動態(tài)增強MRI聯(lián)合彌散加權成像評價腦外傷及高壓氧治療療效的實驗研究.pdf

1、第一章緒論
　　腦外傷(traumatic brain injury,TBI)的發(fā)生率約為0.235％,是年輕人最常見的致殘和致死原因之一。TBI后會出現(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導致患者死亡,在恢復期會產(chǎn)生一系列神經(jīng)功能受損的表現(xiàn)。因此在外傷后對其損傷程度進行客觀定量評價、了解外傷后損傷腦組織所發(fā)生的動態(tài)變化,對于指導治療、改善預后至關重要。
　　然而目前評價外傷后損傷程度的方法仍存

2、在一定的不足,比如神經(jīng)功能評分操作比較復雜,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存活個體的實際損傷程度,此外組織學方法又不能對同一個體進行連續(xù)動態(tài)研究。而對腦外傷患者的治療,高壓氧(hyperbaric oxygen,HBO)的應用目前還存在一定的爭議,主要原因除了缺乏大樣本完全隨機對照的臨床試驗外,主要是缺乏對高壓氧治療過程中損傷腦組織所發(fā)生變化的動態(tài)直觀了解。
　　外傷性腦水腫

3、在外傷后較為常見,是腦外傷的一個重要繼發(fā)性損傷,在外傷后扮有重要的角色。它分為細胞毒性腦水腫和血管源性腦水腫,細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放所引起,因此在外傷后對腦水腫進行動態(tài)監(jiān)測有望對腦外傷在康復過程中所發(fā)生的變化做出一個較為客觀的評價,此外也能夠對高壓氧治療的療效做出一個客觀評價。
　　MRI具有多種成像手段,能夠在活體情況下對實驗對象進行無創(chuàng)動態(tài)研究。動態(tài)增強MRI(dynam

4、ic contrast-enhanced MRI,DCE-MRI)及跨膜轉運系數(shù)(Ktrans值)測定能夠定量檢測血腦屏障的通透性,而彌散加權成像(diffusion weight imaging)及表觀彌散系數(shù)(ADC值)測定能夠定量評價細胞毒性腦水腫的程度和范圍。
　　本實驗研究通過使用MRI來定量監(jiān)測外傷后腦水腫的程度和范圍,探討外傷后對血腦屏障的定量測定能否客觀反映損傷的程度:了解外傷后腦水腫的動態(tài)變化過程;評價高壓氧治療

5、的療效以及其潛在機制;并以此探討外傷后早期對血腦屏障進行定量測定能否預測高壓氧治療后的預后。我們希望通過本課題研究能夠為腦外傷治療提供更多客觀的影像學依據(jù)。
　　第二章動態(tài)增強MRI評價腦外傷后損傷程度和血腦屏障通透性的實驗研究
　　目的:評價動態(tài)增強MR/(DCE-MRI)及其定量參數(shù)(Ktrans)在反映不同程度腦外傷中的應用價值。
　　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對各外傷組和假手術組進行評價,并將獲得的定量參數(shù)Ktrans值與T2W圖像上的病灶體積進行相關分析。此外,各組實驗兔在MRI掃描后處死,進行組織學檢測,包括普通HE染色、透射電鏡檢測、免疫組化方法檢測MMP-9的表達。
　　結果: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與中度外傷組有增大的趨勢(P=0.053)。傷后外

7、傷各組的病灶區(qū)Ktrans值要高于假手術組(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值相對于中度外傷組有增加的趨勢(P=0.08)。外傷各組的Ktrans值與病灶體積都存在良好的相關性,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染色表明假手術組無明顯異常,輕度外傷組見少

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在不同組間表達存在差異,其中在重度外傷組最明顯。
　　結論:DCE-MRI以及Ktrans值能夠準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,在評價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用價值。
　　

9、第三章動態(tài)增強MRI聯(lián)合彌散加權成像評價創(chuàng)傷性腦水腫動態(tài)演變的實驗
　　研究
　　目的:使用動態(tài)增強MRI和DWI來了解兔腦外傷后腦水腫的動態(tài)演變規(guī)律。
　　材料與方法:21只實驗兔被隨機分為外傷(TBI)組(n=15)和假手術(Sham)組(n=6),在外傷后的3小時,1天,3天,7天,30天進行DCE-MRI和DWI檢查,同時計算TBI組局部病灶區(qū)、病灶周圍區(qū)和病灶對側區(qū)以及Sham組相應區(qū)域的Ktrans值和AD

10、C值。
　　結果:在局部病灶區(qū),與Sham組相比,TBI組的Ktrans值在外傷后3小時開始上升,在第3天達高峰,此后逐漸降低,至外傷后30天時仍高于Sham組(p≤0.001)。局部病灶區(qū)的ADC值在外傷后3天輕度上升,隨后開始下降,在外傷后第1天時下降至sham組水平,此后持續(xù)下降,至外傷后第7天達到最低,此后再轉而上升,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天又恢復到Sham組的水平。病灶周圍區(qū)的ADC值在外傷后1天開始有增高的趨勢(p=0.075),此后持續(xù)上升(p＜0.01)。而在病灶對側區(qū),無論是Ktrans值還是ADC值,都沒有發(fā)生顯著的變化(p＞0.05)。此外,在所有時間點上,局部病灶區(qū)和病灶周圍區(qū)之間的Ktrans值或ADC值都沒有統(tǒng)計學相關性(p＞0.05),而且不管是在局部病灶區(qū)還是病灶周圍

12、區(qū),任何時間點的Ktrans值和ADC值之間也不存在統(tǒng)計學相關性(p＞0.05)。
　　結論: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)細胞毒性腦水腫占主導地位,而病灶周圍區(qū)則是血管源性腦水腫占主導地位。此外局部病灶區(qū)的血腦屏障存在繼發(fā)性開放。盡管本研究沒有發(fā)現(xiàn)Ktrans值和ADC值之間存在相關性,但是急性期血腦屏障的破壞可能是加重細胞毒性腦水腫的驅動力之一,因此可以成為治療的目標。

13、>　　第四章動態(tài)增強MRI聯(lián)合彌散加權成像評價腦外傷后高壓氧治療療效的實驗研究
　　目的:利用DCE-MRI和DWI來動態(tài)觀測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的臨床應用提供影像學基礎。
　　材料與方法:42只實驗兔隨機分為4組,即外傷(TBI)組(n=15),外傷+高壓氧(TBI+HBO)組(n=15),假手術(Sham)組(n=6),假手術+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組只進行開顱手術。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組不進行高壓氧治療。在外傷后的3小時,1天,3天,7天,30天對上述實驗兔分別進行MRI掃描。此外,在外傷前、外傷后1天和30天對所有實驗兔進行神經(jīng)功能評分(VCS評分)。在最后一次掃描結束后,處死實驗兔取腦組織標本進行尼氏染色并計數(shù)。
　　結果:在局部病灶區(qū)

15、,TBI+HBO組的Ktrans值在外傷后3小時,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(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(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(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天時的VCS評分要高于TBI組(p=0.036)。TBI組尼氏體計數(shù)要明顯少于TBI+HBO組(p=0.001)。
　　結論:本研究結果表明HBO能夠縮短局部病灶區(qū)血腦屏障開放時間,降低開放幅度,推遲細胞毒性水腫的發(fā)生,降低細胞毒性腦水腫的程度,加速病灶周圍區(qū)血腦屏障的修復,延緩周圍區(qū)細胞損傷的發(fā)生,并且在亞急性期減輕損傷的程度,進而減少了局部病灶區(qū)和周圍區(qū)神經(jīng)元的丟失,促進TBI兔神經(jīng)功能的恢復。
　　第五章高壓氧治療后

19、的MRI定量測定在預測腦創(chuàng)傷預后中的價值研究
　　目的:探討外傷后早期對血腦屏障通透性和細胞毒性腦水腫的定量檢測在預測高壓氧治療相關預后中的價值,以明確高壓氧治療后早期的MRI定量檢測能否預測預后。
　　材料與方法:21只實驗兔隨機分為2組,即外傷+高壓氧(TBI+HBO)組(n=15),假手術+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組只進行開顱手術。兩組實驗

20、兔接受7天共10次的高壓氧治療。在外傷后的3小時,1天,3天,7天,30天對上述實驗兔分別進行MRI掃描。此外,在外傷前、外傷后1天和30天對所有實驗兔進行VCS評分(Veterinary coma scale)。
　　結果:TBI+HBO組的VCS評分在外傷后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評分存在負相關性(r=-0.617,p=0.014;r=-0.587,p=0.022),而3小時的Ktrans值與30天的VCS評分之間存在負相關的趨勢(r=-0.49,p=0.064),其他時間點無明顯相關性(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評分存在正相關性(r=0.556,p=0.031;r=0.603,p=0.017),其他時間點無明顯相關性(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評分存在負相關性(r=-0.645,p=0.009),而3天的Ktrans值與30天的VCS評分存在負相關的趨勢(r=-0.468,p=0.078),其他時間點無明顯相關性(p＞0.05)。病灶周圍區(qū)在外傷后第3天的ADC值與30天的VCS評分存在負相關性(r=-0.653,p=0.008),而1天和7天的ADC值與30天的VCS評分存在負相關的趨勢(r=-0.459,p=0.085;r=-0.501,