強(qiáng)度曲線上表現(xiàn)為病灶側(cè)造影劑通過時(shí)間的延長(zhǎng)和信號(hào)最大下降幅度的減小?；謴?fù)灌注后，從時(shí)間-信號(hào)強(qiáng)度曲線上能顯示出血供的恢復(fù)，表現(xiàn)為信號(hào)通過時(shí)間較灌注前減少和信號(hào)最大下降幅度較灌注前增加50%以上(3)。3討論我們首次應(yīng)用DWI及PWI的成像技術(shù)無創(chuàng)傷動(dòng)態(tài)研究RHRSP局灶腦缺血半暗帶的演變過程。由于MCAO模型是在有高血壓動(dòng)脈硬化血管病變的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其所致的局灶缺血病灶較穩(wěn)定，而且其病理生理機(jī)制更加切近臨床。既往的研究表明［6］，在缺血48h后T2WI上的病灶不會(huì)擴(kuò)大，應(yīng)與最終梗死灶一致，因此我們?cè)谠俟嘧?8h后再行MR檢查及TTC染色，所得出的最終梗死灶(不可逆性損傷的范圍，梗死灶中心部分)更為確切和可靠。

在局灶腦缺血中DWI、PWI的檢測(cè)最靈敏。DWI上的高信號(hào)改變是ADC下降所致，而ADC下降的原因可能系細(xì)胞內(nèi)水的聚集(細(xì)胞毒性水腫)或由于能量代謝的快速衰竭而導(dǎo)致膜的通透性改變的結(jié)果［7］。我們的研究表明，MCAO30min時(shí)，在DWI已顯示出確切的高信號(hào)改變，其范圍隨閉塞時(shí)間延長(zhǎng)而相應(yīng)擴(kuò)大，而T2WI直至MCAO6h時(shí)，才有明顯的高信號(hào)改變。有人認(rèn)為對(duì)于腦缺血，CT反映的是腦組織的壞死和水腫(通常在24h后才顯示出病灶)，T2WI反映的是由于血腦屏障破壞所致的血管源性水腫，而DWI反映的是細(xì)胞毒性水腫，而血管源性水腫的出現(xiàn)要比細(xì)胞毒性水腫的出現(xiàn)晚6～12h［8］。因此在局灶腦缺血的6h內(nèi)，在病灶的確認(rèn)上DWI明顯優(yōu)于頭顱CT和常規(guī)T2WI。

我們用PWI來觀察病灶內(nèi)微血管的灌注狀態(tài)，在局灶腦缺血30min時(shí)即出現(xiàn)灌注異常，恢復(fù)血流時(shí)的時(shí)間-信號(hào)強(qiáng)度曲線的最大下降幅度較缺血期間增大，表明PWI可敏感發(fā)現(xiàn)病灶內(nèi)微血管灌注異常。因此我們采用PWI來證實(shí)MCAO模型及判斷缺血區(qū)內(nèi)血流復(fù)通是成功的。

DWI可反映可逆性的缺血損傷，ADC值的范圍代表可逆性與不可逆性損傷的區(qū)域。研究結(jié)果表明，MCAO30min，DWI上顯示的高信號(hào)影在恢復(fù)灌注后可完全消失，TTC染色證實(shí)無病灶。表明在腦缺血30min內(nèi)，DWI上所反映的病灶屬可逆性的缺血損傷。在MCAO的6h內(nèi)，我們發(fā)現(xiàn)首次DWI上顯示的病灶均比RDWI、RT2WI及TTC染色顯示的病灶要大，其差異部分代表可逆性的缺血組織。表明在6h內(nèi)DWI上顯示的病灶均含有可逆性的缺血損傷組織，其可逆性的部分隨MCAO的持續(xù)而逐漸減小。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，我們可通過再灌注和組織病理學(xué)的方法來證實(shí)急性缺血早期DWI上的異?？煞从晨赡嫘缘娜毖獡p傷，但在中風(fēng)病人則難于進(jìn)行，因此有必要在DWI的影像上確定出可鑒別可逆性與不可逆性損傷的參數(shù)。為此，我們進(jìn)一步計(jì)算出了可逆性損傷區(qū)域(半暗帶區(qū))的ADC值。ADC值反映水分子在組織內(nèi)的彌散運(yùn)動(dòng)能力，值越大，水分子的彌散運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，反之，越低［8］。急性腦缺血時(shí)，缺血組織內(nèi)的水分子的彌散運(yùn)動(dòng)受到限制，ADC值因而下降。我們的研究結(jié)果表明，在DWI上確定的半暗帶區(qū)的ADC值為(0.56±0.020)×10-5cm2／s，低于該值的區(qū)域在TTC染色上表現(xiàn)為梗死，可認(rèn)為是不可逆性的缺血損傷。

DWI有助于選擇治療的時(shí)間窗。根據(jù)我們的研究結(jié)果再次提出了溶栓治療和神經(jīng)保護(hù)療法的治療時(shí)間窗問題。美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院定為3h［9］，歐州協(xié)作研究小組為6h［10］，而Fisher［11］認(rèn)為該時(shí)間窗可更長(zhǎng)。由于人類中風(fēng)的缺血半暗帶的范圍和存在的時(shí)間受許多因素的影響，如閉塞的部位、體溫、側(cè)枝循環(huán)的狀況及既往伴有的疾病等，因此很難劃定統(tǒng)一的時(shí)間窗標(biāo)準(zhǔn)。這就更加需要有敏感的方法及客觀指標(biāo)來確定每個(gè)患者的確切時(shí)間窗。我們觀察表明借助DWI成像新技術(shù)可早期確認(rèn)某一急性中風(fēng)病人是否存在缺血半暗帶，為臨床治療的選擇提供客觀依據(jù)。可以樂觀地設(shè)想，隨著PWI和DWI成像技術(shù)的進(jìn)一步成熟和有關(guān)鑒別可逆性和不可逆性損傷的研究的深入，臨床醫(yī)師將能在DWI和PWI的指導(dǎo)下，根據(jù)急性中風(fēng)病人的缺血半暗帶情況來選擇治療方案和評(píng)價(jià)治療效果。

總之，我們的研究結(jié)果表明DWI能在超急性期(3h以內(nèi))顯示缺血病灶，根據(jù)梗死中心和梗死周邊的ADC值的不同可以分辨出可逆性和不可逆性損傷部分；根據(jù)DWI上病灶的演變和再次DWI的結(jié)果可以確切地認(rèn)為RHRSP的缺血半暗帶存在的時(shí)間為6h；將DWI和PWI技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，可在超急性期為臨床醫(yī)生提供有關(guān)急性中風(fēng)病人的確切信息，因而能指導(dǎo)醫(yī)生進(jìn)行正確的用藥治療以及評(píng)價(jià)療效。Fig.1MCAOfor30minutes,ischemiclesionwithhighsignalappearedonthelefttemporallobeonDWI(A),butwithoutlesiononT2WI,Afterreperfusionfor48hours,onlesionwasfoundonRDWI(B)andRT2WI(C)mTTCstaining(D)wasnormal.

1MCAO30min,在DWI上左側(cè)顳葉皮層顯示出高信號(hào)的缺血灶(A),此刻T2WI上沒有病灶;再灌注48h后,在RDWI(B)和RT2WI(C)上均無病灶,TTC染色(D)正常.Fig.2MACOfor9hoursDWishowedlargerlesionsizewithhighsignalappearedontheleftfrontaltemporal,and

parietallobesandbasalganglion(A).andidenticalwiththelesionsizeonT2WI;RDWI(B)andRT2WI(C)showed

thelesionsizeswerealittlelargerthanthoseonthefirstDWIandT2WI;TTCstaining(D)showedtherewasinfarctedlesionontheidenticaslplace.

2MCAO9h,DWI顯示在左側(cè)額,顳和頂葉皮層及基底節(jié)區(qū)有較大范圍的高信號(hào)影(A),與T2WI上顯示的病灶范圍基本一致;RDWI(B)和BT2WI(C)顯示的,病灶較首次DWI和T2WI上顯示的病灶范圍略有擴(kuò)大,TTC染色(D)顯示在楨部位有梗死灶.Fig.3MCAOfor3hours,PWIshowedthatthemaximunreducingamplituedoftime-signalintensitywassmallerthanthatofthelefttemporallobeontherightsied,andafterreperfusiontherewasalmostidentical.

3MCAO3h,PW顯示左側(cè)顳葉的時(shí)間一信號(hào)強(qiáng)度曲線的最在下降幅度較健側(cè)小,恢復(fù)血供后兩側(cè)基本一致.肖小華（中山醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)科，510080）

黃如訓(xùn)（中山醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)科，510080）

呂衍春（中山醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科研究生，現(xiàn)在中山醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院影像介入科）

李玲（中山醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)科，510080）

梁康福（中山醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科）

殷梅（中山醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)科，510080）

羅柏寧（中山醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)科國(guó)內(nèi)訪問學(xué)者，現(xiàn)在昆明醫(yī)學(xué)院附屬二院神經(jīng)科）

蘇鎮(zhèn)培（中山醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)科，510080）

孟悛非（中山醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科）參考文獻(xiàn)1，AstrupJ,SiesjoBK,SymonL.Thresholdsincerebralischemia-theischemicpenumbra.Stroke,1981,12(6):723

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