頸髓壓迫性損傷的磁共振擴散張量成像實驗和臨床研究.pdf

1、第一部分:適合磁共振成像的羊頸脊髓壓迫性損傷模型的建立與病理學(xué)觀察
　　 目的:建立穩(wěn)定、可控、重復(fù)性高且適合進(jìn)行MR影像學(xué)研究的頸髓壓迫性損傷模型。
　　 方法:健康山羊12只,體重20～25kg,隨機分為實驗組和對照組,每組6只。手術(shù)顯示左側(cè)頸2-3椎間孔,將導(dǎo)管球囊通過椎間孔向前、向上緩慢插入硬膜外腔,球囊達(dá)C2-3椎間盤水平,把導(dǎo)管固定于椎間孔旁軟組織。逐層縫合頸部切口,留置剩余導(dǎo)管于體外,完成模型制作。術(shù)后3天

2、,每日肌肉注射青霉素80萬單位。實驗組術(shù)后第10天經(jīng)導(dǎo)管注射生理鹽水0.3ml,球囊膨脹,持續(xù)壓迫40天。對照組只埋管,不注水,術(shù)后觀察50天。利用MRI、改進(jìn)后的Tarlov運動功能評分和病理學(xué)檢查對模型進(jìn)行評價。DTI采用單次激發(fā)的SE-EPI,b值500s/mm2,擴散敏感梯度方向數(shù)為6,NEX4次,橫軸面掃描,層厚3mm。
　　 結(jié)果:(1)運動功能評分:所有動物術(shù)后第2天能夠行走,但跑動較少。術(shù)后第3天活動恢復(fù)正常,運

3、動功能評分5分。實驗組動物注水壓迫后第一天運動功能評分為3.50±0.40分,低于對照組(t=36.40,P=0.005)。壓迫后第40天時四肢肌力有所恢復(fù),運動功能評分4.20±0.50分,仍低于對照組(t=10.70,P=0.0017)。(2)MRI影像顯示:植入的球囊位于脊髓的左前方。球囊未注入水時,球囊所在部位蛛網(wǎng)膜下腔變窄,脊髓沒有明顯受壓。注水0.3ml后,球囊呈橢圓形,脊髓受壓變扁。所有MRI圖像顯示清晰,沒有偽影。脊髓受

4、壓后,ADC值輕度降低,后逐漸回升至正常,40天后輕度高于正常;受壓后各向異性分?jǐn)?shù)FA值輕度升高,后逐漸恢復(fù)至正常,40天時輕度低于正常;T1WI、T2WI均未見異常。(3)組織學(xué)檢查:實驗組HE染色示脊髓組織輕度水腫,神經(jīng)元變性,周圍有空泡形成;神經(jīng)纖維軸索部分消失,炎性細(xì)胞浸潤,膠質(zhì)細(xì)胞增生。甲苯胺藍(lán)染色示神經(jīng)元尼氏小體減少,分布不均。實驗組電鏡觀察顯示:有髓神經(jīng)髓鞘部分板層狀結(jié)構(gòu)紊亂,部分明顯分層;軸索明顯水腫,線粒體和微絲、微管

5、的數(shù)量減少,線粒體大部分膜和部分嵴融合或消失。對照組光鏡HE染色、甲苯胺藍(lán)染色和電鏡觀察未見明顯異常。
　　 結(jié)論:采用經(jīng)頸椎間孔置入導(dǎo)管球囊制作羊頸髓壓迫性損傷模型,壓迫的位置、程度、速度和持續(xù)時間可控,易于通過運動功能評分評價脊髓功能。采用該方法不用切除骨質(zhì),保留了椎管的完整性。并且注入生理鹽水進(jìn)行壓迫,不會產(chǎn)生MRI影像偽影。本模型通過調(diào)控注水量和注射速度,適合進(jìn)行急性和慢性脊髓壓迫性損傷的研究,為深入研究脊髓壓迫的病理生

6、理變化和MRI影像學(xué)奠定了基礎(chǔ)。
　　 第二部分:頸髓慢性壓迫及減壓后神經(jīng)細(xì)胞凋亡的實驗研究及其DTI的功能評價
　　 目的:觀察慢性壓迫性脊髓損傷后及減壓后神經(jīng)細(xì)胞凋亡和DTI的變化規(guī)律,探索慢性脊髓壓迫癥減壓術(shù)后神經(jīng)功能恢復(fù)的病理生理機制及其與影像學(xué)的關(guān)系。
　　 方法:健康山羊33只,體重20～25kg,隨機分為假手術(shù)組(A組3只),慢性脊髓壓迫組(B組15只),減壓組(C組15只)。手術(shù)顯示左側(cè)頸2-3椎

7、間孔,將導(dǎo)管球囊通過椎間孔向前、向上緩慢插入硬膜外腔,達(dá)頸2-3椎間盤水平,制作成慢性壓迫性脊髓損傷模型。對每組進(jìn)行運動功能評分,并應(yīng)用DTI技術(shù)和原位末端脫氧核糖核苷酸轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)dUTP標(biāo)記(TUNEL)檢測方法,觀察各組頸髓擴散特性的變化及細(xì)胞凋亡率,分別于損傷后及減壓后第1、3、7、14、28d對慢性脊髓損傷區(qū)進(jìn)行DTI及細(xì)胞凋亡檢測。
　　 結(jié)果:(1)運動功能評分:A組動物運動功能評分正常,ADC值和FA值未見異常,常

8、規(guī)T1WI、T2WI也未見異常。B組動物注水總量達(dá)到0.2ml時,運動功能評分沒有改變,ADC值和FA值也沒有明顯變化。當(dāng)注水總量超過0.2ml后,運動功能評分仍無明顯改變,但是ADC值輕度升高,FA值輕度降低。注水總量至0.4ml左右時,運動功能評分輕度下降,ADC值開始降低,但仍然高于正常,FA值開始升高。注水總量超過0.5ml后,運動功能評分迅速下降,有的動物出現(xiàn)嚴(yán)重癱瘓,ADC值和FA值迅速降低。25天時有一只羊頸髓內(nèi)出血,T2

9、WI顯示高信號,T1WI顯示低信號,其余常規(guī)MR檢查未見異常。C組動物球囊解壓后前7天,運動功能評分有所恢復(fù),受壓頸髓的ADC值和FA值輕度升高。7至14天時,運動功能評分恢復(fù)較快,ADC值和FA值升高亦較快,有的接近正常水平。14天后,運動功能評分和擴散張量值進(jìn)一步恢復(fù),但是恢復(fù)速度放緩。(2)組織學(xué)檢查:A組脊髓光鏡下未見有明顯異常。白質(zhì)神經(jīng)纖維排列緊密、整齊,軸突髓鞘結(jié)構(gòu)清晰勻稱;灰白質(zhì)界限清晰;灰質(zhì)神經(jīng)元胞漿豐富,細(xì)胞核正圓居中

10、,核膜明顯,染色質(zhì)呈細(xì)顆粒狀,核仁清晰。B組壓迫后28d,光鏡下可見脊髓白質(zhì)軸突周圍間隙增大,軸突纖維排列結(jié)構(gòu)紊亂、變性,水腫明顯,表現(xiàn)為不規(guī)則的片狀脫髓鞘區(qū),可見蟲蛀樣空洞形成和空泡化改變,亦可見明顯灶性出血壞死區(qū)及炎性細(xì)胞浸潤。脊髓灰質(zhì)有明顯的水腫,尼氏小體喪失,可見神經(jīng)細(xì)胞胞體固縮、變形,衛(wèi)星現(xiàn)象和噬神經(jīng)現(xiàn)象;中央灰質(zhì)點灶狀出血。頸髓病理損傷的程度與受壓程度相關(guān)。C組減壓28d,白質(zhì)內(nèi)空泡化改變減輕,神經(jīng)纖維排列整齊,少量膠質(zhì)細(xì)胞

11、和星形膠質(zhì)細(xì)胞增生,白質(zhì)膠質(zhì)細(xì)胞增生明顯減輕。脊髓輕度水腫,神經(jīng)元腫脹、壞死退變減輕,病理改變有所減輕。(3)TUNEL檢測:脊髓慢性壓迫性損傷過程中,細(xì)胞死亡形式包括壞死和凋亡,并且以細(xì)胞凋亡為主,兩者共同引起神經(jīng)功能的損害。凋亡細(xì)胞主要分布在白質(zhì)的縱行傳導(dǎo)束上脫髓鞘的區(qū)域,主要為少突膠質(zhì)細(xì)胞;神經(jīng)元也存在少量凋亡現(xiàn)象,主要集中在前角。慢性壓迫性脊髓損傷時細(xì)胞凋亡率在壓迫后3、7、14d時較高。減壓后3、7、14d時細(xì)胞凋亡顯著減少,

12、細(xì)胞凋亡率一直維持在較低水平。
　　 結(jié)論:ADC值和FA值對脊髓壓迫的損傷敏感度高,并能夠定量評價脊髓損傷的程度與分期;慢性壓迫性脊髓損傷可導(dǎo)致細(xì)胞凋亡,早期減壓對神經(jīng)細(xì)胞凋亡可起到抑制作用;脊髓細(xì)胞凋亡與擴散張量成像以及運動神經(jīng)功能三者之間存在相關(guān)性。
　　 第三部分:MR擴散張量成像在慢性脊髓型頸椎病中的臨床應(yīng)用
　　 目的:探討3.0T MR擴散張量成像作為一種定量分析方法在診斷慢性脊髓型頸椎病中的應(yīng)用價

13、值。
　　 方法:使用單次激發(fā)自旋回波平面回波成像(SE-EPI)序列,對31例健康志愿者和64例慢性脊髓型頸椎病患者(病程超過兩年)行頸髓DTI,并按解剖結(jié)構(gòu)把頸髓分為上、中、下三段,與C1和C2椎體對應(yīng)的為上段頸髓,與C3、C4和C5對應(yīng)的為中段頸髓,與C6和C7對應(yīng)的為下段頸髓。以健康組為對照,分析慢性脊髓型頸椎病組各段頸髓表觀擴散系數(shù)(ADC)、分?jǐn)?shù)各向異性(FA)值、縱向本征(λL)值及橫向本征(λT)值的變化。

14、>　　 結(jié)果:(1)對照組:所有正常志愿者神經(jīng)功能評分正常,常規(guī)MRI顯示頸髓形態(tài)自然,未見受壓及狹窄,頸髓內(nèi)信號均勻,未見異常信號。DTI均可以清晰顯示頸髓的影像,沒有明顯的圖像扭曲。ADC圖顯示正常頸髓呈均勻的深藍(lán)色信號,腦脊液呈紅色信號,FA圖顯示正常頸髓呈較均勻深紅色信號,腦脊液呈均勻藍(lán)綠色信號。對照組中,上、中、下頸髓節(jié)段間的平均ADC值(F=1.00,P=0.3730)、FA值(F=0.79,P=0.4557)、λL(F=

15、0.79,P=0.4557)、λT(F=0.18,P=0.8390),差異無統(tǒng)計學(xué)意義。(2)CSM組:常規(guī)MRI顯示受壓頸髓變窄,頸椎生理曲度存在不同程度改變,椎間隙變窄,頸椎前后韌帶形成皺褶,鄰近椎體上下緣不同程度的骨質(zhì)增生,椎間盤脫水變性向后方突出,T2WI脊髓受壓部位出現(xiàn)高信號者49例。ADC圖和FA圖顯示頸髓受壓迫處腦脊液信號受壓中斷,脊髓組織信號不均勻。CSM組上、中、下頸髓節(jié)段間的平均ADC值(F=251.20,P＜0.0

16、001)、FA值(F=47.54,P＜0.0001)、λL(F=210.14,P＜0.0001)、λT(F=104.39,P＜0.0001),上段頸髓與中、下段的差異有顯著統(tǒng)計學(xué)意義,中、下段之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義。CSM組頸髓直接受壓部位與對照組進(jìn)行比較,ADC值(t=20.82,P＜0.0001)、FA值(t=12.53,P＜0.0001)、λL(t=6.00,P＜0.0001)、λT(t=20.84,P＜0.0001)之間的總體均數(shù)