轻度脑外伤模型建立与损伤早期DTI及DKI功能磁共振成像研究

摘要

目的：通过建立旋转性兔脑外伤模型，使用DTI及DKI技术观察与研究脑外伤早期磁共振功能成像(fMRI)动态变化规律，结合临床神经功能损伤评分及病理学改变对脑损伤情况进行评估，旨在探讨fMRI新技术在早期发现和评估脑外伤的临床应用价值。
　　方法：健康6月龄新西兰兔15只，随机分为对照组(n=3)和损伤组(n=12)，采用自制的瞬间旋转致动物脑损伤装置建立兔脑损伤模型。损伤组动物于受伤后及预设扫描时间前0.5h观察行为学变化并进行神经功能损伤评分(NSS)。分别于伤后超急性期(6h)、急性期（24h及48h）、亚急性早期(72h)共3个损伤阶段、4个预设时间进行常规MRI、DTI和DKI检查，各亚组3只动物。对照组直接进行行为学观察及NSS评分，然后再进行磁共振扫描。各组动物完成预计观察时间的MRI扫描后即处死，迅速取脑，并固定、包埋及取材后行HE染色、β-淀粉样前体蛋白(β-APP)免疫组化染色。选取动物模型的皮层下白质、丘脑、中脑、桥脑及脑干为感兴趣区(ROI)，分别测得其FA、ADC、MK、K//与K⊥值;染色后观察HE染色及β-APP染色切片，并于每5个×400高倍视野下对β-APP染色阳性轴突进行计数，取其平均值。损伤组家兔在不同时间段NSS评分比较应用单因素方差分析;各测量脑区分别进行分析，各测量值（FA、ADC、MK、K//与K⊥值）随时间变化的比较应用多个独立样本秩和检验(Kruskal Wallis Test)，损伤组与对照组间差异性比较应用两独立样本秩和检验;各观察脑区不同时间点β-APP染色阳性轴突计数的比较应用单因素方差分析，损伤组与对照组两两比较应用LSD-t检验;各脑区β-APP染色阳性轴突计数与FA、ADC、MK、K//、K⊥值及神经认知功能(NSS)评分相关性分析均应用Spearman相关分析。所有统计结果以P＜0.05为差异有统计学意义。
　　结果：1.建模后脑外伤兔出现不同程度神经功能损伤症状，NSS评分为(2.733±1.831)分，各时间点NSS评分无明显统计学差异(F=1.878，P=0.191)。实验过程中1只兔由于颈部固定不佳死亡，后补充建模成功，建模成功率92.3％(12/13)。2.ADC值变化总体呈一过性减低后升高、而后又减低的趋势。伤后超急性期(6h)除皮层下白质外大脑区ADC值较伤前略减低(P＜0.001)后升高，于48h达峰值后逐渐减低，至损伤亚急性早期(72h)除桥脑及延髓外大多脑区测量值较伤前减低(P＜0.001)。3.FA值表现为一过性升高后减低、而后又升高的特征。伤后超急性期(6h)大多测量脑区（皮层下白质、中脑、桥脑及延髓）FA值即较伤前升高(P＜0.05)，后于损伤急性期(24～48h)减低，至亚急性早期(72h)时皮层下白质及丘脑FA值升高(P＜0.001)，而脑干区FA值仍低于伤前(P＜0.001)。4.各测量脑区MK值变化趋势有所不同。皮层下白质表现为伤后6h一过性增高后持续减低（均P＜0.05）;丘脑区MK值伤后6h时MK值略减低，后逐渐升高（均P＞0.05）;伤后脑干区MK值持续较伤前升高且于72h达峰值(P＜0.05)。5.伤后皮层下白质及丘脑K//值与K⊥值变化呈相似趋势，表现为损伤24h内持续上升，至伤后48h不同程度减低，后继续升高（均P＜0.05）;中脑K//与K⊥值变化趋势有所不同，K//值呈超急性期升高后略减低，24h后持续升高趋势，而K⊥值于24h内持续升高至峰值后一过性减低后升高;桥脑及延髓K//值与K⊥值损伤后较伤前持续升高(P＜0.05)。6.伤后大多观察脑区（皮层下白质、中脑、桥脑及延髓）β-APP阳性轴突数与NSS评分呈正相关(P＜0.05)，其中脑干区呈较明显相关(r＞0.05，P＜0.05)。7.伤后中脑FA值与β-APP阳性轴突数呈负相关（r=-0.432，P=0.019），桥脑及延髓ADC值与之呈正相关(r=0.558，P=0.010)，其余脑区FA值及ADC值与β-APP阳性轴突数无明显统计学相关(P＞0.05);除丘脑外测量脑区MK值均与β-APP阳性轴突数呈正相关(P＜0.05)，其中脑干区呈显著相关(r＞0.5.P＜0.05);脑干区K//值与K⊥值与β-APP阳性轴突数呈明显正相关(r＞0.5.P＜0.05)。
　　结论：本研究所用瞬间旋转致脑损伤装置可有效模拟mTBI病理学损伤机制，有效建模，稳定性及重复性好。利用DTI对mTBI动物进行动态观察，发现FA值及ADC值随损伤时间呈动态变化，趋势相反，二者相结合有助于对组织弥散受限情况及细胞毒性水肿、血管源性水肿的鉴别。利用DKI对TBI动物进行动态观察，发现MK值、K//值及K⊥值呈动态变化规律，且较FA值及ADC值与病理学改变相关性更为显著，提示DKI测量值对mTBI组织微结构损伤的评价较DTI敏感，更有助于了解外伤后脑组织微结构损伤复杂性变化，对其病理学演变规律的理解与临床及早诊治具有重要意义。

目录

声明

中英文缩略词表

摘要

前言

材料与方法

一、实验对象与分组

二、模型建造

2．1 建模装置的设计与构造

2．2 装置操作方法及建模

三、神经功能损伤评分

3．1 动物一般状态及行为学观察

3．2 动物神经功能损伤评分

四、磁共振检查与扫描参数

五、数据处理与测量

5．1 应用DKE软件对DKI数据进行处理

5．2 DTI数据的处理

5．3 应用ImageJ软件对DTI及DKI数据进行感兴趣区测量

六、病理学取材及观察

6．1 病理学取材

6．2 病理染色及观察

6．3 本实验流程小结

七、统计学分析

结果

一、实验兔行为学观察及NSS评分

二、兔脑损伤模型fMRI表现

2．1 常规MRI与DTI及DKI的表现

2．2 DTI扫描的ADC与FA值检测

2．3 DKI扫描各测量参数的检测

三、病理组织学观察

3．1 大体观察

3．2 组织切片观察

四、各脑区β-APP阳性轴突数与NSS评分及fMRI测量值相关性

4．1 β-APP阳性轴突数与NSS评分相关性

4．2 β-APP阳性轴突数与fMRI测量值相关性

讨论

一、旋转性脑损伤模型的建立与NSS评分

二、测量脑区的选取及其损伤后病理学观察

2．1 测量脑区的选取

2．2 兔脑外伤模型的病理学观察

三、FA、ADC值动态变化及其与β-APP阳性轴突数相关性分析

四、MK、K∥及K⊥值动态变化及其与β-APP阳性轴突数相关性分析

4．1 MK值

4．2 K∥与K⊥值

五、本研究局限性

结论

参考文献

综述 旋转性脑外伤模型的建立及弥散功能磁共振成像研究进展

攻读学位期间发表文章情况

致谢