動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI聯(lián)合彌散加權(quán)成像評(píng)價(jià)腦外傷及高壓氧治療療效的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、第一章緒論
　　腦外傷(traumatic brain injury,TBI)的發(fā)生率約為0.235％,是年輕人最常見(jiàn)的致殘和致死原因之一。TBI后會(huì)出現(xiàn)一系列病理生理改變,包括原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷,這些變化在急性期會(huì)導(dǎo)致患者死亡,在恢復(fù)期會(huì)產(chǎn)生一系列神經(jīng)功能受損的表現(xiàn)。因此在外傷后對(duì)其損傷程度進(jìn)行客觀定量評(píng)價(jià)、了解外傷后損傷腦組織所發(fā)生的動(dòng)態(tài)變化,對(duì)于指導(dǎo)治療、改善預(yù)后至關(guān)重要。
　　然而目前評(píng)價(jià)外傷后損傷程度的方法仍存

2、在一定的不足,比如神經(jīng)功能評(píng)分操作比較復(fù)雜,易受主觀因素的影響,不同程度致傷因素產(chǎn)生的損傷在一定程度上產(chǎn)生交叉,死亡率不能反映每個(gè)存活個(gè)體的實(shí)際損傷程度,此外組織學(xué)方法又不能對(duì)同一個(gè)體進(jìn)行連續(xù)動(dòng)態(tài)研究。而對(duì)腦外傷患者的治療,高壓氧(hyperbaric oxygen,HBO)的應(yīng)用目前還存在一定的爭(zhēng)議,主要原因除了缺乏大樣本完全隨機(jī)對(duì)照的臨床試驗(yàn)外,主要是缺乏對(duì)高壓氧治療過(guò)程中損傷腦組織所發(fā)生變化的動(dòng)態(tài)直觀了解。
　　外傷性腦水腫

3、在外傷后較為常見(jiàn),是腦外傷的一個(gè)重要繼發(fā)性損傷,在外傷后扮有重要的角色。它分為細(xì)胞毒性腦水腫和血管源性腦水腫,細(xì)胞毒性腦水腫是損傷組織缺血缺氧所致,而血管源性水腫則是由血腦屏障的破壞與開(kāi)放所引起,因此在外傷后對(duì)腦水腫進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)有望對(duì)腦外傷在康復(fù)過(guò)程中所發(fā)生的變化做出一個(gè)較為客觀的評(píng)價(jià),此外也能夠?qū)Ω邏貉踔委煹寞熜ё龀鲆粋€(gè)客觀評(píng)價(jià)。
　　MRI具有多種成像手段,能夠在活體情況下對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行無(wú)創(chuàng)動(dòng)態(tài)研究。動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI(dynam

4、ic contrast-enhanced MRI,DCE-MRI)及跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(Ktrans值)測(cè)定能夠定量檢測(cè)血腦屏障的通透性,而彌散加權(quán)成像(diffusion weight imaging)及表觀彌散系數(shù)(ADC值)測(cè)定能夠定量評(píng)價(jià)細(xì)胞毒性腦水腫的程度和范圍。
　　本實(shí)驗(yàn)研究通過(guò)使用MRI來(lái)定量監(jiān)測(cè)外傷后腦水腫的程度和范圍,探討外傷后對(duì)血腦屏障的定量測(cè)定能否客觀反映損傷的程度:了解外傷后腦水腫的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程;評(píng)價(jià)高壓氧治療

5、的療效以及其潛在機(jī)制;并以此探討外傷后早期對(duì)血腦屏障進(jìn)行定量測(cè)定能否預(yù)測(cè)高壓氧治療后的預(yù)后。我們希望通過(guò)本課題研究能夠?yàn)槟X外傷治療提供更多客觀的影像學(xué)依據(jù)。
　　第二章動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI評(píng)價(jià)腦外傷后損傷程度和血腦屏障通透性的實(shí)驗(yàn)研究
　　目的:評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MR/(DCE-MRI)及其定量參數(shù)(Ktrans)在反映不同程度腦外傷中的應(yīng)用價(jià)值。
　　材料與方法:采用不同打擊力量造成不同程度的腦外傷(打擊高度20cm,打擊力度3

6、0g,60g,90g不等),在外傷后1天使用DCE-MRI和T2W對(duì)各外傷組和假手術(shù)組進(jìn)行評(píng)價(jià),并將獲得的定量參數(shù)Ktrans值與T2W圖像上的病灶體積進(jìn)行相關(guān)分析。此外,各組實(shí)驗(yàn)兔在MRI掃描后處死,進(jìn)行組織學(xué)檢測(cè),包括普通HE染色、透射電鏡檢測(cè)、免疫組化方法檢測(cè)MMP-9的表達(dá)。
　　結(jié)果:重度外傷組和中度外傷組的病灶體積均大于輕度外傷組(P＜0.01)。重度外傷組病灶體積相對(duì)與中度外傷組有增大的趨勢(shì)(P=0.053)。傷后外

7、傷各組的病灶區(qū)Ktrans值要高于假手術(shù)組(P＜0.01)。此外,中度和重度外傷組的Ktrans值高于輕度損傷組(P＜0.01),重度外傷組的Ktrans值相對(duì)于中度外傷組有增加的趨勢(shì)(P=0.08)。外傷各組的Ktrans值與病灶體積都存在良好的相關(guān)性,其中輕度外傷組是r=0.766(P=0.01),中度外傷組是r=0.731(P=0.04),重度外傷組是r=0.886(P=0.019)。HE染色表明假手術(shù)組無(wú)明顯異常,輕度外傷組見(jiàn)少

8、量出血及血栓形成,神經(jīng)元壞死也較少,而重度外傷組則可見(jiàn)到明顯的出血、血栓形成,神經(jīng)元壞死也較明顯。透射電鏡顯示重度外傷組的血腦屏障破壞明顯,而輕度外傷組的血腦屏障破壞較輕。免疫組化MMP-9在不同組間表達(dá)存在差異,其中在重度外傷組最明顯。
　　結(jié)論:DCE-MRI以及Ktrans值能夠準(zhǔn)確的反映出外傷后血腦屏障的破壞程度,也能反映腦外傷的損傷程度,在評(píng)價(jià)腦外傷后血腦屏障的破壞程度及腦組織的損傷程度中具有一定的實(shí)用價(jià)值。
　　

9、第三章動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI聯(lián)合彌散加權(quán)成像評(píng)價(jià)創(chuàng)傷性腦水腫動(dòng)態(tài)演變的實(shí)驗(yàn)
　　研究
　　目的:使用動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI和DWI來(lái)了解兔腦外傷后腦水腫的動(dòng)態(tài)演變規(guī)律。
　　材料與方法:21只實(shí)驗(yàn)兔被隨機(jī)分為外傷(TBI)組(n=15)和假手術(shù)(Sham)組(n=6),在外傷后的3小時(shí),1天,3天,7天,30天進(jìn)行DCE-MRI和DWI檢查,同時(shí)計(jì)算TBI組局部病灶區(qū)、病灶周圍區(qū)和病灶對(duì)側(cè)區(qū)以及Sham組相應(yīng)區(qū)域的Ktrans值和AD

10、C值。
　　結(jié)果:在局部病灶區(qū),與Sham組相比,TBI組的Ktrans值在外傷后3小時(shí)開(kāi)始上升,在第3天達(dá)高峰,此后逐漸降低,至外傷后30天時(shí)仍高于Sham組(p≤0.001)。局部病灶區(qū)的ADC值在外傷后3天輕度上升,隨后開(kāi)始下降,在外傷后第1天時(shí)下降至sham組水平,此后持續(xù)下降,至外傷后第7天達(dá)到最低,此后再轉(zhuǎn)而上升,在外傷后30天顯著高于Sham組(p＜0.001)。在病灶周圍區(qū),與Sham組相比,TBI組的Ktrans

11、值從外傷后第1天開(kāi)始升高,高峰在外傷后3-7天之間(p≤0.001),在外傷后30天又恢復(fù)到Sham組的水平。病灶周圍區(qū)的ADC值在外傷后1天開(kāi)始有增高的趨勢(shì)(p=0.075),此后持續(xù)上升(p＜0.01)。而在病灶對(duì)側(cè)區(qū),無(wú)論是Ktrans值還是ADC值,都沒(méi)有發(fā)生顯著的變化(p＞0.05)。此外,在所有時(shí)間點(diǎn)上,局部病灶區(qū)和病灶周圍區(qū)之間的Ktrans值或ADC值都沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)性(p＞0.05),而且不管是在局部病灶區(qū)還是病灶周圍

12、區(qū),任何時(shí)間點(diǎn)的Ktrans值和ADC值之間也不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)性(p＞0.05)。
　　結(jié)論:本研究表明外傷局部病灶區(qū)和病灶周圍區(qū)的腦水腫類型是不同的,在外傷后急性期局部病灶區(qū)細(xì)胞毒性腦水腫占主導(dǎo)地位,而病灶周圍區(qū)則是血管源性腦水腫占主導(dǎo)地位。此外局部病灶區(qū)的血腦屏障存在繼發(fā)性開(kāi)放。盡管本研究沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Ktrans值和ADC值之間存在相關(guān)性,但是急性期血腦屏障的破壞可能是加重細(xì)胞毒性腦水腫的驅(qū)動(dòng)力之一,因此可以成為治療的目標(biāo)。

13、>　　第四章動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI聯(lián)合彌散加權(quán)成像評(píng)價(jià)腦外傷后高壓氧治療療效的實(shí)驗(yàn)研究
　　目的:利用DCE-MRI和DWI來(lái)動(dòng)態(tài)觀測(cè)HBO治療后腦外傷組織本身以及周圍區(qū)域的變化情況,為HBO的臨床應(yīng)用提供影像學(xué)基礎(chǔ)。
　　材料與方法:42只實(shí)驗(yàn)兔隨機(jī)分為4組,即外傷(TBI)組(n=15),外傷+高壓氧(TBI+HBO)組(n=15),假手術(shù)(Sham)組(n=6),假手術(shù)+高壓氧(Sham+HBO)組(n=6)。TBI組和TBI

14、+HBO組接受自由落體打擊以造成腦外傷,而Sham組和Sham+HBO組只進(jìn)行開(kāi)顱手術(shù)。TBI+HBO組和Sham+HBO組接受7天共10次的高壓氧治療,而TBI組和Sham組不進(jìn)行高壓氧治療。在外傷后的3小時(shí),1天,3天,7天,30天對(duì)上述實(shí)驗(yàn)兔分別進(jìn)行MRI掃描。此外,在外傷前、外傷后1天和30天對(duì)所有實(shí)驗(yàn)兔進(jìn)行神經(jīng)功能評(píng)分(VCS評(píng)分)。在最后一次掃描結(jié)束后,處死實(shí)驗(yàn)兔取腦組織標(biāo)本進(jìn)行尼氏染色并計(jì)數(shù)。
　　結(jié)果:在局部病灶區(qū)

15、,TBI+HBO組的Ktrans值在外傷后3小時(shí),1天和3天均大于Sham+HBO組(p's＜0.001)。TBI+HBO組的Ktrans值在傷后1天(p=0.047),3天(p＜0.001),7天(p＜0.001)和30天(p＜0.001)均低于TBI組;TBI+HBO組局部病灶區(qū)的ADC值在外傷后3小時(shí)(P＜0.001)和1天(p=0.001)大于Sham+HBO組,但是在外傷后第3天(p=0.009)和第7天(p=0.029)低于

16、Sham+HBO組,在外傷后第30天時(shí)又高于Sham+HBO組(p＜0.001);與TBI組相比,TBI+HBO組局部病灶區(qū)的ADC值在傷后1天(p＜0.001),3天(p=0.009),7天(p＜0.001)顯著增高,而在30天時(shí)(p=0.034)明顯低于TBI組。在病灶周圍區(qū),TBI+HBO組在外傷后1天(p=0.001)的Ktrans值高于Sham+HBO組,而外傷后第3天的Ktrans值有增高的趨勢(shì)(p=0.076)。與TBI組

17、相比,TBI+HBO組病灶周圍區(qū)的Ktrans值在傷后第3天(p＜0.001)和第7天(p＜0.001)均顯著降低。TBI+HBO組病灶周圍區(qū)的ADC值在外傷后3天(p=0.003),7天(p=0.001)和30天(p=0.001)均高于Sham+HBO組。TBI+HBO組病灶周圍區(qū)的ADC值在傷后1天(p=0.012),3天(p＜0.001),7天(p=0.002)和第30天(p=0.002)均低于TBI組。TBI+HBO組在外傷后3

18、0天時(shí)的VCS評(píng)分要高于TBI組(p=0.036)。TBI組尼氏體計(jì)數(shù)要明顯少于TBI+HBO組(p=0.001)。
　　結(jié)論:本研究結(jié)果表明HBO能夠縮短局部病灶區(qū)血腦屏障開(kāi)放時(shí)間,降低開(kāi)放幅度,推遲細(xì)胞毒性水腫的發(fā)生,降低細(xì)胞毒性腦水腫的程度,加速病灶周圍區(qū)血腦屏障的修復(fù),延緩周圍區(qū)細(xì)胞損傷的發(fā)生,并且在亞急性期減輕損傷的程度,進(jìn)而減少了局部病灶區(qū)和周圍區(qū)神經(jīng)元的丟失,促進(jìn)TBI兔神經(jīng)功能的恢復(fù)。
　　第五章高壓氧治療后

19、的MRI定量測(cè)定在預(yù)測(cè)腦創(chuàng)傷預(yù)后中的價(jià)值研究
　　目的:探討外傷后早期對(duì)血腦屏障通透性和細(xì)胞毒性腦水腫的定量檢測(cè)在預(yù)測(cè)高壓氧治療相關(guān)預(yù)后中的價(jià)值,以明確高壓氧治療后早期的MRI定量檢測(cè)能否預(yù)測(cè)預(yù)后。
　　材料與方法:21只實(shí)驗(yàn)兔隨機(jī)分為2組,即外傷+高壓氧(TBI+HBO)組(n=15),假手術(shù)+高壓氧(Sham+HBO)組(n=6)。TBI+HBO組接受自由落體打擊以造成腦外傷,而Sham+HBO組只進(jìn)行開(kāi)顱手術(shù)。兩組實(shí)驗(yàn)

20、兔接受7天共10次的高壓氧治療。在外傷后的3小時(shí),1天,3天,7天,30天對(duì)上述實(shí)驗(yàn)兔分別進(jìn)行MRI掃描。此外,在外傷前、外傷后1天和30天對(duì)所有實(shí)驗(yàn)兔進(jìn)行VCS評(píng)分(Veterinary coma scale)。
　　結(jié)果:TBI+HBO組的VCS評(píng)分在外傷后1天和30天均低于外傷前(p=0.001),外傷后30天的VCS評(píng)分要大于外傷后1天的水平(p=0.001)。在局部病灶區(qū),外傷后第1天和第3天的Ktrans值與30天的V

21、CS評(píng)分存在負(fù)相關(guān)性(r=-0.617,p=0.014;r=-0.587,p=0.022),而3小時(shí)的Ktrans值與30天的VCS評(píng)分之間存在負(fù)相關(guān)的趨勢(shì)(r=-0.49,p=0.064),其他時(shí)間點(diǎn)無(wú)明顯相關(guān)性(p＞0.05)。而局部病灶區(qū)在外傷后第1天和第3天的ADC值與30天的VCS評(píng)分存在正相關(guān)性(r=0.556,p=0.031;r=0.603,p=0.017),其他時(shí)間點(diǎn)無(wú)明顯相關(guān)性(p＞0.05)。在病灶周圍區(qū),外傷后第1

22、天的Ktrans值與30天的VCS評(píng)分存在負(fù)相關(guān)性(r=-0.645,p=0.009),而3天的Ktrans值與30天的VCS評(píng)分存在負(fù)相關(guān)的趨勢(shì)(r=-0.468,p=0.078),其他時(shí)間點(diǎn)無(wú)明顯相關(guān)性(p＞0.05)。病灶周圍區(qū)在外傷后第3天的ADC值與30天的VCS評(píng)分存在負(fù)相關(guān)性(r=-0.653,p=0.008),而1天和7天的ADC值與30天的VCS評(píng)分存在負(fù)相關(guān)的趨勢(shì)(r=-0.459,p=0.085;r=-0.501,