動(dòng)物脊髓血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)方法的研究進(jìn)展

楊盛林 羅春山

完整的脊髓血管網(wǎng)絡(luò)對(duì)于維持良好的脊髓神經(jīng)功能具有重要意義，脊髓血管的損傷將導(dǎo)致脊髓神經(jīng)功能的缺失[1]。研究表明，脊髓損傷后繼發(fā)脊髓血流動(dòng)力學(xué)的改變，對(duì)脊髓神經(jīng)功能產(chǎn)生巨大的影響[1-2]。脊髓血流動(dòng)力學(xué)是反映脊髓神經(jīng)功能的重要參數(shù)，對(duì)脊髓組織的血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)有重要的臨床意義。然而，由于脊髓循環(huán)受到其內(nèi)部構(gòu)成不均勻、營(yíng)養(yǎng)血管管徑變化大等因素的影響，脊髓血管成像技術(shù)仍不成熟，對(duì)脊髓血流動(dòng)力學(xué)的檢測(cè)仍處于初步研究階段。目前對(duì)動(dòng)物脊髓血流動(dòng)力學(xué)的監(jiān)測(cè)方法主要有雙光子顯微鏡（two-photon microscopy，TPM）、動(dòng)脈自旋標(biāo)記示蹤法（arterial spin labeling，ASL）、增強(qiáng)超聲（contrast-enhanced ultrasound，CEUS）、近紅外漫反射光譜法（near-infrared diffuse correlation spectroscopy，NIRDRS）等，這些監(jiān)測(cè)方法的原理、技術(shù)要求及優(yōu)缺點(diǎn)各有不同。本文對(duì)目前常用的幾種脊髓血流動(dòng)力學(xué)的監(jiān)測(cè)方法作一綜述。

1 脊髓的血供與脊髓神經(jīng)功能的關(guān)系

脊髓由大動(dòng)脈節(jié)段性供血，最后形成一個(gè)由一條中央前動(dòng)脈（供應(yīng)70%的血供）和兩條脊髓后動(dòng)脈構(gòu)成的動(dòng)脈網(wǎng)，同時(shí)發(fā)出無(wú)數(shù)的小動(dòng)脈分支，部分在神經(jīng)管周圍形成毛細(xì)血管網(wǎng)，由此形成一個(gè)完整的脊髓微循環(huán)系統(tǒng)，將血液輸送到大部分灰質(zhì)及內(nèi)半部分白質(zhì)；此外，軟脊膜的微動(dòng)脈穿支與后動(dòng)脈的分支相連，供給脊髓后半部分白質(zhì)及脊髓背角的血運(yùn)[2]。同時(shí)脊髓微靜脈貫穿于整個(gè)脊髓[3]。研究發(fā)現(xiàn)，在胸腹主動(dòng)脈瘤修復(fù)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)胸主動(dòng)脈或腹主動(dòng)脈進(jìn)行阻斷，造成脊髓節(jié)段性缺血而繼發(fā)脊髓損傷，發(fā)生率高達(dá)57%，其中37%在出院前死亡[4]。在脊髓腫瘤切除術(shù)及脊柱側(cè)彎矯形術(shù)后也可能出現(xiàn)脊髓損傷，脊髓損傷的預(yù)防及治療主要集中在脊髓血供的恢復(fù)及維持過(guò)程中[5]。而且早先研究發(fā)現(xiàn)，脊髓初次損傷及再次損傷均與脊髓局部血流動(dòng)力學(xué)改變有關(guān)[6]。因此通過(guò)對(duì)脊髓血流動(dòng)力學(xué)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)可以了解脊髓損傷后的病理生理改變，在脊髓損傷的預(yù)防及治療中發(fā)揮重要作用。

2 脊髓血流的監(jiān)測(cè)方法

由于脊髓組織的特殊性，目前對(duì)脊髓血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)多處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)脊髓血流動(dòng)力學(xué)的方法主要有 TPM、ASL、CEUS、NIRDRS，現(xiàn)對(duì)這些監(jiān)測(cè)方法的原理、技術(shù)要求、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行討論。

2.1 TPM TPM是激光掃描共聚焦顯微鏡與雙光子激發(fā)技術(shù)的結(jié)合，具有光漂白性好、光毒性小及穿透性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)ι畈拷M織進(jìn)行成像[7]，實(shí)現(xiàn)對(duì)活體的持續(xù)性、重復(fù)性監(jiān)測(cè)，并在微觀上觀察到細(xì)胞水平的三維高清圖像，目前已用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中的血管成像[8]。近期應(yīng)用TPM在活體鼠中觀察到脊髓損傷局部直徑約10～20μm微血管的血流速度及血管網(wǎng)密度的變化情況，發(fā)現(xiàn)脊髓局部血流動(dòng)力學(xué)的改變與脊髓窗置入無(wú)關(guān)，也不受局部血管痙攣及舒張的影響；并且TPM能觀察到脊髓軸突的改變；但是挫傷后的脊髓由于示蹤劑泄露可導(dǎo)致成像困難[9]。Chen等[10]通過(guò)應(yīng)用雙色熒光監(jiān)測(cè)脊髓微血管大小及紅細(xì)胞血流速度，既能夠區(qū)分脊髓動(dòng)靜脈，又克服了脊髓挫傷導(dǎo)致的熒光泄露影響成像的弱點(diǎn)，可以對(duì)脊髓同組血管進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；同時(shí)可通過(guò)對(duì)T細(xì)胞的標(biāo)記，觀察興趣部位的炎癥反應(yīng)[11]。但是TPM是有創(chuàng)的檢查技術(shù)，難以制定長(zhǎng)效的觀察窗口，且制作脊髓窗過(guò)程有一定風(fēng)險(xiǎn)，如損傷硬脊膜及發(fā)生脊髓挫傷等；并且易受到呼吸運(yùn)動(dòng)及周圍組織滲液污染視野影響觀察效果；另外熒光代謝后滲入周圍組織，影響觀察效果，這一點(diǎn)可以通過(guò)添加特異性染料來(lái)克服[10]。目前TPM在脊髓血管成像方面仍處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究階段。

2.2 ASL ASL是通過(guò)一系列反轉(zhuǎn)脈沖將磁化的動(dòng)脈血液輸送至感興趣的組織或器官，磁化的血液將會(huì)減少灌注組織的磁場(chǎng)，并在下游收集到稍暗圖像，通過(guò)相減獲得磁化血液與未磁化血液的圖像差值，據(jù)此能夠計(jì)算出組織或器官的灌注量；這是一種無(wú)創(chuàng)及不需要外源性對(duì)比劑的檢測(cè)方法[12]。其中三維準(zhǔn)連續(xù)式動(dòng)脈自旋標(biāo)記法是ASL的新技術(shù)，它克服了傳統(tǒng)ASL采用平面回波成像受磁敏感偽影影響的缺點(diǎn)進(jìn)行三維容積采集，具有重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)，已用于腦血流的臨床檢測(cè)[13]，但仍未見(jiàn)脊髓血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)的報(bào)道。Duhamel等[14]應(yīng)用ASL獲得了良好的頸髓及腰髓的血流動(dòng)力學(xué)圖片，并發(fā)現(xiàn)脊髓腹側(cè)較背側(cè)血流量大。ASL具有低信噪比及慢時(shí)間分辨率的缺點(diǎn)[15]，雖然快速圖像采集技術(shù)在提高信噪比和測(cè)量速度方面取得了巨大進(jìn)展，但仍不能達(dá)到預(yù)期效果；隨著背景抑制及去噪音技術(shù)的進(jìn)步，ASL降低了呼吸、心臟搏動(dòng)對(duì)圖像質(zhì)量的影響[12]；但是ASL對(duì)磁場(chǎng)均勻性要求高，需要用雙磁場(chǎng)消除磁化轉(zhuǎn)移不對(duì)稱引起的圖像混淆，而且線圈昂貴[16]。目前該技術(shù)在脊髓血流成像方面，仍處于初步研究階段，需要進(jìn)一步研究。

2.3 CEUS CEUS是通過(guò)靜脈內(nèi)注射超聲對(duì)比劑微泡，結(jié)合超聲波成像系統(tǒng)而使血管顯影，是一種無(wú)創(chuàng)活體成像方式；其中超聲對(duì)比劑微泡具有良好的回聲性，能夠增強(qiáng)超聲整體對(duì)比度及成像質(zhì)量，也可以重復(fù)注射或持續(xù)輸注。最新研究發(fā)現(xiàn)微泡還可以作為藥物、基因靶向治療的載體[17]。CEUS對(duì)脊髓微血管具有良好的空間分辨率，能夠觀察到脊髓缺血區(qū)域呈地圖樣改變及測(cè)量直徑＞50μm的微血管的血流速度，對(duì)分析脊髓組織的氧氣交換、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及電解質(zhì)變化有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)脊髓損傷區(qū)早期沒(méi)有血流，損傷區(qū)周圍缺血區(qū)血流明顯減少[18]。Huang等[19]在脊髓損傷術(shù)后14d利用CEUS監(jiān)測(cè)脊髓灌注情況，發(fā)現(xiàn)損傷區(qū)周圍呈高灌注狀態(tài)，考慮與局部新生毛細(xì)血管的生長(zhǎng)狀態(tài)有關(guān)。但是，CEUS只能從后路對(duì)脊髓血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)，不能觀察到脊髓局部的微循環(huán)狀態(tài)，且需要使用對(duì)比劑，增加了對(duì)比劑過(guò)敏及器官損害的風(fēng)險(xiǎn)[18]，并且是有創(chuàng)檢測(cè)，目前處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究階段。

2.4 NIRDRS NIRDRS以擴(kuò)散相關(guān)光譜為理論基礎(chǔ)，利用漫反射光的時(shí)間波動(dòng)獲得散射體的運(yùn)動(dòng)；通過(guò)激光發(fā)射器將近紅外光由光纖傳入組織，通過(guò)散射體散射（散射體主要為紅細(xì)胞），再由激光探測(cè)器接收散射光子而獲得光強(qiáng)度信號(hào)，即紅細(xì)胞散射光子強(qiáng)度，從而獲得血管血流動(dòng)力學(xué)的波形[20-21]。NIRDRS具有快捷、無(wú)創(chuàng)的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)ι畈拷M織的血流動(dòng)力學(xué)進(jìn)行檢測(cè)，已經(jīng)成功用于腦、腫瘤、皮瓣等組織的血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)[20]；同時(shí)也可用于組織缺血的早期監(jiān)測(cè)[22]。通過(guò)與近紅外光斷層成像技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)血流的三維成像[21]。研究發(fā)現(xiàn)NIRDRS能夠?qū)顾枞珜友髁窟M(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且可以通過(guò)調(diào)整光纖探頭的位置，監(jiān)測(cè)跨度約20～50cm的脊髓距離，這足以滿足手術(shù)治療過(guò)程中對(duì)脊髓組織進(jìn)行廣泛監(jiān)測(cè)的要求。NIRDRS具有高時(shí)間分辨率，能夠迅速對(duì)脊髓血流動(dòng)力學(xué)改變做出反應(yīng)，實(shí)時(shí)調(diào)整治療方案，避免脊髓功能損害[22]。但是脊髓組織在監(jiān)測(cè)中可能受到光纖探針及光源的熱損害，Busch等[23]對(duì)光纖探頭進(jìn)行改進(jìn)及對(duì)組織的光源輸入頻率及輻射度進(jìn)行調(diào)整，成功避免了脊髓組織的熱損害。研究發(fā)現(xiàn)近紅外光斷層成像技術(shù)對(duì)血流動(dòng)力學(xué)評(píng)估優(yōu)于多普勒[24]，并且先于誘導(dǎo)電位發(fā)現(xiàn)脊髓神經(jīng)功能的變化[23]。然而，NIRDRS作為一種新技術(shù)，目前僅限于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究階段，尚不能用于臨床。

3 小結(jié)與展望

綜上所述，各種監(jiān)測(cè)方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，ASL和CEUS在血管成像上已處于臨床應(yīng)用階段，技術(shù)相對(duì)成熟，但在脊髓血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)上仍處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究階段，需要進(jìn)一步研究；TPM和NIRDRS對(duì)設(shè)備要求高，影響因素多，且目前尚未用于臨床，相對(duì)需要改進(jìn)的不足之處較多。研究者應(yīng)根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)情況選擇不同的監(jiān)測(cè)方法。