临床医用1.5T磁共振对AD模型大鼠的颅脑MR成像研究*

1.广州医科大学附属广州市第一人民医院医学影像部(广东 广州 510180)

2.广东省广州市南沙中心医院影像科(广东 广州 511457)

3.湖南省长沙市中心医院放射科(湖南 长沙 410004)

马伟琼1 谢 琦1,2 陈明旺1 徐海侠3 张鼎旋2 汤间仪1

SD大鼠是研究神经系统疾病的常用动物，对其神经系统成像目前主要是采用4.7T以上的超高场的动物专用MR成像仪[1-3]，国内相关设备稀缺，明显限制了神经系统疾病的小动物实验研究。目前有多个研究者用临床医用MR对小动物的移植瘤模型进行了成像研究[4-5]，在本研究中通过多影响因素建立SD大鼠的阿尔茨海默病(Alzheimer Disease,AD)模型,然后使用临床医用1.5TMR成像仪活体对AD模型大鼠的颅脑行T1WI、T2WI、T2*WI、SWI成像，以探讨临床医用MR成像仪活体显示SD大鼠颅脑结构的可行性。

1 材料与方法

1.1 实验动物 健康雌性SD大鼠10只(购自广东省医学实验动物中心)，7～8周，体重180～210克，饲养在广州医学院动物实验中心SPF实验室。通过血管夹闭+喂药的方法建立大鼠AD模型。

1.2 MR检查 采用GE 1.5T Signa HDe超导型MR成像仪，直径12cm的Helmholtz体线圈激发，直径3.0英寸的腕关节线圈接收行以下序列成像。SD大鼠用水合氯醛(350mg/kg体重)腹腔麻醉后，用自制简易装置仰卧固定，局部保暖。扫描层面的定位参考大鼠脑立体定位图谱(The Rat Brain in Stereotaxic Coordinaes)[6]，选择双侧对耳线和中线作为轴位定位点(见图1-2)。

扫描序列具体参数如下：

T1WI：TR=400ms，TE=16.3ms，层厚3.0mm，间隔=0，FOV=7.0cm×5.3cm，矩阵=256×192，NEX=4。

T2WI：TR=2940ms，TE=99.7ms，层厚3.0mm，间隔=0，FOV=7.0cm×5.3cm，矩阵=256×256，NEX=8。

T2*WI：TR=500ms，TE=20ms，层厚3.0mm，FOV=7.0cm×5.3cm，矩阵=256×160，NEX=2。

SWI：采用三维梯度回波序列，TR=100ms，TE=40ms，偏转角20度，FOV=8cm×4cm，层厚=0.7mm，在Z轴方向共采集28层，同时获得相位图和强度图。

1.3 脑组织病理形态学及免疫组化检查 MR扫描后用心脏灌流法处死老鼠，取出模型大鼠的脑组织进行固定切片，然后进行脑组织病理形态学观察以及老年斑的组织染色(包括Aβ免疫组化、Thioflavine S及铁染色)。

2 结 果

2.1 MR显示SD大鼠颅脑解剖结构与图像品质 距听耳线9mm层面可观察到纹状体、额叶皮质，6mm层面观察到丘脑、背侧海马、胼胝体、颞叶皮质；3mm层面观察到下托/旁下托区、腹侧海马、腹侧海马下皮质；0mm层面观察到脑干和小脑。(见图3-6)

解剖层次T2WI显示最佳，其次为T2*WI、T1WI，信噪比T2WI、T1WI较高，T2*WI次之，SWI信噪比较差，结构轮廓与T1WI、T2WI、T2*WI显示相同，未发生扭曲变形。

2.2 SD大鼠颅脑信号 皮层区、纹状体T1WI、T2WI、T2*WI均为灰色信号，丘脑T1WI呈灰色信号，T2WI与T2*WI信号低于皮层区，以T2WI信号对比差较大；皮层下白质信号成类似改变。脑脊液T1WI为低信号、T2WI为高信号；SWI脑组织均为灰色信号。(见图7)

2.3 大鼠AD模型颅脑信号的改变 颞顶叶皮质、腹侧海马下皮质区和海马区可以发现一些散在的类圆形的低信号区，而各序列(T1WI、T2WI、T2*WI、SWI)显示低信号区的能力，以T2*WI显示最佳，SWI对比度虽然好，但难以排出血管影响，T1WI显示不佳。(见图8)

2.4 病理形态学及免疫组化结果

3 讨 论

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)，又称老年性痴呆，是一种认知功能进行性下降为特征的神经退行性疾病。它以神经元纤维缠结(neurofibrillary tangle,NFT)和老年斑(senile plaque,SP)(或神经炎性斑，neuritic plaque)沉积为基本的病理学改变。老年斑是β淀粉样蛋白(βAmyloid peptide，Aβ，主要为Aβ42)通过催化氧化的毒性作用引起神经变性[7-8]。而在老年斑形成的过程中，还伴随有一些顺磁性金属元素(Fe,Cu,Al)的共沉积,尤其是老年斑内铁的沉积，造成了老年斑和周围组织弛豫时间的不同，即对比度的不同，从而使老年斑在MR成像中成为可能[8-10]。

Brook[11]研究中发现基底节区存在较高水平的铁沉积，从而引起T2加权像信号衰减，这种现象在高磁场(1.5T或以上)的MRI中显示尤为明显。Brass[10]实验中发现铁沉积引起T2弛豫时间缩短，从而在T2梯度加权像上显示为低信号。在本实验中AD模型大鼠的脑组织的T2及T2*加权像上的颞顶叶皮质及海马区可见散在类圆形的低信号区，组织学染色显示某些低信号区可以和切片上的老年斑相对应，这与既往研究都是相符合的。

图1-2 定位线的选取：以听耳线为基线（0mm），作为解剖定位线，间隔3mm。图3-6 ROI的划取：分别代表4个扫描层面的11个不同脑区，参考大鼠脑立体定位图谱，距离基线(听耳线)的位置分别为 图3：9mm；图4：6mm；图5：3mm；图6：0mm。图3(1、2：纹状体；3、4：额叶皮质)；图4(1、2：丘脑；3、4：背侧海马；5：胼胝体；6、7：颞顶叶皮质)；图5(1、2：下托/旁下托区；3、4：腹侧海马；5、6：腹侧海马下皮质)；图6(1、2：脑干；3、4：小脑)。图7 正常大鼠大脑各序列图像(从上到下层面依次距离听耳线9、6、3mm，从左到右序列为T2*WI、T2WI、T1WI、SWI)。图8 AD模型大鼠各序列图像：颞顶叶皮质及海马区可见散在类圆形的低信号区(箭头)。图9-14 AD模型大鼠病理图片皮质和海马区见类老年斑(SPs)结构，图9(皮质)、图10(海马)：Aβ免疫组化、图11(皮质)、图12(海马)：银染色；图13(皮质)、 图14(海马)： Thioflavine S染色。

迄今为止，已有多种模式对AD病变中的老年斑实现成像标记，但是只有MRI有足够的空间分辨率和对比度对单一斑块进行活体可视化成像，并且有多项研究对序列和扫描技术的选择进行了探索。Jack[12-13]在9.4TMR下利用绝热T2自旋回波加权像第一次实现了AD转基因小鼠老年斑的活体成像，可以在无造影剂的情况下发现最小直径为50um的斑块；并同时发现进行斑块的T2*梯度回波加权像中由于铁的沉积产生了“热晕效应”，从而夸大图像中斑块的大小，因此长TE自旋回波加权像在某种程度上能更准确反映斑块的大小，而T2*梯度回波加权像则主要的反映了斑块中铁沉积的密度。Benveniste[14]研究中通过三维T2*WI序列对AD病人尸体脑组织内的老年斑进行显微成像，实现了MR成像与切片结果的一致性。而我们在进行AD模型大鼠T2及T2*加权成像中发现有一部分低信号区与老年斑还不能做到对应，考虑与脑血管，微小出血以及局部的有髓神经纤维束相关[15]。因此对AD的MR诊断不是单一序列单个扫描技术就可以作出，而是要综合多个序列多种扫描技术(如T1WI，T2WI，T2*WI、SWI等)共同作出诊断。

磁敏感加权成像(susceptibility-weighted imaging，SWI)是一个较新近发展起来的成像技术，它是一个三维高分辨率采集，通过流动补偿的梯度回波序列，可充分显示组织之间内在的磁敏感特性的差别，其中包含了铁组织与非含铁组织之间的磁敏感性差异，从而来测定组织内的脑铁含量。Haacke[16]研究中发现SWI的相位图可以成为AD等神经退行性疾病的脑铁沉积量变化的一个非常有用的标记，可通过使用SWI进行老年斑(senile plaques，SPs)可视化的研究，从而对转基因小鼠脑铁含量进行评估。

我们在对AD大鼠模型进行SWI成像时发现斑块的显示率比T2W、T2*W更高，CNR(Contrast noise ratio)亦更高，但图像中颗粒较多，无法区分微小血管和可疑病灶，而且受噪声的干扰也大。因此，使用临床型1.5T磁共振进行SWI研究，尚需进一步研究和努力，需要优化和综合多种序列的采集应用。

总之，临床型1.5T磁共振的T1WI、T2WI、T2*WI、SWI可显示AD大鼠模型大脑的皮质和海马区类圆形的低信号，并与Aβ免疫组化、Thioflavine S及铁染色阳性结果相重叠，说明在未有超高场小动物专用磁共振成像仪的情况下，其对AD模型大鼠颅脑MR成像的研究是可行的。

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