磁共振常规及多b值DWI序列对家兔肢体高压电击伤的诊断

郭威，杨凡，孙斯琴，王潇

1.武汉市第三医院（武汉大学附属同仁医院）放射科， 湖北 武汉 430063；2.中国人民解放军中部战区总医院 急诊科，湖北 武汉 430070

引言

高压电击伤会造成接触点和深部组织的损伤，由于电流的产热性，电击出入口常呈现碳样化[1]。电击伤造成的损伤范围深而广，能够对肌肉、肌腱、血管、骨骼以及神经等造成损伤[2]。现阶段电击伤治疗的方式为焦痂、筋膜切开减张术，对伤口的及时清创是电击伤治疗效果的核心影响因素，若清创过早不能确定坏死界限，清创过晚坏死范围增加[3]。对肢体软组织坏死情况的及时判断，是确认机体是否可以开始清创手术的关键。目前，临床上常用彩色多普勒超声、数字减影技术、放射性血池显像法、MRI等技术进行高压电击伤软组织坏死范围的影像学检查[4]。MRI具备参数灵活、多层面扫描、分辨力高等优势，MRI常规序列可一次性提供判断电击伤肢体肌肉、韧带、肌腱、骨骼的影像学信息，配合增强扫描、磁共振扩散加权成像（Diffusion Weighted Imaging，DWI），根据肢体软组织损伤的信号特点和强化程度，可以反映损伤组织的缺血、出血、水肿、坏死等一系列病理变化，为临床清创提供解剖、病理依据[5]。据有关文献报道，b值的选择是DWI中的关键技术，b值增大时DWI成像的扩散权重随之增大；当b值较小时，DWI信号强度受血流灌注的影响增大[6]。因此研究探讨了不同b值作用下，DWI成像效果，并创新性地联合MRI常规，分析不同b值下，家兔肢体高压电击伤的实际诊断情况。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 主要仪器与试剂

戊巴比妥钠溶液（国药集团，中国），欧乃影（钆双胺，GEHealthcare，上海），0.9%生理盐水（武汉市第三医院放射科，中国），HE染色相关试剂（武汉贝茵莱生物科技有限公司，中国）。

1.1.2 实验动物

空腹状态下体重为2.0～3.0 kg的清洁级大白兔30只（华中科技大学动物实验室，中国），雌雄不限，适应性饲养7 d。

1.2 方法

1.2.1 动物及分组

当b值过高时，将会对实验兔相应位置的神经产生一定的刺激作用，造成周围细胞、组织形态的变化，进而影响实验结果的观察。为避免该种影响，研究过程中将30只实验兔随机分为病例组（16只）与影像组（14只），病例组中的大白兔于电击后2、24、48、72 h，分别处死1只兔子，取膝关节以上2 cm和膝关节以下2 cm处的组织做病理切片，行HE染色，观察视野内细胞损伤/坏死的情况；对影像组的14只家兔，电击后2、24、48、72 h，行MRI平扫联合多b值DWI及增强扫描，分别测量了膝关节以上2 cm和膝关节以下2 cm处肌肉损伤区的中心（深层）/浅层/边缘（损伤区边缘）不同b值（b=400、600、800、1000、1200 s/mm2）的表观扩散系数（Apparent Diffusion Coeffecient，ADC）值，同一b值同一位置均测量3次。

1.2.2 实验模型建模

① 所有实验兔按体重1 mL/kg于耳缘静脉注射30 g/L的戊巴比妥钠溶液进行麻醉后，进行MRI相关序列扫描；② 继续饲养2 d直至确认造影剂完全排出；③ 按体重1 mL/kg于实验兔的耳缘静脉注射30 g/L的戊巴比妥钠溶液进行麻醉；④ 采用自制电击设备（电击电压：2000 V，电击时间：0.2 s）构建电击模型。将电击设备的小电极置于实验兔左侧膝关节以下5 cm小腿内侧肌肉处，构成电击入口；将电击设备的大电极置于对应实验兔左侧膝关节以上5 cm大腿内侧肌肉处，构成电击出口。

1.2.3 指标检测

按体重1 mL/kg于实验兔的耳缘静脉注射30 g/L的戊巴比妥钠溶液进行麻醉，麻醉后将兔仰卧位，头固定于16通道头颈专用相控阵线圈，通过1.5 T MR机（GE）行左腿扫描，常规矢状位：T1WI压脂/T2WI、冠状位：T1WI、轴位 T2WI+FS、 多 b值 DWI（b=400、600、800、1000、1200 s/mm2）和左侧腿增强扫描。通过双筒高压注射器经兔耳缘静脉团注射欧乃影，注射剂量为0.2 mmol/kg，流率为1.0 mL/s，随后同样流率注射0.9%生理盐水5 mL冲管。在后处理软件上测量ADC值。选择股骨中段层面的图像，手动勾画感兴趣区（Region of Interest，ROI），ROI=2.5，避开皮下脂肪层、筋膜、血管，每个ROI测量3次，取平均值。

1.3 统计学分析

软件SPSS 20.0进行实验相关数据的统计处理，计量资料以“均值±标准差”表示，通过t检验；计数资料以χ2检验，P＜0.05差异有统计学意义。

2 结果

2.1 高压电击后兔肢体软组织损伤情况

根据家兔肢体软组织的MRI扫描结果可知，高压电击烧伤后24 h家兔肢体可见肿胀，损伤处软组织信号表现出弥漫性稍长T2信号，同时信号不均匀；高压电击烧伤后48 h，可见家兔电击损伤位置的软组织中，弥漫性稍长T2信号范围呈现逐渐增长的状态。高压电击烧伤后，家兔肢体出现皮下软组织肿胀、皮下积液、肌间隙内液性渗出，损伤处呈现不均匀的高信号，且高低信号夹杂，见图1～2。

图1 高压电击后兔肢体软组织损伤情况（影像图）

图2 高压电击后兔肢体成像表现

由病例组中家兔的HE染色结果可知，接受高压电击烧伤后的软组织主要分为三种情况（图3）： ① 完全坏死的软组织，其中肌肉组织的横纹肌组织凝固，组织间质出现水肿，充血伴片状出血；② 正常细胞与坏死细胞混杂，血管外渗红细胞、小血管周围出现炎性细胞（如图3黑色箭头所示）；③ 软组织发生水肿，横纹肌间质水肿，同时有大量炎性细胞浸润。

图3 高压电击后48 h兔肢体软组织病理变化

2.2 高压电击后兔肢体软组织ADC值变化情况

高压电击烧伤后24 h时，检测电击损伤不同位置中的ADC值。随着扩散敏感梯度场参数（b值）的增加，同一位置下的ADC值呈现逐渐减小的趋势。在家兔膝关节肌肉损伤区的中心（深层）处，相比于b=400 s/mm2时对应的 ADC值（1.86±0.30），b=1200 s/mm2时对应的ADC值（1.13±0.45）出现一定幅度的降低，差异有统计学意义（t=3.019，P=0.024）。兔膝关节肌肉损伤区的浅层处，相比于b=400 s/mm2时对应的ADC值（1.40±0.20），b=800、1000、1200 s/mm2时对应的ADC值降低（P=0.021、0.019、0.004）。兔膝关节肌肉损伤区的边缘处，相比于 b=400 s/mm2时对应的ADC值（1.17±0.31），b=800、1000、1200 s/mm2时对应的ADC值降低（t=2.449、3.506、4.507，P=0.044、0.013、0.006）。b=400 s/mm2时，兔膝关节肌肉损伤区的中心（深层）处对应的ADC值高于浅层与边缘（t=2.853、3.577，P=0.029、0.009）。上述结果反映，同一b值下，损伤区的中心（深层）处对应的ADC值最高，其次为浅层、边缘；同一位置随着b值的增大，ADC值不断减小，见图4。

图4 高压电击后24 h不同b值下家兔不同位置的ADC值

高压电击烧伤后48 h时，检测电击损伤不同位置中的ADC值。随着b值的增加，同一位置下的ADC值逐渐减小。无论从膝关节肌肉损伤区的深层、浅层还是边缘等范围上看，相较于b=400 s/mm2时的ADC值，b=600、800、1000、1200 s/mm2时对应的ADC值均减少，差异有统计学意义（P＜0.05）。b值相同时，膝关节肌肉损伤区深层的ADC值最高，其次为浅层，最后为边缘。b值为400 s/mm2时，膝关节肌肉损伤区浅层、边缘的ADC值均小于深层，差异有统计学意义（t=5.340、5.711，P=0.001、＜0.001）。b值为600、800、1000、1200 s/mm2时，膝关节肌肉损伤区浅层、边缘的ADC值均小于深层，差异有统计学意义（P＜0.05），见图5。

图5 高压电击后48 h不同b值下家兔不同位置的ADC值

高压电击烧伤后72 h时，检测电击损伤不同位置中的ADC值。随着b值的增加，同一位置下的ADC值逐渐减小。相较于b=400 s/mm2时的ADC值，同一位置下，b=600、800、1000、1200 s/mm2时对应的ADC值均减少，差异有统计学意义（P＜0.05）。膝关节肌肉损伤区深层，相较于b=600 s/mm2时的ADC值，b=800、1000、1200 s/mm2时对应的ADC值均较低，差异有统计学意义（P＜0.05），说明高压电击伤后72 h时，膝关节肌肉损伤区深层组织内的水分子运动受限增大，提示肢体软组织坏死情况加重。b值相同时，膝关节肌肉损伤区深层的ADC值最高，其次为浅层，最后为边缘。b值为400s/mm2时，膝关节肌肉损伤区浅层、边缘的ADC值均小于深层，差异有统计学意义（P＜0.01）。b值为 600、800、1000、1200 s/mm2时，膝关节肌肉损伤区浅层、边缘的ADC值均小于深层，差异有统计学意义（P＜0.05），见图6。

图6 高压电击后72 h不同b值下家兔不同位置的ADC值

当高压电击烧伤后时间相同时，随着b值的增加，家兔膝关节损伤处ADC值逐渐降低。与b=400 s/mm2的ADC值相比，b值取1000 s/mm2、1200 s/mm2的ADC值呈现一定幅度的减少，且高压电击烧伤后24 h的P值依次为0.040、0.015，高压电击烧伤后48 h的P值依次为0.031、0.017，高压电击烧伤后72 h的P值依次为0.035、0.019。相同b值下，高压电击烧伤后24 h的ADC值最高，其次为高压电机烧伤后48 h的ADC值，高压电击烧伤后72 h的ADC值，说明随着高压电击烧伤时间的延长，兔膝关节肌肉组织的损伤程度大幅度加重，提示烧伤范围内的组织、细胞已基本坏死，见图7。

图7 高压电击后不同时间、不同b值下家兔的ADC值

3 讨论

DWI可用于检测活体组织内的水分子扩散情况，其以测量同一组织在施加扩散敏感梯度场前后的信号强度变化，实现对组织中水分子扩散状态的检测，进而反映出组织微观结构的变化[7-8]。其中施加的扩散敏感梯度场参数即为b值，随着b值的增加，病变组织与正常组织的对比度增大，但图像的信噪比降低[9]。鉴于血流灌等形式的水分子运动均会对DWI检测到的扩散系数造成影响，因此DWI检测到的扩散系数为ADC。有文献表明，利用DWI进行超早期脑缺血的诊断时，若DWI上表现为高信号，则说明机体有可能出现细胞毒性水肿，该水肿是由于急性脑缺血缺氧导致的，即DWI可以尽早发现梗塞区的异常信号[10]。

相关文献报道，利用MRI技术对高压电烧伤软组织损伤程度进行临床诊断时，当扫描结果显示软组织出现不均匀异常强化信号、不均匀异常减弱信号时，提示软组织发生肌肉水肿以及肌肉坏死[11-12]。术中对高压电击烧伤后不同时间段的兔子损伤组织作病理切片，切片结果显示，高压电击烧伤后烧伤处软组织呈现完全坏死、部分坏死、软组织水肿等三种程度不同的损伤表现。完全坏死处的肌肉组织的横纹肌组织凝固，组织间质出现水肿，充血伴片状出血；部分坏死处的组织中，正常细胞与坏死细胞混杂，并伴有血管外渗红细胞、炎细胞出现；发生水肿的软组织中，横纹肌间质水肿，并存在大量炎性细胞。磁共振常规扫描结果显示，高压电击烧伤后24 h家兔肢体可见肿胀，损伤处软组织信号表现出弥漫性稍长T2信号；高压电击烧伤后48 h，T2信号范围逐渐增长；家兔肢体出现皮下软组织肿胀、皮下积液、肌间隙内液性渗出，损伤处出现不均匀的高低信号，这与文献结果相符。

电击伤的病理机制较为复杂，细胞膜直接电通透性越高，组织受损程度越重，同时焦耳热作用、非热作用的发生与电压强弱、电流持续时间、电流通路上细胞所处位置均存在关系[13]。肌肉活力的判断在电击伤治疗中至关重要，DWI成像可现实组织内所含水分子的运动状态，活体组织中水分子运动受到限制，病变组织内水分子运动受限程度高于正常组织内，水分子运动受限越大，所检测的ADC值下降趋势明显[14-16]。高压电击烧伤后，ADC值随扩散敏感梯度场参数（b值）的增加而降低；膝关节肌肉损伤区的深层、浅层、边缘的ADC值呈现逐渐降低的趋势，如高压电击伤后24 h、b=400 s/mm2时，兔膝关节肌肉损伤区的中心（深层）处对应的ADC值高于浅层与边缘（t=2.853、3.577，P=0.029、0.009）。这主要是因为高压电击伤时，可在损伤组织内形成强低频电场，增加细胞膜电通透性，进而导致跳跃性损伤或者“夹心样”坏死。高压电击烧伤后48 h时，相较于b=400 s/mm2时的ADC值，b=600、800、1000、1200 s/mm2时对应的ADC值均减少，差异有统计学意义（P＜0.05）；高压电击烧伤后72 h时，相较于b=400 s/mm2时的ADC值，同一位置下，b=600、800、1000、1200 s/mm2时对应的ADC值均减少，差异有统计学意义（P＜0.05）。当高压电击烧伤后时间相同时，随着b值的增加，家兔膝关节损伤处ADC值逐渐降低，即损伤组织的ADC值随施加的扩散敏感梯度场参数的增加而降低；相同b值下，高压电击烧伤后家兔膝关节软组织ADC值由高到低对应的电击后时间依次为24、48、72 h，提示随着高压电击烧伤时间的延长，兔膝关节的肌肉组织、细胞已基本坏死。

综上所述，磁共振常规联合多b值DWI序列能够进行家兔高压电击伤软组织损伤情况的诊断，且定位准确，可辅助进行高压电击伤伤口清创时间的选择，避免多次手术，降低脓毒症发生概率。