采用動(dòng)態(tài)電阻抗成像技術(shù)對腦損傷動(dòng)物模型監(jiān)測的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、腦損傷(Brain Injury, BI)具有病情兇險(xiǎn)、死亡率高的特點(diǎn),是急性腦病中最嚴(yán)重的一種,預(yù)后較差,是人類致死性疾病之一[1]。目前臨床尚無法實(shí)現(xiàn)腦損傷的早期檢測與實(shí)時(shí)監(jiān)測,腦損傷不能得到及時(shí)干預(yù)和治療是導(dǎo)致預(yù)后差的主要原因[2]。
　　腦損傷主要的輔助診斷技術(shù)包括X射線、CT、MRI、超聲波檢查、腦血管造影、顱內(nèi)壓監(jiān)測(ICP)、脊髓穿刺等,這些方法雖能獲得一些有價(jià)值的診斷信息,但都無法進(jìn)行腦損傷的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測并在第一時(shí)

2、間預(yù)警,致使患者錯(cuò)過最佳的治療時(shí)間窗,臨床中因腦損傷引起的致死、致殘時(shí)有發(fā)生,因而迫切需要一種有效方法實(shí)現(xiàn)對腦損傷的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測。電阻抗斷層成像(Electrical Impedance Tomography, EIT)是一種以人體內(nèi)部電阻(電導(dǎo))率的分布為成像目標(biāo)的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)[3]。其主要思想是通過對測量目標(biāo)外加驅(qū)動(dòng)信號(驅(qū)動(dòng)電壓或電流)并測量其邊界電壓或電流分布,通過對偏微分方程的逆問題進(jìn)行求解,近似計(jì)算出目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的電導(dǎo)率分布。

3、
　　這一新技術(shù)具有無創(chuàng)傷、功能成像、成本低廉、體積小、操作簡單、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)等優(yōu)點(diǎn),在腦損傷的床旁動(dòng)態(tài)圖像監(jiān)測應(yīng)用上具有廣闊的應(yīng)用前景和研究價(jià)值。我們課題組經(jīng)過近二十年的研究,在電阻抗成像的硬件采集系統(tǒng)和成像算法以及動(dòng)物、臨床實(shí)驗(yàn)等方面取得了突破性的進(jìn)展,在顱腦動(dòng)態(tài)圖像監(jiān)護(hù)領(lǐng)域更是達(dá)到國際水平。
　　在此基礎(chǔ)上,為進(jìn)一步推進(jìn)EIT的臨床應(yīng)用,針對腦損傷電阻抗動(dòng)態(tài)圖像監(jiān)護(hù)研究中的實(shí)際問題,本文主要從以下兩個(gè)方面開展研究:

4、r>　　(1)腦水腫動(dòng)物模型電阻抗動(dòng)態(tài)圖像監(jiān)護(hù)的實(shí)驗(yàn)研究為使研究更貼近于臨床,改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)電極。前期的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)將實(shí)驗(yàn)電極嵌入顱骨內(nèi),此種方法雖然有效地降低了電極系統(tǒng)的接觸阻抗,但是容易引起出血并且破壞顱內(nèi)壓環(huán)境而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此,為使電極系統(tǒng)滿足實(shí)驗(yàn)要求,在前期實(shí)驗(yàn)電極的基礎(chǔ)上改進(jìn)了電極系統(tǒng),其構(gòu)成包括絕緣板、外部牽引系統(tǒng)和設(shè)置在絕緣板上的電極探頭。該電極探頭可自由調(diào)節(jié)長度,并通過下拉部件使其方便且嚴(yán)密的接觸于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物顱骨頂部。利用兩電

5、極法對改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)電極與EIT臨床實(shí)驗(yàn)中Ag/AgCl電極的性能進(jìn)行對比。放射腦水腫動(dòng)物模型的制備采用單次大劑量Dt30Gy,劑量率300cGy/min,利用CADPLAN/HELIOS三維治療計(jì)劃系統(tǒng)嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)放療計(jì)劃。并利用電阻抗成像系統(tǒng)對動(dòng)物模型進(jìn)行監(jiān)測,觀察和分析隨著時(shí)間的改變放射損傷性腦水腫在EIT圖像中的變化。之后再利用解剖學(xué)方法、影像學(xué)方法、病理學(xué)方法等對模型和結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。本研究采用高能X線,構(gòu)造了三維準(zhǔn)確定位

6、的放射損傷腦水腫動(dòng)物模型,該模型具有以下優(yōu)點(diǎn):準(zhǔn)確定位;閉合性;水腫范圍可控;更好的模擬臨床。因此我們提出利用放射損傷的方法制造腦水腫動(dòng)物模型,并首次開展了采用EIT技術(shù)對此種腦水腫動(dòng)物模型進(jìn)行檢測的實(shí)驗(yàn)研究。
　　(2)內(nèi)源性腦出血?jiǎng)游锬Ｐ碗娮杩箘?dòng)態(tài)圖像監(jiān)護(hù)的實(shí)驗(yàn)研究利用膠原蛋白酶誘導(dǎo)法建立腦出血?jiǎng)游锬Ｐ?選擇紋狀體部位注射膠原蛋白酶制造腦實(shí)質(zhì)出血模型,簡要實(shí)驗(yàn)過程包括,麻醉、脫毛、鉆孔、注射膠原酶和模型驗(yàn)證等。其優(yōu)勢在于此種模

7、型可以根據(jù)膠原蛋白酶濃度和量的調(diào)節(jié)控制出血量和范圍,出血具有延遲性,可以用EIT方法監(jiān)測整個(gè)出血過程,并且注射微量膠原蛋白酶,不形成自身藥物在顱內(nèi)的占位效應(yīng),更接近于實(shí)際腦出血,更為重要的是采用此模型可以封閉注射孔,保證腦出血過程中顱內(nèi)壓的存在,更好的模擬臨床中腦出血的情況,利用電阻抗成像系統(tǒng)對動(dòng)物模型進(jìn)行監(jiān)測,觀察和分析隨著時(shí)間的改變放射損傷性腦水腫在EIT圖像中的變化。
　　研究結(jié)果表明:(1)利用電阻抗成像技術(shù)監(jiān)測放射損傷性

8、腦水腫早期的電阻抗改變,發(fā)現(xiàn)EIT局部重構(gòu)均值和動(dòng)態(tài)圖像時(shí)間序列發(fā)生明顯改變,實(shí)驗(yàn)組MLRV每小時(shí)變化量為(0.003529±0.00089),與對照組(3.1±1.2)E-5有顯著性差異(P＜0.05),阻抗明顯升高,位置和造模的位置基本吻合。通過影像學(xué)、病理學(xué)和解剖學(xué)檢測,我們發(fā)現(xiàn),組織切片在照射12小時(shí)后不能從解剖學(xué)上發(fā)現(xiàn)放射性腦水腫,利用CT在腦組織照射三天很難發(fā)現(xiàn)放射損傷性腦水腫,在光學(xué)顯微鏡下發(fā)現(xiàn)照射后24小時(shí)細(xì)胞發(fā)生水腫和

9、損傷,電鏡檢測結(jié)果顯示照射后10小時(shí)能夠檢測放射損傷性腦水腫。初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:利用電阻抗方法可檢測到處于急性期內(nèi)的腦放射損傷即放射性腦水腫,證明了EIT在檢測腦水腫的敏感性和可行性。(2)利用電阻抗成像技術(shù)監(jiān)測動(dòng)物腦出血早期電阻抗改變,通過EIT一維信息重構(gòu)幅值最大值和二維動(dòng)態(tài)圖像時(shí)間序列的變化,AM每分鐘變化量為0.012±0.0075,與對照組有顯著性差異(P＜0.05),解剖學(xué)切片、病理學(xué)、影像學(xué)、及阻抗分析儀檢測結(jié)果,發(fā)現(xiàn):隨

10、著時(shí)間的延長、血腫的加劇和范圍的擴(kuò)大,其腦部阻抗值升高。
　　初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:目標(biāo)區(qū)域的電阻抗變化是由腦出血引起,EIT可監(jiān)測到這種變化;結(jié)合CT掃描結(jié)果,說明腦出血早期組織的阻抗改變可能早于密度變化,EIT有可能成為比影像學(xué)更敏感的檢測手段。本研究旨在為腦損傷的早期診斷提供一種實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、無創(chuàng)的監(jiān)測方法,通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了EIT成像技術(shù)對腦損傷監(jiān)測的可行性和敏感性,證明了EIT具備腦損傷早期檢測的應(yīng)用前景,對EIT的臨床應(yīng)用具