崔傳禹，王田蔚*，雷 杰，牛 猛，程艷華，耿長(zhǎng)帥

(1.吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 放射科，吉林 長(zhǎng)春130033;2.一汽總醫(yī)院)

?

ADC值在兔腦與脊髓實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛻?yīng)用的研究

崔傳禹1，王田蔚1*，雷 杰2，牛 猛1，程艷華2，耿長(zhǎng)帥2

(1.吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 放射科，吉林 長(zhǎng)春130033;2.一汽總醫(yī)院)

目的 獲取兔神經(jīng)系統(tǒng)腦和脊髓不同區(qū)域和節(jié)段的表觀彌散系數(shù)值(apparent diffusion coefficient,ADC值)，觀察上述區(qū)域ADC值的范圍，探討兔腦和脊髓ADC值的變化規(guī)律。方法 采用12只普通級(jí)新西蘭家兔，用彌散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging，DWI)序列分別掃描兔腦皮質(zhì)區(qū)、腦白質(zhì)區(qū)、中腦、腦橋、小腦、延髓以及頸1至腰3各椎體水平的脊髓，獲取上述區(qū)域正常的ADC值。 結(jié)果 兔腦和脊髓正常ADC值的范圍是0.763×10-3mm/s-1.56×10-3mm/s。結(jié)論 磁共振DWI序列可以用于兔神經(jīng)系統(tǒng)的檢查。在受檢區(qū)域中，兔小腦區(qū)的ADC值最低。兔腦部的ADC值略低于兔脊髓的ADC值。

MRI；腦；脊髓；ADC；兔

(ChinJLabDiagn,2016,20:1833)

彌散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging，DWI)序列廣泛應(yīng)用于臨床和科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，人們普遍用表觀彌散系數(shù)值(apparent diffusion coefficient,ADC值)來(lái)描述和評(píng)價(jià)病理變化或科研實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，特別是在神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用更為廣泛[1-5]。而兔子的體型適中，購(gòu)買和飼養(yǎng)的經(jīng)濟(jì)成本不高，適合將其作為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停诳蒲袑?shí)驗(yàn)中應(yīng)用普遍[6,7]。因此對(duì)兔動(dòng)物模型的腦部和脊髓ADC值的測(cè)量和評(píng)價(jià)日益受到關(guān)注[8-10]。明確了神經(jīng)系統(tǒng)各部位的ADC值，根據(jù)研究的方向可以指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)；并且獲取相關(guān)部位正常ADC值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可以更清楚地評(píng)價(jià)和描述相關(guān)實(shí)驗(yàn)的病理變化或結(jié)果。

本研究擬用DWI序列觀察兔腦部和脊髓的ADC值，通過(guò)對(duì)腦部以及脊髓各段正常ADC值的比較研究，觀察上述區(qū)域正常ADC值的特點(diǎn)和規(guī)律，為相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究提供相應(yīng)的參考。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物實(shí)驗(yàn) 采用吉林大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究中心提供的的新西蘭家兔進(jìn)行樣本觀察，年齡在1-1.5歲，體重3.5-4.5 kg，雄性成年，其飲食、運(yùn)動(dòng)、反應(yīng)和尿便均正常。本課題采用12只普通級(jí)新西蘭家兔進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前家兔先適應(yīng)環(huán)境，全營(yíng)養(yǎng)飼料和自來(lái)水喂養(yǎng)，并觀察進(jìn)食、活動(dòng)情況。用10%水合氯醛溶液，經(jīng)兔子耳緣靜脈注射麻醉動(dòng)物后，置于膝關(guān)節(jié)表面線圈內(nèi)并進(jìn)行固定。然后分別將12只實(shí)驗(yàn)家兔進(jìn)行頭部和脊髓的磁共振掃描。

1.2 MR檢查條件 使用GE 1.5T Signa Twinspeed 磁共振掃描儀行 MRI 和DWI 檢查。MRI 檢查以膝關(guān)節(jié)表面線圈為射頻發(fā)射和接收線圈。對(duì)觀察對(duì)象進(jìn)行橫軸位T2WI、DWI、矢狀位T2WI序列掃描。其掃描參數(shù)為：橫軸位T2WI，F(xiàn)RFSE-XL，TR/TE:3000/101.8ms，F(xiàn)OV:180×144 mm2，層厚：3.0thk/0.5sp，NEX:4.00。橫軸位T2WI，F(xiàn)RFSE-XL，TR/TE:3000/106.8ms，F(xiàn)OV:200×200 mm2，層厚：2.0thk/0.3sp，NEX:4.00。DWI，SE/EPI，TR/TE:4000/62.4 ms，F(xiàn)OV:260×195 mm2，層厚：3.0thk/0.5sp，NEX:8.00，b值：600 s/mm2。

圖像處理在GE AW4.2工作站上進(jìn)行圖像處理，DWI數(shù)據(jù)利用Functool軟件處理完成，對(duì)觀察區(qū)用手繪ROI(12 mm2)(感興趣區(qū))法對(duì)感興趣區(qū)進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)ROI區(qū)自動(dòng)測(cè)量三次并取均值，測(cè)量時(shí)盡量避開(kāi)腦脊液偽影。并且獲取ADC值。

2 結(jié)果

分別測(cè)得實(shí)驗(yàn)家兔腦皮質(zhì)區(qū)、腦白質(zhì)區(qū)、中腦、腦橋、小腦、延髓以及頸1、頸2、頸3、頸4、頸5、頸6、頸7、胸1、胸2、胸3、胸4、胸5、胸6、胸7、胸8、胸9、胸10、胸11、胸12、腰1、腰2、腰3椎體水平脊髓內(nèi)的ADC值。并將各區(qū)域的ADC值進(jìn)行平均后獲得了各部位的平均值(圖1)。

圖1 12只兔子不同部位的ADC值(10-3mm2/s)

影像學(xué)觀察結(jié)果顯示兔腦和脊髓ADC值的范圍是0.763×10-3mm2/s-1.56×10-3mm2/s，所有數(shù)據(jù)的平均值為1.07±0.12×10-3mm2。家兔小腦區(qū)域的ADC值最低，而腦皮質(zhì)區(qū)、腦白質(zhì)區(qū)、中腦、腦橋的ADC值沒(méi)有明顯的差異。頸、胸、腰段脊髓的ADC值相互之間也沒(méi)有明顯的差別。但頭部與脊髓的ADC值卻有所差別，表現(xiàn)為頭部的ADC值略低于脊髓的ADC值。(表1)

表1 不同部位ADC值比較

注：F值與P值為方差分析的結(jié)果；字母為兩兩比較的結(jié)果，不同字母表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 討論

DWI屬于磁共振功能成像的一部分，可以在活體上測(cè)量水分子彌散運(yùn)動(dòng)方式，由于其成像原理有別于常規(guī)的T1WI和T2WI序列，可以顯示出不同區(qū)域水分子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，屬于無(wú)創(chuàng)性功能成像技術(shù)，因此應(yīng)用此方法來(lái)評(píng)價(jià)神經(jīng)系統(tǒng)有其獨(dú)到的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，在神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用方面較為成熟。但在脊髓的研究較少，主要因?yàn)榧顾璧慕馄式Y(jié)構(gòu)較小，圖像質(zhì)量獲取不穩(wěn)定，容易受到磁敏感偽影、椎管內(nèi)腦脊液流動(dòng)偽影和容積效應(yīng)、周圍脂肪組織以及呼吸運(yùn)動(dòng)等因素的影響[11,12,13]。

腦部和脊髓的解剖有一定的規(guī)律和特點(diǎn)，分析上述區(qū)域的彌散特點(diǎn)有助于進(jìn)一步了解其結(jié)構(gòu)和功能的特點(diǎn)。兔與人同屬于哺乳動(dòng)物，其神經(jīng)系統(tǒng)形態(tài)和結(jié)構(gòu)大體相當(dāng)，但也有不同的地方：兔的脊柱由7個(gè)頸椎，12個(gè)胸椎，7個(gè)腰椎以及骶尾骨組成，脊髓圓錐在腰3、腰4椎體水平；而且兔的小腦較人類發(fā)達(dá)，所占的容積比率較高。

部分學(xué)者對(duì)人的頸段脊髓進(jìn)行了正常ADC值的側(cè)量，均值分別為1.06±0.09×10-3mm2、0.78±0.08×10-3mm2以及其它幾組類似的數(shù)據(jù)[14]，并且相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)人脊髓的ADC值與年齡的因素存在相關(guān)性[15,16]。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)兔腦部和脊髓進(jìn)行DWI序列掃描后得到的ADC值，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析后發(fā)現(xiàn)，各組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物頭和脊髓各部位的ADC取值在0.763×10-3mm2/s-1.56×10-3mm2/s之間，而所有數(shù)據(jù)的均值1.07±0.12×10-3mm2。雖然本實(shí)驗(yàn)的物種和取值部位、范圍與上述學(xué)者研究的對(duì)象存在差別，但本組數(shù)值與其提供的數(shù)值范圍相似。因此具有重要的參考意義。

本組數(shù)值中家兔小腦區(qū)域的ADC均值最低(圖1)。分析其原因可能跟小腦的解剖結(jié)構(gòu)有一定關(guān)系。雖然小腦在顱腦內(nèi)，與腦皮質(zhì)區(qū)、腦白質(zhì)區(qū)、中腦、腦橋相鄰，但小腦的腦葉和腦溝與大腦半球有著明顯的差別，因此水分子在小腦半球的彌散運(yùn)動(dòng)方式與大腦半球有著明顯的不同[10-12]。

另一方面腦部區(qū)域ADC值略低于脊髓區(qū)域，可能與兩者的空間結(jié)構(gòu)有關(guān)。腦部的容積明顯大于脊髓，水分子彌散受到的影響較小。而脊髓周圍的容積狹小，可能限制了該區(qū)域水分子的運(yùn)動(dòng)方式[9-14]。本研究獲取的脊髓ADC值較腦部的高，也說(shuō)明脊髓區(qū)域水分子的彌散相對(duì)受限，使得取值較腦部偏高。

綜上所述，通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，磁共振DWI序列可以用于兔神經(jīng)系統(tǒng)的檢查，而且獲得的ADC值可以反應(yīng)兔神經(jīng)系統(tǒng)的解剖特點(diǎn)。兔腦部水分子的彌散運(yùn)動(dòng)相對(duì)脊髓不受限，其ADC值略低于兔脊髓的ADC值。而兔小腦的解剖特點(diǎn)決定了其ADC值相對(duì)其他區(qū)域更低。

本研究?jī)H為相關(guān)方面的初步探索，由于樣本量的限制，并不能完全準(zhǔn)確地反映兔神經(jīng)系統(tǒng)的各區(qū)域ADC值的變化規(guī)律。因此需要更大樣本量的積累，以獲得更為豐富、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

[1]Schwartz ED,Chin CL,Takahashi M,et al.Diffusion-weighted imaging of the spinal cord[J].Neuroimaging Clin N Am，2002，12:125.

[2]Schwartz ED,Shumsky JS,Wehrli S,et al.Ex vivo MR determined apparent diffusion coefficients correlate with motor recovery mediated by intraspinal transplants of fibroblasts genetically modified to express BDNF[J].Exp Neurol,2003，182:49.

[3]陳智勇，段 青，薛蘊(yùn)箐,等.3.0T磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像診斷腎血管平滑肌脂肪瘤[J].中國(guó)介入影像與治療學(xué)，2010，7(3)：246.

[4]周國(guó)興，沈 璐，趙江民,等.3.0TMR擴(kuò)散加權(quán)成像對(duì)膀胱癌T分期的診斷價(jià)值[J].臨床放射學(xué)雜志，2011，30(5)：681.

[5]Zeng QS,Li CF,Liu H,et al.Distinction between recurrent gliomas and radiation injury using Magnetic Resonance Spectroscopy in combination with diffusion-weighted imaging[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2007,65(1):151.

[6]Spiegelmann R,Friedman W A,Bova F J,et al.LINAC radiosurgery:an animal mode[J].Neurosurg,1993,78(4):638.

[7]C-J Lee,K-W Kim,H-M Lee,et al.The effect of thalidomide on spinal cord ischemia/reperfusion injury in a rabbit model.Spinal Cord.2007,45(2):149-157.

[8]宋 亭，梁碧玲，黃穗喬等。神經(jīng)妥樂(lè)平對(duì)兔脊髓放射性損傷的治療作用[J].中國(guó)脊柱脊髓雜志，2004，14(12)：748.

[9]Zhang RP,Zhang K,Li JD,Liu Q,Xie J.In vivo tracking of neuronal-like cells by magnetic resonance in rabbit models of spinal cord injury[J].Neural Regen Res,2013,8(36):3373.

[10]Bulakbasi N,Guvenc I，Onguru O，et al．The added value of the apparent diffusion coefficient calculation to magnetic resonance imaging in the differentiation and Grading of malignant brain tumors[J]．J Comput Assist Tomogr,2004，28(6):735.

[11]Restrepo L,Jacobs MA,Barker PB,et al.Assessment of transient ischemic attack with diffusion-and perfusion-weighted imaging[J].Am J Neuroradiol,2004,25(10):1645.

[12]Lai PH，Hsu SS，Lo YK,et al．Role of diffusion-weighted imaging and proton MR spectroscopy in distinguishing between pyogenic brain abscess and necrotic brain Tumor[J]．Acta Neurol Taiwan,2004,13(3):107.

[13]Kazuki Chagawa,Shunka Nishijima,Tsukasa Kanchiku,et al.Normal Values of Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging Parameters in the Cervical Spinal Cord.Asian Spine [J],2015,9(4):541.

[14]Eric D Schwartz,Emily T Cooper,Chih-Liang Chin,et al.Ex vivo Evaluation of ADC Values within Spinal Cord White Matter Tracts[J].AJNR Am J Neuroradiol,2005,26:390.

[15]Mamata H,Jolesz FA,Maier SE,et al.Apparent diffusion coefficient and fractional anisotropy in spinal cord:age and cervical spondylosis-related changes[J].J Magn Reson Imaging,2005,22:38.

[16]Aota Y,Niwa T,Uesugi M,et al.The correlation of diffusion-weighted magnetic resonance imaging in cervical compression myelopathy with neurologic and radiologic severity[J].Spine (Phila Pa 1976),2008,33:814.

Study on the Application of ADC Value in the Experimental Model of Brain and Spinal Cord in Rabbits

CUIChuan-yu1，WANGTian-wei*1，LEIJie2，etal.

(1.China-JapanUnionHospitalofJilinUniversity,Changchun130033,China；2.FAWGeneralHospital)

Objective To obtain rabbit nervous system of brain and spinal cord in different regions and segments of the apparent diffusion coefficient numerical value(apparent diffusion coefficient,ADC),the ADC numerical value range of observation,to study the changes of the ADC numerical values in rabbit’s brain and spinal cord.Methods 12 normal New Zealand rabbits are adopted with diffusion weighted imaging (diffusion-weighted imaging DWI) sequence to scanning the rabbits’ brain cortex,brain white matter,midbrain,pons,cerebellum,medulla and the spinal cord from the level of Cervical vertebra 1 to Lumbar vertebra 3,then get the areas of normal ADC numerical values.Results The range of rabbits’ brain and spinal cord of the normal values of ADC is 0.763×10-3mm/s-1.56×10-3mm/s.Conclusion Magnetic resonance DWI sequences can be used for the examination of nervous system in rabbits.In the subject areas,the ADC numerical value of the rabbit’s cerebellum was the lowest.The value of ADC in rabbit's brain was slightly lower than that of ADC in rabbit’s spinal cord.

MRI;Brain;Spinal cord;ADC;Rabbit

吉林省科學(xué)技術(shù)廳科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(20120724)

1007-4287(2016)11-1833-03

R745.4

A

2016-04-09)

*通訊作者