CT灌注成像方法评估兔创伤性脑损伤后脑血流动力学变化的实验研究

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目的:创伤性脑损伤(traumatic brain injure,TBI)目前仍是导致患者高死亡率、高致残率的主要原因。全球每年TBI患者超过5000万,中国人口占世界人口的18%,虽然到目前为止国内没有关于TBI准确的流行病学数据,但数个大的临床报道总体死亡率(27%)和致残率(53%)与国外报道相近。颅内高压导致的脑灌注不足是造成TBI总体预后不佳的主要原因之一,目前神经影像学检查是评估脑损伤及脑灌注情况不可替代的工具。神经影像学目前在TBI的诊断、指导治疗及预后评估方面起着十分重要的作用,尤其是可以显示脑组织灌注及代谢特征的功能神经影像学已经超越了传统的以显示脑组织结构的影像学。最近几年,学者们利用脑灌注成像技术研究TBI已成为热点方向,计算机断层扫描灌注成像(computerized tomography perfusion,CTP)凭借着成像速度快、操作简便及图像后处理时间短等优势目前在TBI的临床研究中应用最为广泛,但受到CT辐射剂量的限制,更为深入、细致的研究难以在临床实验中进行,因此现阶段我们只能求助在动物模型上利用这一技术对TBI后脑灌注的变化情况作进一步的研究。本课题利用TBI动物模型,结合CTP成像技术观察动物在TBI后及不同的干预方式下早期脑血流动力学参数、血脑屏障通(blood brain barrier,BBB)透性及脑组织超微结构的变化并分析其意义。我们希望深入研究TBI后脑血流动力学变化,同时探讨不同外科干预方式对改善脑血流动力学的价值,从而进一步丰富对TBI损伤机制的认识,有助于为TBI的治疗提供新的思路。方法:1)TBI动物模型构建:健康成年新西兰白兔腹腔麻醉后,在动物左侧顶间骨上方部位以微型牙科磨钻成形直径约为5mm的骨孔,用脑膜剥离子将动物硬脑膜往中线方向从颅骨内面小心剥离,将自制的加压球囊置于硬膜外腔并外接微量注射泵,以大号针头小心刺破骨孔内硬脑膜并将脑实质型颅内压(intracranial pressure,ICP)监测探头植入脑组织内。控制微量注射泵以10ml/h的速度向加压球囊中注入生理盐水,监测ICP变化,直至ICP达到25mm Hg。2)动物分组:动物根据不同的干预方式随机分为4组,每组10只:1、对照组:加压球囊内不注入生理盐水;2、加压组:加压球囊内注入生理盐水,直至ICP达到25mm Hg并维持15min。3、常规减压组:加压球囊内注入生理盐水,直至ICP达到25mm Hg,维持15min后快速抽出囊内的生理盐水。4、控制减压组:加压球囊内注入生理盐水,直至ICP达到25mm Hg,维持15min后缓慢抽出囊内生理盐水,当ICP降分别降至20mm Hg、15mm Hg、10mm Hg时各维持5min。3)CTP成像:(1)先行常规头颅冠状位CT平扫;(2)CTP成像:常规平扫后立即以动物基底节面为中心行CT灌注扫描,扫描结束后立即将图像上传至工作站。4)脑组织灌注参数的测量:图像处理软件自动选取兔大脑中动脉及上矢状窦作为输入动脉和输出静脉,计算出反映脑组织血流灌注状态的参数图。由一名高年资神经放射医生对图像进行评价:在参数图上选取双侧颞叶及基底节区感兴趣区(region of interest,ROI),测量各项灌注参数指标,包括局部脑血流量(regional cerebral blood flow,rCBF)、局部脑血容量(regional cerebral blood volume,rCBV)及对比剂平均通过时间(mean transit time,MTT)。5)BBB透性检测:所有动物完成CT扫描后经耳缘静脉注入伊文思蓝(evans blue,EB),1h后心内灌注生理盐水处死并留取双侧颞叶脑组织按照EB测定流程测定脑组织内的含量,并在电镜及透射电镜下观察脑组织形态学及超微结构变化。6)统计学分析:应用IBM?SPSS 23.0统计软件进行分析。P<0.05表示差异有统计学意义。结果:1)对照组兔脑沟及脑回显示清晰,额叶白质CT值为29-30HU,实验组兔脑沟消失、脑回显示不清,额叶CT值均明显降低。2)与对照组比较,加压组、常规减压组及控制减压组兔脑组织rCBF、rCBV呈现出明显的低灌注表现,且在MTT图上表现出不同程度的延长,常规减压组表现的尤为明显。3)加压组、常规减压组及控制减压组基底节区及颞叶的rCBF、rCBV均明显低于对照组。进一步比较基底节区的rCBF、rCBV及颞叶区的CBF参数值,显示加压组、常规减压组及控制减压组三组之间有明显差异(p<0.01);比较颞叶区rCBV参数值,常规减压组与加压组、控制减压组之间的差异有统计学意义(p<0.01),而加压组与控制减压组之间的差异无统计学意义。根据分析,加压组、常规减压组及控制减压组无论在基底节区还是在颞叶,MTT与对照组相比都有明显的延长(p<0.01)。4)加压组、常规减压组及控制减压组颞叶脑组织EB的含量较对照组明显升高,且三组之间也有明显差异。5)电镜下观察兔TBI后神经元出现缺血性损害,胞浆空泡形成,部分神经细胞及小血管周围间隙扩大。常规减压组神经元缺血损害进一步加重,神经元数量减少、排列不规则,核固缩明显伴有红染,间质水肿明显,而控制性减压组细胞形态改变类似加压组。6)透射电镜下观察到兔TBI后细胞器轻度扩张,细胞外隙轻度扩大,微血管内皮增生,紧密连接局部有破坏。常规减压组细胞器扩张,细胞内外水肿明显,微血管内皮增生明显,紧密连接有明显的破坏,而控制减压组细胞器及血管的破坏程度要比常规减压组稍轻。结论:TBI急性期局部脑血流动力学会发生显著变化,r CBF、r CBV明显降低,MTT明显延长,BBB通透性也显著增加。控制性减压的干预方式可使损伤后脑血流动力学的异常变化得到一定程度的缓解,这种改变可能是通过部分改善了受损的脑血管自动调节机制障碍而导致的。
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