臨床醫(yī)用1.5T磁共振對AD模型大鼠的顱腦MR成像研究*

1.廣州醫(yī)科大學(xué)附屬廣州市第一人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像部(廣東 廣州 510180)

2.廣東省廣州市南沙中心醫(yī)院影像科(廣東 廣州 511457)

3.湖南省長沙市中心醫(yī)院放射科(湖南 長沙 410004)

馬偉瓊1 謝 琦1,2 陳明旺1 徐海俠3 張鼎旋2 湯間儀1

SD大鼠是研究神經(jīng)系統(tǒng)疾病的常用動物，對其神經(jīng)系統(tǒng)成像目前主要是采用4.7T以上的超高場的動物專用MR成像儀[1-3]，國內(nèi)相關(guān)設(shè)備稀缺，明顯限制了神經(jīng)系統(tǒng)疾病的小動物實驗研究。目前有多個研究者用臨床醫(yī)用MR對小動物的移植瘤模型進(jìn)行了成像研究[4-5]，在本研究中通過多影響因素建立SD大鼠的阿爾茨海默病(Alzheimer Disease,AD)模型,然后使用臨床醫(yī)用1.5TMR成像儀活體對AD模型大鼠的顱腦行T1WI、T2WI、T2*WI、SWI成像，以探討臨床醫(yī)用MR成像儀活體顯示SD大鼠顱腦結(jié)構(gòu)的可行性。

1 材料與方法

1.1 實驗動物 健康雌性SD大鼠10只(購自廣東省醫(yī)學(xué)實驗動物中心)，7～8周，體重180～210克，飼養(yǎng)在廣州醫(yī)學(xué)院動物實驗中心SPF實驗室。通過血管夾閉+喂藥的方法建立大鼠AD模型。

1.2 MR檢查 采用GE 1.5T Signa HDe超導(dǎo)型MR成像儀，直徑12cm的Helmholtz體線圈激發(fā)，直徑3.0英寸的腕關(guān)節(jié)線圈接收行以下序列成像。SD大鼠用水合氯醛(350mg/kg體重)腹腔麻醉后，用自制簡易裝置仰臥固定，局部保暖。掃描層面的定位參考大鼠腦立體定位圖譜(The Rat Brain in Stereotaxic Coordinaes)[6]，選擇雙側(cè)對耳線和中線作為軸位定位點(見圖1-2)。

掃描序列具體參數(shù)如下：

T1WI：TR=400ms，TE=16.3ms，層厚3.0mm，間隔=0，F(xiàn)OV=7.0cm×5.3cm，矩陣=256×192，NEX=4。

T2WI：TR=2940ms，TE=99.7ms，層厚3.0mm，間隔=0，F(xiàn)OV=7.0cm×5.3cm，矩陣=256×256，NEX=8。

T2*WI：TR=500ms，TE=20ms，層厚3.0mm，F(xiàn)OV=7.0cm×5.3cm，矩陣=256×160，NEX=2。

SWI：采用三維梯度回波序列，TR=100ms，TE=40ms，偏轉(zhuǎn)角20度，F(xiàn)OV=8cm×4cm，層厚=0.7mm，在Z軸方向共采集28層，同時獲得相位圖和強(qiáng)度圖。

1.3 腦組織病理形態(tài)學(xué)及免疫組化檢查 MR掃描后用心臟灌流法處死老鼠，取出模型大鼠的腦組織進(jìn)行固定切片，然后進(jìn)行腦組織病理形態(tài)學(xué)觀察以及老年斑的組織染色(包括Aβ免疫組化、Thioflavine S及鐵染色)。

2 結(jié) 果

2.1 MR顯示SD大鼠顱腦解剖結(jié)構(gòu)與圖像品質(zhì) 距聽耳線9mm層面可觀察到紋狀體、額葉皮質(zhì)，6mm層面觀察到丘腦、背側(cè)海馬、胼胝體、顳葉皮質(zhì)；3mm層面觀察到下托/旁下托區(qū)、腹側(cè)海馬、腹側(cè)海馬下皮質(zhì)；0mm層面觀察到腦干和小腦。(見圖3-6)

解剖層次T2WI顯示最佳，其次為T2*WI、T1WI，信噪比T2WI、T1WI較高，T2*WI次之，SWI信噪比較差，結(jié)構(gòu)輪廓與T1WI、T2WI、T2*WI顯示相同，未發(fā)生扭曲變形。

2.2 SD大鼠顱腦信號 皮層區(qū)、紋狀體T1WI、T2WI、T2*WI均為灰色信號，丘腦T1WI呈灰色信號，T2WI與T2*WI信號低于皮層區(qū)，以T2WI信號對比差較大；皮層下白質(zhì)信號成類似改變。腦脊液T1WI為低信號、T2WI為高信號；SWI腦組織均為灰色信號。(見圖7)

2.3 大鼠AD模型顱腦信號的改變 顳頂葉皮質(zhì)、腹側(cè)海馬下皮質(zhì)區(qū)和海馬區(qū)可以發(fā)現(xiàn)一些散在的類圓形的低信號區(qū)，而各序列(T1WI、T2WI、T2*WI、SWI)顯示低信號區(qū)的能力，以T2*WI顯示最佳，SWI對比度雖然好，但難以排出血管影響，T1WI顯示不佳。(見圖8)

2.4 病理形態(tài)學(xué)及免疫組化結(jié)果

3 討 論

阿爾茨海默病(Alzheimer's disease,AD)，又稱老年性癡呆，是一種認(rèn)知功能進(jìn)行性下降為特征的神經(jīng)退行性疾病。它以神經(jīng)元纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangle,NFT)和老年斑(senile plaque,SP)(或神經(jīng)炎性斑，neuritic plaque)沉積為基本的病理學(xué)改變。老年斑是β淀粉樣蛋白(βAmyloid peptide，Aβ，主要為Aβ42)通過催化氧化的毒性作用引起神經(jīng)變性[7-8]。而在老年斑形成的過程中，還伴隨有一些順磁性金屬元素(Fe,Cu,Al)的共沉積,尤其是老年斑內(nèi)鐵的沉積，造成了老年斑和周圍組織弛豫時間的不同，即對比度的不同，從而使老年斑在MR成像中成為可能[8-10]。

Brook[11]研究中發(fā)現(xiàn)基底節(jié)區(qū)存在較高水平的鐵沉積，從而引起T2加權(quán)像信號衰減，這種現(xiàn)象在高磁場(1.5T或以上)的MRI中顯示尤為明顯。Brass[10]實驗中發(fā)現(xiàn)鐵沉積引起T2弛豫時間縮短，從而在T2梯度加權(quán)像上顯示為低信號。在本實驗中AD模型大鼠的腦組織的T2及T2*加權(quán)像上的顳頂葉皮質(zhì)及海馬區(qū)可見散在類圓形的低信號區(qū)，組織學(xué)染色顯示某些低信號區(qū)可以和切片上的老年斑相對應(yīng)，這與既往研究都是相符合的。

圖1-2 定位線的選?。阂月牰€為基線（0mm），作為解剖定位線，間隔3mm。圖3-6 ROI的劃?。悍謩e代表4個掃描層面的11個不同腦區(qū)，參考大鼠腦立體定位圖譜，距離基線(聽耳線)的位置分別為 圖3：9mm；圖4：6mm；圖5：3mm；圖6：0mm。圖3(1、2：紋狀體；3、4：額葉皮質(zhì))；圖4(1、2：丘腦；3、4：背側(cè)海馬；5：胼胝體；6、7：顳頂葉皮質(zhì))；圖5(1、2：下托/旁下托區(qū)；3、4：腹側(cè)海馬；5、6：腹側(cè)海馬下皮質(zhì))；圖6(1、2：腦干；3、4：小腦)。圖7 正常大鼠大腦各序列圖像(從上到下層面依次距離聽耳線9、6、3mm，從左到右序列為T2*WI、T2WI、T1WI、SWI)。圖8 AD模型大鼠各序列圖像：顳頂葉皮質(zhì)及海馬區(qū)可見散在類圓形的低信號區(qū)(箭頭)。圖9-14 AD模型大鼠病理圖片皮質(zhì)和海馬區(qū)見類老年斑(SPs)結(jié)構(gòu)，圖9(皮質(zhì))、圖10(海馬)：Aβ免疫組化、圖11(皮質(zhì))、圖12(海馬)：銀染色；圖13(皮質(zhì))、 圖14(海馬)： Thioflavine S染色。

迄今為止，已有多種模式對AD病變中的老年斑實現(xiàn)成像標(biāo)記，但是只有MRI有足夠的空間分辨率和對比度對單一斑塊進(jìn)行活體可視化成像，并且有多項研究對序列和掃描技術(shù)的選擇進(jìn)行了探索。Jack[12-13]在9.4TMR下利用絕熱T2自旋回波加權(quán)像第一次實現(xiàn)了AD轉(zhuǎn)基因小鼠老年斑的活體成像，可以在無造影劑的情況下發(fā)現(xiàn)最小直徑為50um的斑塊；并同時發(fā)現(xiàn)進(jìn)行斑塊的T2*梯度回波加權(quán)像中由于鐵的沉積產(chǎn)生了“熱暈效應(yīng)”，從而夸大圖像中斑塊的大小，因此長TE自旋回波加權(quán)像在某種程度上能更準(zhǔn)確反映斑塊的大小，而T2*梯度回波加權(quán)像則主要的反映了斑塊中鐵沉積的密度。Benveniste[14]研究中通過三維T2*WI序列對AD病人尸體腦組織內(nèi)的老年斑進(jìn)行顯微成像，實現(xiàn)了MR成像與切片結(jié)果的一致性。而我們在進(jìn)行AD模型大鼠T2及T2*加權(quán)成像中發(fā)現(xiàn)有一部分低信號區(qū)與老年斑還不能做到對應(yīng)，考慮與腦血管，微小出血以及局部的有髓神經(jīng)纖維束相關(guān)[15]。因此對AD的MR診斷不是單一序列單個掃描技術(shù)就可以作出，而是要綜合多個序列多種掃描技術(shù)(如T1WI，T2WI，T2*WI、SWI等)共同作出診斷。

磁敏感加權(quán)成像(susceptibility-weighted imaging，SWI)是一個較新近發(fā)展起來的成像技術(shù)，它是一個三維高分辨率采集，通過流動補(bǔ)償?shù)奶荻然夭ㄐ蛄校沙浞诛@示組織之間內(nèi)在的磁敏感特性的差別，其中包含了鐵組織與非含鐵組織之間的磁敏感性差異，從而來測定組織內(nèi)的腦鐵含量。Haacke[16]研究中發(fā)現(xiàn)SWI的相位圖可以成為AD等神經(jīng)退行性疾病的腦鐵沉積量變化的一個非常有用的標(biāo)記，可通過使用SWI進(jìn)行老年斑(senile plaques，SPs)可視化的研究，從而對轉(zhuǎn)基因小鼠腦鐵含量進(jìn)行評估。

我們在對AD大鼠模型進(jìn)行SWI成像時發(fā)現(xiàn)斑塊的顯示率比T2W、T2*W更高，CNR(Contrast noise ratio)亦更高，但圖像中顆粒較多，無法區(qū)分微小血管和可疑病灶，而且受噪聲的干擾也大。因此，使用臨床型1.5T磁共振進(jìn)行SWI研究，尚需進(jìn)一步研究和努力，需要優(yōu)化和綜合多種序列的采集應(yīng)用。

總之，臨床型1.5T磁共振的T1WI、T2WI、T2*WI、SWI可顯示AD大鼠模型大腦的皮質(zhì)和海馬區(qū)類圓形的低信號，并與Aβ免疫組化、Thioflavine S及鐵染色陽性結(jié)果相重疊，說明在未有超高場小動物專用磁共振成像儀的情況下，其對AD模型大鼠顱腦MR成像的研究是可行的。

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