MR擴(kuò)散張量成像動(dòng)態(tài)評(píng)估兔外周動(dòng)脈閉塞性疾病模型后肢缺血骨骼肌形態(tài)及功能變化

王 偉，馬 娟，魯雪紅，席 偉

(新疆醫(yī)科大學(xué)附屬中醫(yī)醫(yī)院 新疆維吾爾自治區(qū)中醫(yī)藥研究院影像中心，新疆 烏魯木齊 830000)

動(dòng)脈粥樣硬化廣泛存在于中老年人群，部分患者可發(fā)展為閉塞性外周動(dòng)脈硬化(peripheral arteriosclersis obliterans, PASO)。骨骼肌慢性缺血是由各種病因?qū)е碌墓趋兰￠L(zhǎng)期緩慢缺血缺氧改變，以外周動(dòng)脈閉塞性疾病(peripheral arterial occlusive disease, PAOD)最常見(jiàn)。MR擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)可評(píng)價(jià)活體組織各向異性擴(kuò)散狀況，其臨床應(yīng)用價(jià)值已獲得充分肯定[1]，目前逐漸應(yīng)用于肌肉病變[2-4]。本研究探討DTI動(dòng)態(tài)評(píng)估PAOD兔后肢缺血骨骼肌形態(tài)及功能改變的價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 32只新西蘭大白兔，體質(zhì)量2.5～3.0 kg，購(gòu)自新疆醫(yī)科大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室[動(dòng)物許可證編號(hào)：SCXK(新)2018-0002]，雌雄不限，適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本研究經(jīng)院臨床倫理委員會(huì)批準(zhǔn)；處置動(dòng)物符合《關(guān)于善待實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的指導(dǎo)性意見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)》[5]。

1.2 制備模型 根據(jù)文獻(xiàn)[6-7]方法制備PAOD模型。自兔耳緣靜脈推注20%烏拉坦(3 ml/kg體質(zhì)量)麻醉后，仰臥位保定，于右后肢股內(nèi)側(cè)做縱行切口，自腹股溝韌帶至膝關(guān)節(jié)暴露血管鞘，鈍性分離股動(dòng)脈及其主要分支，以4號(hào)線結(jié)扎股動(dòng)脈起始部及以下分支，之后切除股動(dòng)脈，縫合肌筋膜、皮下組織及皮膚。術(shù)后24 h行CTA，見(jiàn)股動(dòng)脈遠(yuǎn)端閉塞證明PAOD模型制作成功。

1.3 DTI及圖像后處理 32只兔均造模成功，分別于術(shù)后第3、14、21及28天各隨機(jī)選擇8只兔行DTI，采用Siemens Vero 3.0T MR儀，垂直于后肢長(zhǎng)軸方向掃描，并行采集，平面回波成像，12個(gè)梯度編碼方向，b值為600 s/mm2，層厚4 mm，層間隔0.8 mm，共采集5層，中心層面為后肢后組肌群中部橫截面層面。

由同1名MR診斷主治醫(yī)師使用后處理工作站上的DTI處理軟件(neuro 3D)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到DWI、表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient, ADC)圖和部分各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy, FA)圖,觀察后肢各組肌肉DWI、ADC圖和FA圖表現(xiàn)。避開(kāi)骨骼選取ROI(0.5 cm×0.5 cm)，分別于后肢后組肌群連續(xù)5個(gè)層面中心測(cè)量ADC值和FA值，取各層平均值作為最終結(jié)果。

1.4 病理組織學(xué)檢查 各時(shí)間點(diǎn)MR檢查結(jié)束后分批麻醉處死模型兔，留取兩側(cè)后肢后組肌群肌肉組織送病理檢查，經(jīng)HE染色后于光學(xué)顯微鏡下觀察缺血后橫紋肌組織形態(tài)及結(jié)構(gòu)變化。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。計(jì)量資料采用±s表示。采用配對(duì)t檢驗(yàn)比較不同時(shí)間點(diǎn)健側(cè)與術(shù)側(cè)后肢骨骼肌ADC值和FA值，對(duì)不同時(shí)間點(diǎn)間術(shù)側(cè)ADC、FA值行方差分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 DTI表現(xiàn) 術(shù)后第3、14天術(shù)側(cè)后肢肌群水腫、體積增大，ADC圖顯示為高信號(hào)，彩色FA圖呈淺紅色，較健側(cè)ADC值增高、FA值減低(P均<0.05)；至術(shù)后第21、28天術(shù)側(cè)與健側(cè)肌群DWI均表現(xiàn)為等信號(hào)，ADC值及FA值差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。不同時(shí)間點(diǎn)術(shù)側(cè)ADC值、FA值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。見(jiàn)表1及圖1、2。

圖1 模型兔術(shù)后第3天雙側(cè)后肢DWI、ADC圖及FA圖 A.DWI示術(shù)側(cè)后肢肌群腫脹、體積增大；B.ADC圖示該區(qū)域呈高信號(hào)；C.FA圖示該區(qū)域?yàn)闇\紅色 (箭示術(shù)側(cè)；箭頭示健側(cè))

表1 術(shù)后不同時(shí)間點(diǎn)模型兔兩側(cè)后肢肌肉組織ADC值及FA值比較(±s，n=8)

表1 術(shù)后不同時(shí)間點(diǎn)模型兔兩側(cè)后肢肌肉組織ADC值及FA值比較(±s，n=8)

時(shí)間點(diǎn)ADC(×10-3mm2/s)術(shù)側(cè)健側(cè)t值P值FA術(shù)側(cè)健側(cè)t值P值術(shù)后第3天1.61±0.111.48±0.9911.26<0.010.30±0.030.38±0.02-13.86<0.01術(shù)后第14天1.55±0.111.40±0.1025.98<0.010.34±0.040.39±0.02-4.33<0.05術(shù)后第21天1.49±0.13?1.46±0.112.600.120.38±0.02?0.40±0.03-3.460.07術(shù)后第28天1.51±0.14?1.52±0.13-1.730.220.40±0.02?0.40±0.04<0.01>0.05F值1.32---0.29---P值<0.01---<0.01---

注：*：與術(shù)后第3天比較，P<0.05

2.2 病理改變 術(shù)后第3、14天術(shù)側(cè)后肢橫紋肌腫脹、出血及壞死，以術(shù)后第3天為著，并見(jiàn)大量單核細(xì)胞浸潤(rùn)；術(shù)后第21天個(gè)別橫紋肌萎縮，并可見(jiàn)肌束間厚壁血管增生、擴(kuò)張，肌間小血管增生；術(shù)后第28天腫脹細(xì)胞基本恢復(fù)，大部分區(qū)域成纖維細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞增生明顯，細(xì)胞間隙略增寬。見(jiàn)圖3。

圖3 組織病理圖(HE，×40) A.正常肌肉組織；B.術(shù)后第3天術(shù)側(cè)肌肉組織；C.術(shù)后第28天術(shù)側(cè)肌肉組織

3 討論

肌纖維細(xì)胞膜可阻礙水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，故與細(xì)胞長(zhǎng)軸垂直方向的水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)慢于與長(zhǎng)軸平行方向，表現(xiàn)出擴(kuò)散各向異性[8]。DTI是能反映組織微觀結(jié)構(gòu)的成像技術(shù)，對(duì)于顯示及測(cè)量肌肉細(xì)微結(jié)構(gòu)有較大應(yīng)用前景。

圖2 術(shù)后第28天模型兔雙側(cè)后肢DWI、ADC圖及FA圖 A.DWI示雙側(cè)后肢均呈等信號(hào)；B.ADC圖示等信號(hào)；C.FA圖均呈藍(lán)色 (箭示術(shù)側(cè)；箭頭示健側(cè))

DWI與傳統(tǒng)MR技術(shù)不同，可反映每個(gè)體素內(nèi)的水分子擴(kuò)散和灌注信息[3-4]。DTI是以DWI為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，可通過(guò)定量參數(shù)反映組織內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)各向異性特點(diǎn)，從擴(kuò)散量和擴(kuò)散方向上反映水分子在不同介質(zhì)環(huán)境中擴(kuò)散的變化，其主要參數(shù)有ADC和FA[9]，通常用ADC值表示擴(kuò)散的強(qiáng)弱程度，ADC值上升或下降在DWI上表現(xiàn)為信號(hào)強(qiáng)度下降或上升。

蒙秋華等[10-11]研究兔失神經(jīng)支配骨骼肌退變及再生模型，發(fā)現(xiàn)DTI評(píng)價(jià)失神經(jīng)靶肌肉退變及再生的敏感度高。FA為橢球體中各向異性組分與整個(gè)擴(kuò)散張量的比值，反映所觀察組織中全部水分子擴(kuò)散集合而成的橢球體的形狀。肢體缺血模型被廣泛用于缺血性疾病的基礎(chǔ)及臨床診治研究[12]。本研究中兔后肢缺血?jiǎng)游锬Ｐ偷慕⒅裂┐鷥斂稍谝欢ǔ潭壬夏M臨床PAOD的發(fā)展過(guò)程，通過(guò)完全切除兔一側(cè)股動(dòng)脈全長(zhǎng)及其分支造成該側(cè)肢體急性缺血，觀察術(shù)后第3、14、21、28天不同時(shí)間點(diǎn)缺血狀態(tài)下ADC值及FA值動(dòng)態(tài)變化，可作為動(dòng)態(tài)且定量客觀評(píng)價(jià)下肢缺血肌肉組織損傷及修復(fù)過(guò)程的依據(jù)，DTI的ADC值及FA值基本可反映肌細(xì)胞在缺血狀態(tài)下的損失、變性及再生過(guò)程。本組缺血后第3、14天術(shù)側(cè)ADC值較健側(cè)增高，F(xiàn)A值減低，尤以第3天顯著。ADC值主要體現(xiàn)細(xì)胞外組織間隙中水分子的擴(kuò)散。在肌肉組織損傷早期，缺血肌纖維細(xì)胞腫脹變圓，處于比較嚴(yán)重的缺血狀態(tài)，水分子在垂直于纖維長(zhǎng)軸的橫斷面上的擴(kuò)散增加，因此ADC值升高，肌纖維分解的碎片形成屏障阻礙水分子沿纖維束方向的擴(kuò)散，導(dǎo)致其FA值下降；隨著時(shí)間延長(zhǎng)，至術(shù)后第28天，術(shù)側(cè)ADC值及FA值與健側(cè)差異不明顯，病理顯示此時(shí)腫脹細(xì)胞大致恢復(fù)，同時(shí)周圍可見(jiàn)多量新生成纖維細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞，細(xì)胞間隙增大，肌組織逐步代償，提示術(shù)后第28天缺血肌肉形態(tài)和功能基本恢復(fù)。本研究中不同時(shí)間點(diǎn)術(shù)側(cè)ADC值、FA值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示不同時(shí)間點(diǎn)缺血狀態(tài)下ADC值、FA值具有動(dòng)態(tài)變化特征，就骨骼肌而言，ADC值變化與肌肉內(nèi)水含量變化相關(guān),能夠反映肌肉運(yùn)動(dòng)后其內(nèi)循環(huán)血容量的變化，DWI信號(hào)強(qiáng)度隨肌肉血流灌注下降而下降，當(dāng)肌肉缺血逐步解除、肌肉逐漸恢復(fù)血流灌注時(shí)，DWI信號(hào)逐漸增加，ADC值逐漸下降，F(xiàn)A值逐漸上升，最終趨于正常；結(jié)合病理學(xué)改變，可評(píng)估肌肉缺血后隨時(shí)間推移發(fā)生的肌肉組織損傷及修復(fù)過(guò)程。

綜上所述，DTI不僅能清晰顯示PAOD模型兔下肢肌肉走行及形態(tài)，還能從微觀水平反映其病理生理改變，為研究下肢肌肉正常解剖形態(tài)與異常形態(tài)和功能提供新的視角，為量化診斷和評(píng)價(jià)PAOD骨骼肌慢性缺血提供新的途徑。但本研究樣本量和隨訪觀察時(shí)間點(diǎn)均較少，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能存在一定偏倚，尚需進(jìn)一步觀察DTI評(píng)價(jià)肌力恢復(fù)的可行性及價(jià)值。