1、磁共振灌注成像评价兔后肢缺血模型肌肉灌注的实验研究作者：孟利民 张挽时 宋云龙 吴冰 王东 毕永民 祝红线 【关键词】 磁共振成像；灌注；缺血；疾病模型,动物【Abstract】 AIM：To evaluate the application of magnetic resonance (MR) perfusion weighted imaging in the assessment of muscle perfusion in hindlimb ischemia model of rabbit. METHODS: Ischemia was induced in right hind limb
2、s of 16 New Zealand white rabbits by complete excision of femoral artery. Before and 1, 3, 7, 14, 21, 28, 42, 56, 70 d after the model establishment, MR perfusion scan was performed on models respectively and the percent MR signal enhancement of the region of interest was plotted to draw a timeenhan
3、cement curve. The perfusion curve and parameters (enhancement onset time, peak value and slope rate) were analyzed. RESULTS: Following femoral artery excision, a rapid reduction of muscle perfusion in right hindlimb was observed. Perfusion recovered very slowly during the first 7 d postexcision and
4、faster perfusion recovery was observed within 14 to 70 d, but at last perfusion didnt reach the normal level. CONCLUSION: MR perfusion imaging is a safe, noninvasive, semiquantitative and relatively accurate technique to assess timedependent changes of muscle perfusion in hindlimb ischemia model of
5、rabbit.【Keywords】 magnetic resonance imaging; perfusion; ischemia; disease models, animal【摘要】 目的：初步探讨磁共振灌注成像（MRPWI）在评估兔后肢缺血模型肌肉组织灌注中的应用价值. 方法：对 16 只新西兰大白兔建立右后肢缺血模型，分别于术前、术后 1, 3, 7, 14, 21, 28, 42, 56, 70 d 行 MR 灌注成像检查，原始灌注图像资料经 Mean Curve 软件处理，将感兴趣区（ROI）信号强度变化绘制成时间信号增强百分比曲线，分析该灌注曲线特征并观察灌注参数（注药后开始强化
6、时间、强化峰值、强化斜率）变化趋势. 结果：术后右后肢血流灌注较对侧急剧减低，术后 7 d 内灌注恢复非常缓慢，从 14 d 起灌注恢复逐渐加快，但直至术后 70 d仍未恢复至正常灌注水平. 结论：磁共振灌注成像能够安全、无创、半定量地且较准确地评估动物后肢缺血模型随时间推移发生的肌肉组织灌注变化.【关键词】 磁共振成像；灌注；缺血；疾病模型，动物0 引言磁共振灌注成像（magnetic resonance perfusion weighted imaging, MRPWI）是通过观察水溶性对比剂在组织中的早期分布特点来了解组织血管化程度、血流灌注状况、毛细血管通透性等生理信息的功能成像方法1
7、-2. 目前，MR 灌注加权成像在脑缺血、脑肿瘤等病变的血流灌注研究中应用较广，对缺血性肢体疾病的研究尚在初步探索中. 本文旨在通过建立兔后肢缺血模型，探讨 MRPWI 在评估缺血肌肉组织灌注状态中的应用价值.1 材料和方法1.1 材料由空军总医院动物实验中心提供纯种新西兰大白兔 16 只，雌雄不限，体质量 2.33.0 kg，参照 Pu 等3的方法制备兔后肢缺血模型. 用速眠新注射液 0.5 mL 与盐酸氯胺酮注射液 1.0 mL 混合后皮下注射麻醉，仰卧位固定兔于手术台上. 取右后肢备皮、消毒, 沿股动脉走行纵行切开皮肤,范围从腹股沟韧带至膝关节，切断腹股沟韧带，钝性分离出股动脉全程及股深
8、动脉、旋股外动脉等分支, 用 4 号丝线结扎、切断髂外动脉远端至股动脉远端全长及股动脉所有分支, 完整剔除股动脉,缝合皮肤. 术后对兔模型行双后肢动脉 X 线血管造影确认手术效果. 所有动物术后给予青霉素 80 万 u，im，3 d，按慢性动物实验要求饲养.1.2 方法1.2.1MR 检查磁共振灌注检查在 Siemens 1.5T Magnetom Avanto型磁共振扫描机梯度场 45 mT/m，切换率 200 mT/(ms)上进行. 分别于术前及术后 1，3，7，14，21，28，42，56，70 d 将兔模型麻醉后（速眠新注射液 0.5 mL 肌注）仰卧位固定于特制的检查木板上，双后肢尽
9、量伸展，耳缘静脉建立注射通道并连接磁共振专用高压注射器（Medrad）. 联合使用头、颈线圈，足先进位，扫描中心定于双后肢中段. 在灌注扫描前先行常规轴位及矢状位 T1WI，T2WI 扫描，了解后肢肌肉组织常规 MR 信号变化. 平扫结束后开始灌注扫描. 采用 2DFLASH 序列作动态增强单层扫描, TR=14.0 ms, TE=4.78 ms, FOV=190 mm143 mm, Matrix=384257, 翻转角 30，层厚 5 mm，时间分辨率 2 s, 280 个时相，总扫描时间 560 s. 以矢状位 T2WI 图像定位灌注扫描层面，即垂直于股骨长轴并通过股骨中点的轴位层面. 首
10、先空扫 15 次（30 s） ，随即通过高压注射器通过耳缘静脉注入对比剂（GdDTPA, 先灵有限公司，德国，剂量 0.3 mmol/kg, 流率 2.0 mL/s）,以相同流率注射生理盐水 8 mL冲管. 扫描结束后行常规 T1WI 轴位增强扫描.1.2.2 灌注图像后处理将原始 MR 灌注图像资料传输至西门子工作站进行后处理. 分别在双后肢股骨前侧肌群范围内选取感兴趣区（region of interest, ROI）, 要求双侧尽量对称，面积约 2.02.5 cm2，约包含 9001000 个像素，应用 MeanCurve 软件将灌注图像中双侧ROI 的平均信号强度值分别绘成时间信号强度
11、曲线（TIC）,然后依据公式（1） 4将时间信号强度曲线转换为时间信号增强百分比曲线，以此作为本文研究的灌注曲线.P(t)=S(t)-S0100%/S0（1）其中，P(t)为 t 时刻的信号增强百分比值，S(t)为 t 时刻的信号强度，S0 为注药前基线的平均信号强度. 为了数据分析准确客观，将灌注曲线用 3 次多项式方程公式（2）进行拟合.Y=b0+b1X+b2X2+b3X3（2）其中，Y 为信号增强百分比值，X 为时间.灌注曲线观察指标：曲线类型：型为早期可见信号强度迅速上升峰，之后可见逐渐下降峰；型为早期可见快速上升峰，之后曲线缓慢上升或保持稳定；型为渐进性持续上升，没有明显下降峰；型为
12、曲线上升非常缓慢或没有明显增强效果. 注药后开始强化时间：在灌注曲线上该时间点之后所有时刻信号增强百分比值均大于 0，且该时间点最早. 强化斜率：依据公式（3）分别计算开始强化后 10 s 与 30 s的强化斜率值.10/30 s 斜率值=B1-B0/T（3）其中，B1 为 10/30 s 时的信号增强百分比，B0 为开始强化时刻的信号增强百分比值. 强化峰值，取曲线最高点的信号增强百分比值.统计学处理：资料用 xs 的形式表示，采用 SPSS 11.0 统计软件包及 Excel 工作表中数据分析软件分析. 采用非配对 t 检验分析兔模型双侧后肢肌肉组织灌注指标之间的差异. P0.05 即认为
13、有统计学差异.2 结果2.1 临床状况 16 只实验动物均成功制作缺血模型，其中 1 只在实验过程中由于麻醉过度死亡，1 只由于手术侧后肢软组织感染退出实验，其余 14 只均完成实验. 14 只兔模型术后 1 wk 内手术侧后肢均呈不同程度的跛行，2 只出现足底坏疽，1 只足趾脱落.2.2 灌注曲线2.2.1 灌注曲线类型 14 只兔模型左侧（健侧）后肢灌注曲线主要为 I 型曲线，少部分为 II 型曲线；右侧（手术侧）后肢灌注曲线术前主要为 I 型曲线，少部分为 II 型曲线，术后 1, 3 d 为 IV 型曲线，术后 7, 14, 21, 28, 42 d 均为 III 型曲线，术后 56,
14、 70 d 均为 II 型曲线.2.2.2 灌注指标 14 只兔模型不同时期双后肢肌肉组织的注药后开始强化时间、10 s/30 s 强化斜率、强化峰值平均值均有变化（表 1）.表 1 兔模型不同时期双后肢肌肉组织灌注指标（略）aP0.01, bP0.05 vs 左侧.3 讨论慢性后肢缺血动物模型可以在一定程度上模拟临床慢性肢体缺血患者，因此在肢体慢性缺血性疾病的诊断、治疗评估研究中应用较多. 目前，评估该模型侧支循环状况的方法主要有临床观察、腓肠血压、血管 X 线造影积分、核素扫描、微血管密度等5-6 ，其中，微血管密度为侧支循环生成的金标准，而其余方法各有一定优势和不足.我们通过手术完全切除
15、兔右侧股动脉全长及其分支造成该侧肢体急性缺血，利用近、远侧动脉残端之间侧枝循环的逐渐形成来模拟人体慢性肢体缺血性疾病进程，并利用 GdDTPA 缩短 T1 的效应监测局部肌肉组织灌注的动态变化. GdDTPA 不能通过毛细血管屏障进入组织，并只限于在血浆中运输，其分布容量与细胞外间隙容量完全一致7 ，静脉注射后引起局部组织信号强度变化的幅度很大程度上依赖于局部组织的微循环分布及灌注状况，因此 MRPWI 能够在活体组织上快速、无创地、定量或半定量地反映组织的血管生成及血流灌注.本实验中正常后肢肌肉灌注曲线在注射对比剂后 14 s 左右出现一持续约 15 s 的陡直上升段，之后上升速度趋于平缓，
16、约在注药后 135 s 到达峰值，随即出现缓慢的下降段，灌注扫描结束时下降至约峰值的 80水平，这种信号变化趋势较客观地再现了对比剂快速流入分布于正常肌肉组织并缓慢洗脱的过程，也间接反映了血液微循环分布及灌注状态. 术后第 1 日，右后肢灌注曲线几乎不上升或仅见轻微上升，同时各项灌注指标也表明 ROI 局部组织正常血供消失后现有的侧支循环血供不能引起明显的组织信号变化，从而导致组织血流灌注急剧减低. 这种现象一直持续至术后 7 d，这一段时间的信号变化趋势可能与该时期内侧支循环生成非常缓慢有关. 从术后 7 d 起，右后肢灌注曲线较前有明显改善，呈渐进性稳步上升，没有明显下降峰，这种信号变化趋
17、势一直持续至术后 42 d. 在这期间内，灌注曲线形态没有明显变化，但诸灌注指标变化较大，尤其在 728 d，强化峰值及强化斜率增加较明显，而开始强化时间则在 28 d 即与左后肢无显著差异. 分析这些信号变化的原因可能为该时间段内侧支循环形成速度加快、血供增加迅速，而同时新生微血管通透性较大、对比剂洗脱较慢等. 术后 42 d 以后右后肢灌注曲线可见一较快速上升峰，随后上升速度减慢或保持稳定. 灌注曲线形态与正常组织较为接近，强化峰值与强化斜率呈缓慢增加趋势，但在术后 70 d 与左后肢仍有差异，其中以强化斜率更为明显，在一定程度上反映了该时期内侧支循环血供继续缓慢增加，但仍不能达到正常灌注
18、水平的事实.目前在慢性缺血性肢体疾病的 MRPWI 实验研究中，存在一些需注意、探讨的问题. 首先是灌注曲线观察指标的选择. Luo 等4在研究中以时间信号曲线的最大斜率作为灌注指数，并且证明以此指标计算的灌注结果与放射性核素标记法得出的血流量结果具有很强的相关性，但除最大斜率外其它曲线观察指标是否能有效的运用于慢性缺血性肢体疾病，尚没有系统的研究证实. 在本实验观察期间注药后开始强化时间、强化峰值、10 s/30 s 强化斜率等指标在双侧后肢之间均有不同程度的差异性，且随时间推移也在发生变化，这些灌注指标中哪一项更能准确的反映真实的肌肉组织血流灌注状态，有待于进一步研究.【参考文献】1 Ho
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