磁共振弥散加权成像预测出血性转化实验研究

2016-10-18师毅冰徐凯王

中国医学计算机成像杂志 2016年4期

华荣师毅冰徐凯王涛

华荣师毅冰1徐凯2王涛1

目的：探讨3.0T磁共振弥散加权成像（DWI）中表观弥散系数（ADC）值及指数表观弥散系数（eADC）值对兔急性脑缺血性脑卒中出血性转化（HT）的预测价值。方法：37只新西兰大白兔颈内动脉注射自体血栓制备急性脑缺血性脑卒中模型，模型制备3.5h时行DWI检查，模型制备成功者，术后4h行尿激酶静脉溶栓。模型成功72h后处死动物，行HE染色。应用 SPSS16.0 统计学软件，采用独立样本t检验比较无HT组与HT组之间ADC值、eADC 值的差异有无统计学意义。结果：27只新西兰大白兔急性缺血性脑卒中模型制作成功，其中6例发展为HT，HI型5例，PH型1例。无HT组3.5h梗死区ADC值为（0.752±0.114）×10-3mm2/s，HT 组 ADC 值为（0.482±0.068）×10-3mm2/s，两组ADC值的差异有统计学意义（P=0.000）。无HT组3.5h梗死区eADC值为0.479±0.053，HT组eADC值为0.618±0.074，两组eADC值的差异有统计学意义（P=0.000）。结论：缺血性脑卒中急性期ADC值、eADC值的改变与HT的发生存在一定相关性，ADC值越低、eADC值越高则HT发生的可能性就越大，这对临床溶栓治疗的预后判断有一定的参考意义。

出血性转化；弥散加权成像；ADC；eADC

【Abstract】Purpose：To assess the value of apparent diffusion coefficient （ADC） and exponential apparent diffusion coefficient （eADC） value of diffusion weighted imaging（DWI） in predicting hemorrhagic transformation（HT） after acute ischemic stroke in rabbits. Methods：Autologous thrombus was injected into unilateral internal carotid arteries of 37 New Zealand white rabbits to set up acute ischemic stroke model. These rabbits were undergone DWl on a 3.0T machine at 3.5 hours after operation. Thrombolytic therapies were carried out with urokinase at 4.0 hours after arterial occlusion. Rabbits were killed after the end of all scanning. Their brains were extracted and microscopic histological exams were done. The HT rabbits were classified into non-HT and HT group. The differences of ADC and eADC between non-HT and HT group were assessed by using SPSS 16.0 software， P＜0.05 was considered to indicate statistical significance. Results：Acute ischemic stroke model was successfully set up in 27 rabbits. There were 6 rabbits who had HT included 5 rabbits with HI and 1 with PH. The ADC value of HT group was （0.482±0.068）×10-3mm2/s， the non-HT group was （0.752±0.114）×10-3mm2/s. There were statistical significant differences between non-HT and HT group in ADC values （P=0.000）. The eADC value of HT group was 0.618±0.074，non-HT group was 0.479±0.053. There was statistical significance between non-HT and HT group in eADC value（P=0.000）. Conclusion：There is correlation between the decrease of ADC， the increase of eADC and the occurrenceof HT in acute ischemic stroke.The changes of eADC and EDC value can be used to predict HT， which may provide important information for thrombolysis therapy.

急性缺血性脑卒中（acute ischemic stroke，AIS）是临床常见的脑血管疾病，具有高发病率、高死亡率和高致残率的特点［1］。超急性期溶栓是其最有效的治疗手段之一，同时也增加出血性转化（hemorrhagic transformation， HT）的风险［2］。HT的发生对患者的预后有严重影响，探索简单的检查方法预测HT的发生有重要的临床意义。以往临床病例研究相对较多，但其缺乏可靠的病理学资料，存在一定主观因素的影响。本实验采用弥散加权成像（diffusion weighted imaging， DWI）观察自体血栓法制备兔大脑中动脉闭塞模型，并与病理结果对照，测量表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）值及指数表观弥散系数（exponential ADC，eADC）值，并探讨其变化与HT发生的相关关系。

方法

1.动物模型制作

成年新西兰大白兔37只（徐州医学院实验动物中心提供），体重2～2.5kg。麻醉采用3%戊巴比妥钠（1ml/kg）耳缘静脉注射麻醉。手术参照Busch等［3］方法的基础上建立改良后的兔自体血栓性脑梗死动物模型。

2.磁共振检查

模型制作后3.5h行3.0T磁共振（Signa Excite，GE）检查，使用8通道标准头部线圈。待麻醉平稳后，取仰卧位，头置于线圈中央，行仰卧冠状位扫描。MR扫描序列包括：术后3.5h行常规序列及DWI序列检查，DWI序列检查参数：EPI序列，TR 5250ms， TE103.8ms，视野15cm×15cm，b= 1000s/mm2。模型制作成功者，术后4h行尿激酶静脉溶栓。

3.病理学检查

HE染色：模型制备成功72h后，过度麻醉，迅速开胸后经左心室插管至主动脉，依次快速灌注生理盐水500ml，4%多聚甲醛溶液800ml，直至右心房切口流出无色澄清液体，开颅取脑，置于4%多聚甲醛溶液中外固定24h。从嗅球开始向后做3mm厚冠状位脑组织块。肉眼观察梗死或出血的部位、大小及形态，对梗死最大层面或出血区域切片行苏木精-伊红（HE）染色，光镜下观察脑梗死区域组织形态学变化。根据病理学所见，将数据分为无HT组与HT组，后者又分为HI型与PH型。

4.图像后处理

DWI原始图像传输至GE Advantage Workstation 4.2工作站，用Function软件进行图像后处理，得到ADC 图及eADC图，测量HT组与无HT组的ADC值及eADC值，HT组对照相应兔脑切片上所见的出血进行测量，无HT组则选择DWI图像信号改变最大的区域进行测量，感兴趣区（ROI）面积为 5～10mm2，每个部位测量 3 次，取平均值。

5.统计学处理

统计学分析采用SPSS16.0统计软件，结果以均数±标准差±s）表示，先对所得数据行方差齐性检验，方差齐者采用独立样本t检验，对无 HT 组与HT组的ADC值、eADC值进行分析，P＜0.05为差异有统计学意义。

结果

27只新西兰大白兔急性缺血性脑卒中模型制备成功，成功率为72.97%，其中无HT组21只（77.78%，21/27）（图1），麻醉苏醒后均出现不同程度肢体症状。27例成功模型中6例发展为HT，发生率为22.22%（6/27），HI型5例（图2），PH型1例。术后3.5h常规检查序列（T1WI、T2WI、Flair）未发现明显的异常信号，而DWI可见手术侧大脑半球出现信号增高影。

1.病理学表现

27只兔脑梗死区域均可见不同程度脑组织改变，包括脑组织肿胀、脑沟浅平、脑表面血管扩张，邻近侧脑室受压变窄。镜下可见梗死缺血区内神经元及星形细胞肿胀，血管周围间隙增宽，细胞间质水肿，细胞体肿胀，部分细胞结构破坏严重，胞膜有溶解，胞质内可见空泡，细胞核缩小，部分深染，另有部分神经细胞坏死，胞膜消失，细胞核呈碎片状。

大体标本切片HT组还可见到梗死区内散在点状或部分融合性点状、小片状出血，占位效应不明显。镜下HT组梗死区脑组织可见较显著坏死，多处组织呈筛网状无结构区，坏死区神经元稀疏并可见不等量淋巴细胞浸润，血管周围红细胞渗出。光镜下无 HT组21只、HT组6只，HI型5只，PH型1只，PH者可见脑实质内大量红细胞浸润。

2.无HT组与HT组的ADC值、eADC值比较

注入血栓后3.5h检查梗死区DWI图呈高信号，ADC 值下降、eADC值增加。无HT组与HT组大脑半球ADC值及eADC值差异均有统计学意义（表1）。HT组中发生HI5只，PH 1只，PH者ADC值低于HI，eADC值高于HI。

讨论

表1　无 HT 组与 HT 组的ADC值及 eADC 值的均值比较（±s ，ADC值单位，10-3mm2/s）

注：P＜0.05为差异有统计学意义。

数值无HT组 HT组 t值 P值ADC值0.752±0.1140.482±0.068-10.062 0.000 eADC值0.479±0.0530.618±0.074 6.822 0.000

图1　无HT组。 A～C.术后3.5h，T1WI、T2WI图像上未见明确异常信号；C.为b=1000s/mm2的DWI图像，示左侧大脑半球出现大片高信号区；D、E.为DWI所对应的ADC及eADC图；病理（F）可见梗死区脑组织稀疏，神经细胞大量脱失，细胞间质疏松，出现大片空泡区。

HT是指脑血管闭塞或血流动力学障碍引起的脑组织在缺血、缺氧和坏死的基础上继发出血，依据其CT表现可分为HI和脑实质血肿PH两种类型［4］。随着对脑梗死溶栓、抗凝、抗血小板等治疗的发展，使HT 的发生率有所增加。临床研究发现，急性缺血性脑卒中后自发出血性转化的发生率为10%～43%，应用组织型纤溶酶原激活物或链激酶溶栓后可使出血性转化率提高2～3倍［5-7］。因此，研究急性缺血性脑卒中出血性转化的机制及其干预措施对临床治疗急性缺血性脑卒中有重要意义。

图2　HT组。 A、B.为术后3.5h，T1WI及FLAIR图像上未见明确异常信号；C.为b=1000s/mm2的DWI图像，示左侧大脑半球出现斑片状高信号区，ADC及eADC图相应区域示异常信号，病理切片（F）示梗死区血管周围间隙扩大并可见管壁周围少量出血。

随着磁共振快速成像技术的发展，为超急性期缺血性脑卒的诊断及出血性转化的预测提供了新的方法。DWI对急性缺血性脑卒的诊断敏感性优于常规MR序列，特别是对超急性缺血性脑卒诊断，DWI更具有优势，目前已成为临床怀疑脑缺血性意外的常规检查序列。DWI是在某一b值下测得的信号强度成像，随着b值增加，图像扩散权重加大，病变组织和正常组织之问的对比度增加，病变显示敏感性提高。有研究报道［8-9］在兼顾图像质量和扫描时间的基础上，尽可能的提高b值能增强病变显示能力，在一定程度上提高病灶的检出率，本组研究选用b=1000s/mm2，是在结合前期的预实验基础上，其图像质量及病变显示的效果均较佳。

DWI广泛应用于急性缺血性脑卒的诊断后，已有较多作者试图研究根据ADC值的变化预测HT的可能。早期Magdy等［10］提出ADC值≤550×10-6mm2/s的像素的数目大于2000时会发生症状性出血，这有利于临床医生决定3h时间窗外的脑梗死患者是否应用rt-PA。Singer等［11］经研究发现DWI所显示梗死体积的大小与梗死后HT的发生概率、出血量的多少均成正相关，当梗死的体积＞100ml时，若进行溶栓治疗，发生症状性出血性转化的概率＞16%。

由于脑梗死区域ADC值变化的不均质性，因此仅获得病变区平均ADC值对全面反映病变区域病理改变有一定的局限性，故本研究先对缺血性脑卒模型行3.5h的DWI序列扫描，并将所采集的图像保存在工作站上，待获取兔脑标本后，再根据兔脑大体病理切片所见的出血部位，测量HT区与梗死区的ADC值及eADC值，这样的病理与影像结合的对照研究更加科学。本实验未采用镜像区大脑数据测量对照，因一侧大脑半球缺血后，对侧大脑半球的血流动力学会发生改变，对实验结果会产生一定的影响。

急性缺血性脑卒中区域ADC值下降与是否出现HT 存在一定的相关性。本组研究中无HT 组3.5h梗死区ADC值为（0.752±0.114）×10-3mm2/s，HT组ADC值为（0.482±0.068）×10-3mm2/s，HT组的ADC值显著低于无HT组，两组ADC值的差异有统计学意义，而HT组中发生PH者的ADC值较HI低，但本组仅有1例发生PH，未行统计学分析。缺血组织ADC值下降的原因是急性缺血性脑卒中后细胞内代谢紊乱，细胞内酶和细胞膜功能发生障碍，钠-钾泵功能失调引起细胞内钠潴留，细胞外水分子进入细胞内的弥散功能受细胞器和细胞膜的限制，同时细胞外间隙变小导致弥散能力下降，因此ADC值下降越显著，局部脑组织损害也越明显，同时微血管结构完整性受损也更严重［12］，因而容易发生HT。PH者 ADC值下降较HI略大，其原因可能由于前者梗死区血管源性或细胞毒性水肿、邻近组织坏死更加显著，其病理学差异主要在于出血量大小。

eADC值由公式eADC=e-b获得，即扩散系数乘以影响因子后取指数获得值进行了非线性变换，使其具有线性增加的特点，eADC图更好地消除扩散成像中的T2透过效应，可以使病变信号更突出。eADC值可以更加方便准确的定位及测量弥散受限程度，并且eADC图的信号对比度较ADC图高；病变部位的边界显示清晰，应用方便，病变的表现与DWI图像一致，符合临床观察习惯。本组研究无HT组3.5h梗死区eADC值为0.479±0.053，HT组值为0.618±0.074，HT组的eADC值显著高于无HT组。

DWI由于在梗死发病半小时即可发现病变，有利于早期明确梗死病灶的位置和范围，本组中常规MRI序列未发现梗死灶，而DWI序列却可以敏感地检测到梗死灶。通过测量病灶的ADC 值、eADC值，可定量分析急性缺血性脑卒中，为HT的早期预测提供依据，将来出现HT的区域的ADC值、eADC值较正常脑组织有显著差异，其病理基础可能是HT 组缺血性损害更为严重，局部的微血管的损害也更加明显。本实验存在不足之处。首先，观察的时间点比较单一，应该选择多个时间点进行观察，动态评价DWI的变化。其次，本实验HI型5例，PH1例，HT组样本含量较小，会存在一定的偏倚，且无法评估HI组及PH组之间的ADC值、eADC值的差异。

综上所述，ADC值越低，eADC值越高，发生HT的可能性越大。但由于本实验存在一定局限性，对于ADC及eADC值对HT的预测作用还有待大样本实验进一步验证。

［ 1 ］王斌，姚振威. 颅脑CT灌注研究进展. 中国医学计算机成像杂志， 2011， 17: 276-280.

［ 2 ］Aviv RI， d'Esterre CD， Murphy BD， et al. Hemorrhagic transformation of ischemic stroke: prediction with CT perfusion. Radiology， 2009，250: 867-877.

［ 3 ］Busch E， Kruger K， Hossmann KA. Improved model of thromboembolic stroke and rt-PA induced reperfusion in the rat . Brain Res， 1997， 778: 16-24.

［ 4 ］van der Worp HB， Raaijmakers TW， Kappelle LJ. Early complications of ischemic stroke. Curr Treat Options Neurol， 2008， 10: 440-449.

［ 5 ］Berger C， Fiorelli M， Steiner T， et al. Hemorrhagic transformation of ischemic brain tissue， a symptomatic or symptomatics. Stroke， 2001，32:1330-1335.

［ 6 ］Gilligan AK， Markus R， Read S， et al. Baseline blood pressure but not early computed tomography changes predicts major hemorrhage after streptokinase in acute ischemic stroke. Stroke， 2002， 33:2236-2242.

［ 7 ］Motto C， Ciccone A， Aritze E， et al. Hemorrhage after an acute ischemic stroke.Stroke， 1999， 30: 761-764.

［ 8 ］刘建新，邓刚，尹晓明，等. 3T磁共振头部扩散加权像中3种不同b值对比研究. 医学影像学杂志， 2008，18: 1213-1216.

［ 9 ］陈馨，莫云海. 1.5T磁共振成像较高b值扩散加权成像序列在急性脑梗死诊治中的应用价值探讨. 实用医学影像杂志，2016，27 : 35-37.

［10］Magdy S， John F， Sandeep K， et a1. predictors of hemorrhagic transformation after intravenous recombinant tissue pasminogen activator；prognostic value of the initial-weighted lesion volume. Stroke， 2002， 33: 47-52.

［11］Singer OC， Humpich MC， Fiehler J， et al. Risk for symptomatic intracerebral hemorrhage after thrombolysis assessed by DWI MRI. Ann Neurol， 2008，126: 52-60.

［12］张雪艳，何悦明，泸洁，等. 大鼠早期脑缺血的表观弥散系数变化的实验研究. 中华老年心脑血管病杂志， 2011， 13: 689-692.

Value of DWI at 3.0T MRI in Predicting Hemorrhagic Transformation after Acute Ischemic Stroke in Rabbits

HUA Rong1， SHI Yi- bing1， XU Kai， WANG Tao1

Diffusion weighted imaging； Apparent diffusion coefficient； Exponential apparent diffusion coefficient

Science and Technology Planning Project of Xuzhou No.KC14SH019

R445.2

1006-5741（2016）-04-0384-05

2016.05.09 ；修回时间：2016.06.22）

中国医学计算机成像杂志，2016，22：384-388

1江苏省徐州市中心医院CT室

2江苏省徐州医学院附属医院影像科

通信地址：江苏省徐州市解放南路199号，徐州 221009