高压电击伤家兔模型肢体坏死损伤的诊断：基于磁共振成像分析

阮 鹏，孙斯琴，杨 凡，雷文峰，郭 威

武汉市第三医院（武汉大学附属同仁医院）放射科，湖北 武汉430000

电击伤分为高压电击伤和低压电击伤，其中高压电击伤因致死、致残率高，患者预后差，是严重的危害公共健康问题［1］。高压电击伤会造成接触点和深部组织损害，若不进行及时治疗，会呈渐进性坏死而进一步致残或致死［2-3］。及时准确地判断肢体软组织坏死情况及血管损伤情况是能否合理清创的关键。但临床医生单纯依靠肉眼经验判断肢体损伤坏死范围有困难，选择合适的影像学方法术前评估电击伤后肢体的活力及血管情况具有重要的临床价值。MRI相较于其他影像学检查方法如彩色多普勒超声、数字减影技术、计算机断层血管造影法、放射性血池显像法，具有参数灵活、多层面扫描、分辨力高、反应组织特性敏感等长处，一次扫描可以同时完成多项检查内容，现已成为诊断骨关节及软组织病变的重要手段［4］。近年来MRI在电击伤的应用越来越受到重视，但这些应用主要集中在磁共振各种功能成像对脑损伤的研究上［5-7］，采用MRI尤其是扩散加权成像（DWI）类MRI进行肢体电击伤的诊断尤为少见，仅有学者进行了肢体电击伤MRI信号特点的初步研究［8］，但DWI扫描时应采用何种b值并未提及。家犬、大鼠、兔是目前用于制作高压电击伤的主要模型动物［9］。本研究拟通过家兔肢体高压电击伤模型探讨关于磁共振常规序列及多b值DWI序列对电击伤模型的研究价值，以确定较为合适的b值，为MRI今后用于临床电击损伤的早期诊断提供更多实验支持。

1 材料与方法

1.1 主要试剂及仪器

3%戊巴比妥钠购自国药集团；钆喷替酸葡甲胺（先灵公司，德国）；实验动物手术台（Harvard Apparatus）；ALLC-10.4 型电子天平（上海精密科学仪器公司）；ECLIPSE 80i型荧光显微镜（Nikon）；BrivoMR355新光纤超导1.5 T核磁共振成像设备（GE）；自制电烧伤模型设备，主要装置包括：调压器（220 V 交流，额定功率3000 W）、时间继电器、电流保护装置、升压变压器（500～2000 V，最大功率3500 W），电压计、电流及铜制电极板（大电极板规格：30 mm × 30 mm，小电极板规格：5 mm×5 mm，图1）。

图1 自制电击烧伤模型设备Fig.1 Self-made electric shock burn model equipment.

1.2 实验动物

5月龄普通家兔30只，雌雄各半，体质量2.8±0.3 kg，购自北京市药品检验所，许可证号：SYXK（京）2020-0041，所有实验动物按《关于善待实验动物的指导性意见》规定处理，实验方案经动物伦理委员会审查批准，且遵循动物实验减少、优化和替代的3R原则。

1.3 模型构建

30只普通家兔，根据前期研究［10］设置3种不同的电击条件，采用随机数字表法将家兔随机分为3组，分别为：A组（电击0.2 s）、B组（电击0.5 s）、C组（电击1 s），10只/组。适应性喂养1周后对家兔进行电击模型构建，具体操作如下：将健康家兔俯卧位固定于手术台上，采用3%戊巴比妥钠（0.5 mL/kg）耳缘静脉注射麻醉家兔，剃除其左后肢及臀部兔毛，刷上超声导电胶，连接自制高压电击设备，置小电极板于左后肢膝关节内侧肌肉上下5 cm处，大电极板于同侧臀肌上，调节变压装置，设定两电极间电压为2 kV。然后对家兔左侧后肢进行电击实验，电击时间分别持续0.2、0.5、1 s。本实验过程中电击家兔均存活，未出现死亡情况。

1.4 MRI扫描

各组家兔按0.4 mL/kg体质量肌注3%戊巴比妥钠进行麻醉。采用GE1.5 T 扫描仪进行T2WI 平扫、T1WI-FS增强扫描及多b值DWI扫描。T2WI扫描参数：TE 78 ms、TR 5000 ms、FOV 260 mm×260 mm、矩阵320×512、层厚3 mm、层间距2 mm、NEX=2；T1WIFS增强扫描按0.1 mmol/kg注射钆喷替酸葡甲胺后进行横断面、冠状面和矢状面的扫描，设置参数：TE 11 ms、TR 1000 ms、FOV 50 cm ×50 cm、矩阵320×512、层厚3 mm、层间距0 mm、NEX=2；DWI扫描采用SE-EPI序列，b值分别选取400、600、800、1000、1200 s/mm2，参数设置为TE 69.5 ms、TR 4500 ms、FOV 260 mm×260 mm、层厚3 mm、层间距2 mm、矩阵64×64、NEX=2。

1.4 图像观察及处理

分别于电击伤后24、48和72 h观察肌肉磁共振信号。T2WI平扫信号表现为高信号及增强强化区视为肌肉损伤，T1WI-FS增强扫描信号表现为增强不强化视为肌肉坏死。于表观扩散系数（ADC）图上对烧伤后病灶组织圈定感兴趣区，避开血管行走区及软组织区，测量3次ADC值，取其平均值。

1.5 下肢组织病理学检查

于电击伤后根据前期研究［9］标准对电击家兔进行肢体损伤评价（表1），然后采用空气注射耳缘静脉法处死家兔。采集重度损伤家兔电击伤后24、48、72 h其下肢创口5 cm处的肌肉组织，于10%中性甲醛中固定24 h，石蜡包埋制备切片，再将切片进行苏木精和伊红染色，切片封片后于显微镜下观察电击下肢组织损伤程度、血管内膜损伤范围及栓塞状态。

表1 电击伤后肢体损伤程度分级标准Tab.1 Grading standard of limb injury after electrical injury

1.6 统计学分析

采用SPSS22.0软件对数据进行处理和分析，对感兴趣区域各b值的ADC值进行比较；计量资料以均数±标准差表示，多组间比较行方差分析；对两变量或多变量间关联度行χ2检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 各组家兔电击后肢体损伤评价

对3种电击条件下各个损伤程度家兔只数进行统计，结果显示共造成“轻”度损伤模型家兔为7只，“中”度损伤模型家兔为7只，“重”度损伤模型家兔为6只，“特重”度损伤模型家兔为10只（表2）。

表2 电击伤后各组家兔损伤程度评价Tab.2 Evaluation of injury degree of rabbits in each group after electric shock(n)

2.2 家兔电击后不同时间下肢组织病理学变化

电击后24 h后可见家兔下肢肌肉间质存在出血情况，肌细胞呈凝固性坏死及肌溶解，同时伴随大量的炎性浸润；48 h后则可观察到肌肉间质血管呈肿胀状态且有血栓形成；72 h后肌肉坏死组织进一步扩大加重（图2）。

图2 家兔电击后不同时间下肢H&E染色Fig.2 H&E staining of lower extremities at different times after electric shock in rabbits(×400).

2.3 家兔电击后不同时间下MRI图像扫描结果

家兔电击伤后24 h可见小腿及大腿肌肉扫描信号表现为弥漫稍长且不均匀的T2信号，肌肉间隙可观察到液体信号。T1WI信号为等信号，增强后不均匀强化；48 h后两种信号与24 h表现差异不大，也表现为弥漫稍长且不均匀的T2信号，T2液体信号以及增强后不强化的T1WI信号；72 h后T1WI平扫较48 h变化不大，仍可见弥漫稍长且不均匀的T2信号及T2液体信号，但增强后不强化区域显著扩大（图3）。

图3 家兔电击后不同时间下MRI图像扫描Fig.3 MRI image scanning at different time after electric shock in rabbits.

2.4 家兔电击后不同程度损伤的ADC结果

采用DWI扫描观察不同b值下家兔电击不同损伤程度的ADC值。结果发现，随b值的升高，ADC值呈逐渐降低趋势。与“轻”度相比，“中”，“重”和“特重”度损伤的各个b值条件下ADC值均降低，差异有统计学意义（P<0.01）；与“中”度损伤相比，b值为600、800、1000和1200 s/mm2时，“重”和“特重”度损伤ADC值显著降低（P<0.01），b值为400 s/mm2时，“特重”度损伤ADC值显著降低（P<0.01）；与“重”度损伤相比，b值为400、600、800 s/mm2时，“特重”度损伤ADC值降低（P<0.01），b值为1000 s/mm2和1200 s/mm2时，“特重”度损伤ADC值较“重”度损伤差异无统计学意义（P>0.05，表3）。

表3 各b值条件下家兔电击伤不同损伤程度的ADC值Tab.ADC values of different degrees of electrical injury in rabbits under the condition of b values(×10-3 mm2/s,Mean±SD）

3 讨论

肢体电击伤因其损伤的范围和程度在临床上难以迅速判断，因此确定较为合适的MRI扫描条件，准确判断肢体电击伤的程度，对早期诊断及治疗该类损伤具有重要意义［11-13］。有学者将电击肌肉损伤的MRI表现主要分为3型：Ⅰ型T1WI信号为高或略高，T2WI信号高，并伴有明显异常的对比增强；Ⅱ型呈T1WI等信号或略高信号，T2WI信号高，但无明显强化；Ⅲ型T2WI信号低且无明显强化［14］。Ⅰ型提示电击后肌肉存在不同程度的坏死，Ⅱ、Ⅲ型则提示出现完全坏死。本研究采用自制电击设备对家兔分别电击0.2、0.5、1 s构建电击损伤模型，然后通过前期研究的电击伤损伤程度分级标准对各组电击损伤家兔进行损伤分级。结果显示共计造成“轻”度损伤模型家兔为7只，“中”度损伤模型家兔为7只，“重”度损伤模型家兔为6只，“特重”度损伤模型家兔为10只，其中电击时间为0.2、0.5 s时模型家兔损伤分级较为明显。相较于欧［8］等采用1 kV电压持续电击5 s的安全性较高，损伤分级更加明显，提示电击时间为0.2～0.5 s，电压为2 kV的电击条件较为合适，与临床患者损伤程度相似，符合实验要求。进一步组织学结果显示，电击后24 h后可见家兔下肢肌肉间质出血情况，肌细胞呈凝固性坏死及肌溶解；48 h后肌肉间质血管呈肿胀状态且有血栓形成；72 h后肌肉坏死组织进一步扩大加重，肌肉呈渐进性坏死状态。该组织学结果与MRI影像学信号表现结果一致，即电击后的下肢呈现为渐进性坏死的状态。提示MRI图像扫描可较为准确判定组织损伤情况。

高压电流在通过血管时极易导致血管壁受损或栓塞甚至血管闭塞，准确判断受伤肢体的血管受损情况，也极大的决定了患者的预后和截止部位的选择［15-16］。随着MRI技术的不断进步，DWI多b值扫描技术对鉴别细胞水肿或血管受损提供了较为可靠的研究数据。DWI技术仅通过ADC值即可定量分析细胞间水分子的扩散情况，间接反映细胞密度及细胞膜的完整性，具有无辐射、无需注射同位素或对比剂的优势。当细胞周围水分子扩散受到明显限制，则可观察到ADC值的显著降低，反之ADC值则明显升高。在电击伤中当肢体损伤加重，其血流会降低或停滞，而发生渐进性坏死，因此，ADC值会随损伤程度的加重而降低［17-18］。DWI多b值扫描技术可较为准确的判断肿瘤微环境及致密状态，对多种肿瘤疾病的分级有着较为重要的指导意义［19-21］，但关于肢体的DWI扫描合适b值未见报道。本研究选取b值为400、600、800、1000、1200 s/mm2的DWI序列，通过ADC值鉴别不同程度电击损伤分级家兔的血管损伤情况，以期确定较为合适的b值对应检测确定临床电击损伤分级。本研究结果显示，随着b值的升高，各级电击损伤家兔的ADC 值逐渐降低，b 值在600 s/mm2和800 s/mm2条件下，“轻”、“中”、“重”和“特重”度损伤ADC值差异均有统计学意义，提示b值为600 s/mm2和800 s/mm2时，DWI扫描可对电击损伤进行较为准确的分级鉴定。

综上所述，本实验电击条件程度适中，可用于电击模型制备；T2WI平扫及T1WI-FS增强扫描信号显示电击家兔呈渐进性坏死情况，与组织学结果一致；当b值为600 s/mm2和800 s/mm2时，DWI扫描可对电击损伤进行较为准确的分级鉴定。MRI联合ADC值用于临床肌肉烧伤病理变化的检测具有重要参考意义。