大鼠骨骼肌急性擠壓傷MR-DTI初步研究

馮鴻燕，王豐哲，潘詩(shī)農(nóng)，郭啟勇

（1.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽(yáng) 110004；2.沈陽(yáng)市第四人民醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽(yáng) 110031）

磁共振擴(kuò)散張量成像技術(shù) （Diffusion tensor imaging，DTI）是在常規(guī)擴(kuò)散加權(quán)成像 （Diffusion-weighted imaging，DWI）基礎(chǔ)上，在三維空間內(nèi)通過(guò)改變擴(kuò)散敏感梯度脈沖的方向來(lái)觀察水分子擴(kuò)散的各向異性技術(shù)，是目前唯一無(wú)創(chuàng)性反映活體組織含水量變化的檢查方法，可以從微觀水平研究疾病的病理改變情況[1]?；贒TI數(shù)據(jù)的纖維示蹤技術(shù)（DTT）可以更直觀的顯示肌纖維的幾何形態(tài)。

目前，DTI技術(shù)已廣泛應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的研究，尤其是腦白質(zhì)病變[2]，但對(duì)骨骼肌損傷方面報(bào)道較少，而運(yùn)動(dòng)損傷診治一直是運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)的難點(diǎn)、重點(diǎn)，常規(guī)的影像學(xué)檢查對(duì)早期的病變?nèi)狈γ舾行?，有?chuàng)性的活檢難以推廣應(yīng)用。本研究應(yīng)用MR-DTI技術(shù)評(píng)估大鼠骨骼肌急性擠壓傷模型，初步探討應(yīng)用DTI評(píng)估骨骼肌損傷的可行性，為骨骼肌損傷診治提供更多的結(jié)構(gòu)及生理上變化的信息[3]。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物模型

本研究實(shí)驗(yàn)動(dòng)物為Weistar大鼠30只，雌性，體重400g左右，由中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院動(dòng)物中心提供，常溫、鼠糧飼養(yǎng)。骨骼肌擠壓傷模型利用微機(jī)控制電子壓力損傷儀（濟(jì)南天辰試驗(yàn)機(jī)制造有限公司）模擬，損傷部位為左下肢骨骼?。ū荛_(kāi)骨骼），速度為100mm/min，壓力分別為500N和1000N。根據(jù)壓力大小將動(dòng)物隨機(jī)分為正常對(duì)照組、500N組和1000N組，每組10只。

所有實(shí)驗(yàn)大鼠麻醉后 （腹腔注射麻醉，10%水合氯醛，劑量0.15ml/100g），于模型建立后24h內(nèi)進(jìn)行MR-DTI掃描，掃描后處死，根據(jù)MRI軸面圖像定位立即切取損傷肌肉，泡入福爾馬林溶液，制成石蠟切片（厚度5μm）進(jìn)行常規(guī)HE染色。所有的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)過(guò)程均遵守動(dòng)物實(shí)驗(yàn)保護(hù)原則。

1.2 掃描方法

使用 Philips Achieva型 3.0T超導(dǎo)型磁共振掃描儀，SENSE-Flex-M膝關(guān)節(jié)柔軟線圈。大鼠膠帶固定，頭先進(jìn)俯臥位，左下肢長(zhǎng)軸與主磁體長(zhǎng)軸平行，線圈中心對(duì)準(zhǔn)大鼠左下肢股直肌。先行左下肢常規(guī)MR掃描，包括冠狀面T2WI（TR/ TE，1721/100），軸面T2WI（TR/TE，725/90），層厚5mm，層間距0mm，F(xiàn)OV 300mm。DTI數(shù)據(jù)采集應(yīng)用基于平面回波成像序列（EPI-DTI），軸位采集，TR 1857ms，TE 65ms，層厚5mm，層間隔0mm，F(xiàn)OV 140mm，相位編碼為前后方向，施加6個(gè)梯度編碼方向，擴(kuò)散敏感系數(shù)（b）值為600s/mm2。采集層面與軸面T2WI層面完全一致。

1.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

DTI數(shù)據(jù)傳輸至后處理工作站，利用Philips Research Imaging Development Environment（PRIDE）Fiber Tracking tool（Version 4.1.V3）進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，利用軸面T2WI定位，于中心層面設(shè)置類圓形感興趣區(qū)（ROI大?。?0～50），測(cè)量其平均表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADC）值和相對(duì)各向異性（FA）值，各值均多次測(cè)量取平均值，并得到相應(yīng)ADC圖、FA圖及肌纖維示蹤圖。

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析運(yùn)用SPSS 15.0軟件包。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)資料的方差分析方法比較每組的ADC值和FA值的差別是否有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，每?jī)山M均數(shù)之間的兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)。P<0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 DTI檢查結(jié)果

大鼠左下肢骨骼肌ADC值及FA值測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 各組大鼠左下肢骨骼肌ADC值（×10－3mm2/s）及FA值統(tǒng)計(jì)結(jié)果

除500N組和1000N組的FA值之間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異外，其余各組之間的ADC值和FA值均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05）。

2.2 DTT及HE染色結(jié)果

纖維示蹤結(jié)果顯示正常大鼠左下肢骨骼肌肌纖維排列緊密，走行基本一致，具有各向異性。HE染色光鏡下顯示肌細(xì)胞排列整齊，細(xì)胞形態(tài)規(guī)整，呈長(zhǎng)圓柱形，細(xì)胞核分布在細(xì)胞周圍（圖1）。500N組纖維示蹤顯示肌纖維走形扭曲，纖維束數(shù)量減少，纖維部分分離及移位。HE染色肌細(xì)胞水腫，肌漿染色明顯變淡，細(xì)胞核染色不均（圖2）。1000N組纖維示蹤顯示肌纖維扭曲嚴(yán)重，部分纖維中斷，發(fā)現(xiàn)示蹤的橫向纖維。HE染色肌細(xì)胞水腫更加明顯，可見(jiàn)到部分肌纖維斷裂（圖3）。

3 討論

MR-DTI是利用擴(kuò)散敏感梯度從多個(gè)方向?qū)λ肿拥臄U(kuò)散各向異性進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，能夠定量、定性反映受檢組織細(xì)微病理、生理結(jié)構(gòu)變化信息。骨骼肌是具有高度機(jī)化的組織，其結(jié)構(gòu)包括肌纖維結(jié)構(gòu)及其周圍的結(jié)締組織，骨骼肌細(xì)胞膜能夠阻礙水分子的擴(kuò)散，因此在與肌纖維細(xì)胞長(zhǎng)軸垂直方向上，水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)慢于平行方向，表現(xiàn)為擴(kuò)散的各向異性。應(yīng)用擴(kuò)散敏感梯度從多個(gè)方向?qū)λ肿拥臄U(kuò)散各向異性進(jìn)行量化，能夠?yàn)楣趋兰p傷提供更多的結(jié)構(gòu)及生理上變化的信息，因此利用DTI技術(shù)評(píng)估骨骼肌損傷可行。目前，DTI可以無(wú)創(chuàng)性獲得在體肌纖維結(jié)構(gòu)的特征及病理學(xué)改變?nèi)缂∪馑[[4]、纖維撕裂或血腫[5]，故應(yīng)用DTI開(kāi)展早期急性肌纖維損傷或肌肉內(nèi)血腫的探查具有廣泛前景。

正常骨骼肌纖維的結(jié)構(gòu)是完整有序的，由于其受到細(xì)胞膜、跨膜濃度梯度、自由擴(kuò)散等多因素的影響，水分子的擴(kuò)散主要沿著肌纖維長(zhǎng)軸方向的擴(kuò)散，因此骨骼肌是各向異性的[6]。為了更形象的描述這種擴(kuò)散各向異性，人們提出了幾種反應(yīng)擴(kuò)散特性、基于本征值的、具有旋轉(zhuǎn)不變性的定量指標(biāo)。如目前常用的ADC，其能夠反映組織在3個(gè)軸向上的平均擴(kuò)散率；FA是擴(kuò)散張量的各向異性成分與整個(gè)擴(kuò)散張量的比值，反映了水分子在擴(kuò)散主向量軸上的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，應(yīng)用ADC值和FA值的變化定量的反映組織細(xì)微結(jié)構(gòu)的變化[7]?；贒TI數(shù)據(jù)的纖維示蹤技術(shù)可以直觀、形象顯示纖維排列結(jié)構(gòu)，還原生理狀態(tài)下骨骼肌的解剖結(jié)構(gòu)，顯示病理狀態(tài)下肌纖維的中斷等。

當(dāng)肌肉損傷后，肌細(xì)胞水腫、斷裂，就改變肌肉微觀結(jié)構(gòu)的完整性，肌膜的破裂，線粒體的破壞[8]，導(dǎo)致了纖維結(jié)構(gòu)的無(wú)序，水分子在各個(gè)方向上的擴(kuò)散增加且更加自由，因此擴(kuò)散參數(shù)就發(fā)生了實(shí)質(zhì)性改變，即ADC值明顯增高。Galban等[9]認(rèn)為骨骼肌的3個(gè)本征值中λ1代表肌內(nèi)膜內(nèi)沿著肌纖維長(zhǎng)軸方向上的擴(kuò)散，λ2與肌纖維的橫斷面有關(guān)，而λ3與肌纖維的半徑相關(guān)（肌纖維短軸方向上的擴(kuò)散）。研究顯示，骨骼肌損傷后，λ1、λ2、λ3均明顯增加，根據(jù)公式ADC＝Tr（D）/ 3=（λ1+λ2+λ3）/3，ADC值必然增加。FA值是一個(gè)理論上不變的標(biāo)量參數(shù)，提供著組織的定量信息，對(duì)于纖維組織的容積成分很敏感。當(dāng)各向異性的組織結(jié)構(gòu)的排列順序是規(guī)則和平行時(shí)，F(xiàn)A值增加。相反，當(dāng)纖維的不同方向越大時(shí)，F(xiàn)A值越小。因此肌肉損傷后，纖維出現(xiàn)分離、斷裂，纖維的走形方向發(fā)生多向性變化，F(xiàn)A值減小。

本實(shí)驗(yàn)擠壓傷模型壓力為500N和1000N，模擬骨骼肌急性擠壓傷，盡量躲開(kāi)骨骼，避免過(guò)度壓力所致下肢骨折。骨骼肌急性擠壓傷發(fā)生后，肌肉微觀結(jié)構(gòu)的完整性破壞，細(xì)胞水腫，形態(tài)變圓，染色變淡，同時(shí)細(xì)胞間質(zhì)即血管滲透性增加，液體外滲，出現(xiàn)血管周圍源性水腫，骨骼肌肌細(xì)胞水腫導(dǎo)致肌纖維間隔增寬，血管滲透性增加，導(dǎo)致細(xì)胞外游離水的增加[10]，因此水分子在各個(gè)方向上的擴(kuò)散均增加，即λ1、λ2、λ3均增加，ADC值增加。纖維示蹤可見(jiàn)骨骼肌損傷后肌纖維走形扭曲，纖維束數(shù)量減少，纖維分離及移位，各向異性發(fā)生改變，纖維的走形發(fā)生多向性變化，故FA值減小。病理顯示1000N組造成損傷較500N組重，細(xì)胞水腫更加明顯，肌纖維扭曲嚴(yán)重，可見(jiàn)示蹤的橫向纖維，因此，對(duì)比500N組，1000N組的ADC值和FA的增加和減少更顯著。

總之，DTI技術(shù)通過(guò)定量測(cè)定大鼠骨骼肌急性擠壓傷時(shí)各向異性及水分子擴(kuò)散變化規(guī)律，能夠無(wú)創(chuàng)、有效的評(píng)估骨骼肌急性擠壓傷，為骨骼肌損傷的影像學(xué)評(píng)價(jià)提供更多的信息和指導(dǎo)意義。

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