應(yīng)用MRI預(yù)掃描定位提高大鼠腦立體定位術(shù)的準(zhǔn)確性

和清源，韓鴻賓，馬長(zhǎng)城，李 東

(1.北京大學(xué)第三醫(yī)院放射科，北京 100191;2.北京大學(xué)第三醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，北京 100191;3.北京大學(xué)第三醫(yī)院中醫(yī)科，北京 100191)

應(yīng)用MRI預(yù)掃描定位提高大鼠腦立體定位術(shù)的準(zhǔn)確性

和清源1，韓鴻賓1，馬長(zhǎng)城2，李 東3

(1.北京大學(xué)第三醫(yī)院放射科，北京 100191;2.北京大學(xué)第三醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，北京 100191;3.北京大學(xué)第三醫(yī)院中醫(yī)科，北京 100191)

目的 評(píng)價(jià)MRI預(yù)掃描方法在鼠腦穿刺定位準(zhǔn)確性上的作用與價(jià)值。材料與方法 選取健康雄性SD大鼠18只，隨機(jī)分為2組，分別為MRI預(yù)掃描定位組(9只)，在MR圖像指導(dǎo)下進(jìn)行穿刺注射;以及經(jīng)典穿刺組(9只)，不采用MR影像學(xué)檢測(cè)定位，嚴(yán)格按照腦立體定位圖譜進(jìn)行穿刺注射。穿刺以通過(guò)蒼白球中心的鼠腦切面中尾狀核區(qū)為靶目標(biāo)，穿刺后采用MRI影像學(xué)方法確定穿刺點(diǎn)位置，比較MRI預(yù)掃描定位穿刺與經(jīng)典立體定位穿刺的準(zhǔn)確度。結(jié)果 MRI預(yù)掃描定位組穿刺準(zhǔn)確率為88.89%，經(jīng)典穿刺組穿刺準(zhǔn)確率為66.67%;兩種方法的穿刺定位差異有顯著性(P＜0.05)，MRI預(yù)掃描組的穿刺定位準(zhǔn)確度明顯高于經(jīng)典穿刺組。結(jié)論 MRI預(yù)掃描可顯著提高鼠腦立體定位穿刺的準(zhǔn)確度，是進(jìn)行立體定位精細(xì)穿刺的必要操作。

磁共振;立體定位;大鼠;腦;穿刺

【Key words】MRI;Stereotaxic technique;Rat;Brain.

在某些臨床診療及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，需要在較少損傷中樞神經(jīng)系統(tǒng)的情況下，把細(xì)微的電極或?qū)Ч苡心康牡夭迦肽X的某些深部結(jié)構(gòu)，這種定向安置的技術(shù)稱(chēng)為腦立體定位術(shù)(brain stereotactic technique)。它是在腦內(nèi)進(jìn)行電刺激、記錄細(xì)胞放電、進(jìn)行微量注射及推挽灌流等項(xiàng)實(shí)驗(yàn)時(shí)必不可少的步驟［1］。準(zhǔn)確進(jìn)行立體定位是決定整個(gè)實(shí)驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵步驟。目前大多數(shù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行立體定位的依據(jù)是立體定位圖譜。然而由于客觀條件及倫理約束，導(dǎo)致制作腦立體定位圖譜時(shí)解剖的動(dòng)物數(shù)量有限，因此立體定位圖譜本身的準(zhǔn)確度也相應(yīng)受到限制，通常有0.5mm 左右的誤差［2，3］。某些目標(biāo)核團(tuán)往往短徑只有1mm甚至更小，0.5mm的誤差會(huì)導(dǎo)致定位到完全不同的腦區(qū)，直接導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失敗，導(dǎo)致大鼠無(wú)謂的犧牲，并浪費(fèi)實(shí)驗(yàn)資源與人力資源。因此，尋找一種提高立體定位穿刺準(zhǔn)確率的方法是非常必要的。

磁共振成像技術(shù)(magnetic resonance imaging，MRI)可在體、無(wú)創(chuàng)地對(duì)大鼠腦組織形態(tài)學(xué)進(jìn)行成像，在MRI圖像指導(dǎo)下進(jìn)行立體定位操作，在理論上將會(huì)提高立體定位的準(zhǔn)確性，并保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信性與可重復(fù)性。本研究以對(duì)SD大鼠為研究對(duì)象，選取包含有多個(gè)腦區(qū)的大腦橫斷切面，對(duì)特定腦區(qū)(尾狀核)進(jìn)行穿刺注射，采用磁共振示示蹤技術(shù)驗(yàn)證穿刺位置，評(píng)價(jià)MRI預(yù)掃描定位方法在鼠腦立體定位穿刺上的作用與價(jià)值。

1 材料和方法

1.1 主要材料與儀器

MRI掃描使用德國(guó)西門(mén)子公司磁共振機(jī)(Siemens TRIO 3.0 T);MR示蹤劑為釓噴酸葡胺注射液(4.69 g/10mL，北京北陸藥業(yè)有限公司生產(chǎn))，用去離子水稀釋至30 μmol/L;大鼠腦立體定位穿刺操作使用美國(guó)Stoelting公司單臂腦立體定位儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組

健康雄性SD大鼠，體重250～300 g，由北京大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供(實(shí)驗(yàn)動(dòng)物使用許可證:SYXK(京)2011－0039;實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生產(chǎn)許可證:SCXK(京)2011－0012)。實(shí)驗(yàn)用大鼠18只，其中甲組9只大鼠為MRI預(yù)掃描定位組，此組大鼠在穿刺前經(jīng)MR掃描，并在MR圖像指導(dǎo)下在腦尾狀核位置進(jìn)行微量注射;乙組9只大鼠為經(jīng)典穿刺組，不采用MR影像學(xué)檢測(cè)定位，嚴(yán)格按照腦立體定位圖譜在尾狀核內(nèi)進(jìn)行微量注射。

1.3 立體定位和藥物注射

本研究選擇在通過(guò)蒼白球中心的鼠腦橫斷切面，以左側(cè)尾狀核為目標(biāo)區(qū)進(jìn)行穿刺注射。大鼠經(jīng)10%水合氯醛(400 mg/kg)腹腔注射麻醉后，俯臥位固定于腦立體定位儀，頭皮正中切開(kāi)，分離骨膜，暴露前囟，于顱骨背側(cè)前囟后1.0mm，左旁開(kāi)3.5mm處鉆一直徑為2.0mm的小孔，甲組大鼠前囟處用示蹤劑做一標(biāo)記，首先經(jīng)過(guò)預(yù)掃描，根據(jù) MRI圖像，測(cè)量并計(jì)算大鼠前囟與尾狀核區(qū)的空間位置，以前囟區(qū)標(biāo)記點(diǎn)為指導(dǎo)進(jìn)行定位穿刺，并注射示蹤劑;乙組大鼠嚴(yán)格按照立體定位圖譜，前囟后1.0mm，左旁開(kāi)3.5mm，進(jìn)針深度5.0mm位置進(jìn)行穿刺并注射示蹤劑。兩組大鼠都以0.2 μL/min的速度恒速注射 2 μL Gd－DTPA，注射完畢后，留針 5 min，緩慢移出針頭。

1.4 MRI圖像采集與測(cè)量

在打藥完成后立即對(duì)兩組大鼠進(jìn)行MRI掃描，采用體素為(0.6×0.6×0.6)mm的三維磁化強(qiáng)度預(yù)備梯度回波序列(three－dimensional magnetization prepared rapid acquisition gradient echo sequences，3D－MP RAGE)，采集大鼠全腦 T1圖像后，用三維重建技術(shù)獲得鼠腦橫斷位(軸位)的圖像，測(cè)量MRI圖像中增強(qiáng)區(qū)域的核心位置，也即穿刺注射點(diǎn)的位置。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

設(shè)微量注射到尾狀核區(qū)為成功，注射到其他位置為不成功，對(duì)兩組大鼠的注射成功率做 χ2檢驗(yàn)，P＜0.05差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。所得數(shù)據(jù)均由 SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件分析。

2 結(jié)果

甲組(MR預(yù)掃描定位組)大鼠在左側(cè)尾狀核微量注射Gd－DTPA后，通過(guò) MR掃描發(fā)現(xiàn)，有8只大鼠的注射點(diǎn)在目標(biāo)位置，即尾狀核區(qū)，占本組大鼠總數(shù)的88.89%，另外一只大鼠的注射點(diǎn)在丘腦區(qū)(圖1)。乙組(經(jīng)典穿刺組)大鼠中有6只的穿刺點(diǎn)在尾狀核區(qū)，占所有大鼠的66.67%;另外3只大鼠中，有2只注射到丘腦區(qū)，占大鼠總數(shù)22.22%，1只注射到白質(zhì)區(qū)，占大鼠總數(shù)的11.11%(圖2，表1)。

采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)兩組大鼠的注射成功率進(jìn)行卡方檢驗(yàn)(Fisher精確概率法)，甲組(預(yù)掃描定位組)穿刺準(zhǔn)確度增高有顯著性意義(P＜0.05)。

表1 兩種穿刺方法準(zhǔn)確率的情況Tab.1 Comparison of the puncture accuracy in rats of the two groups

圖1 大鼠預(yù)掃描MR圖像，白色箭頭所指高亮的信號(hào)區(qū)即示蹤劑定位標(biāo)記點(diǎn)，根據(jù)圖像測(cè)量標(biāo)記點(diǎn)到目標(biāo)核團(tuán)的空間位置，指導(dǎo)立體定位穿刺。Fig.1 A pre－scanning image of rat brain.The highlight shown by white arrow was position marker，by which the position of caudate nucleus in space could be calculated.

圖2 在尾狀核區(qū)微量注射示蹤劑 Gd－DTPA 1 h后得到的 MRI圖像，A、B、C圖分別為 MR掃描并3D重建后大鼠腦不同角度的截圖，圖中的箭頭所指高亮區(qū)域?yàn)槭聚檮U(kuò)散區(qū)域。Fig.2 Images of a rat taken at 1 hour after Gd－DTPA injection into the caudate nucleus.The high signal intensity region，shown by the black arrow，indicates the injection site.

圖3 A圖為在白質(zhì)區(qū)微量注射示蹤劑Gd－DTPA 1 h后得到的MRI圖像;B圖為在丘腦區(qū)微量注射示蹤劑Gd－DTPA 1 h后得到的MRI圖像，T2圖像可見(jiàn)丘腦區(qū)高信號(hào)，為穿刺損傷變化。Fig.3 A.The image of a rat taken at 1 hour after Gd－DTPA injection into the white matter.B.The image of a rat taken at 1 hour after Gd－DTPA injection into the thalamus area.The high signal intensity region on T2 image indicates the puncture injury on thalamus area.

3 討論

在某些采用微量注射進(jìn)行治療的實(shí)驗(yàn)中，注射的藥物到達(dá)靶位置的濃度與其療效關(guān)系密切，如果穿刺點(diǎn)位置不準(zhǔn)確，在非目標(biāo)腦區(qū)進(jìn)行微量注射后，藥物的擴(kuò)散路徑與濃度變化規(guī)律有很大差別，甚至在同一核團(tuán)的不同位置注射，其擴(kuò)散規(guī)律與濃度變化規(guī)律也不相同［4－5］。所以在此類(lèi)實(shí)驗(yàn)中，如果要保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性與可重復(fù)性，一定要每次微量注射都穿刺到同一位置，因此，消除大鼠的個(gè)體差異，保證微量注射位置一致，是非常必要的。而且由于立體定位圖譜在制作過(guò)程中使用的動(dòng)物數(shù)量有限，所以一般只針對(duì)某一體重范圍的動(dòng)物進(jìn)行制作，所以如果實(shí)驗(yàn)需要采用體重不在此范圍的動(dòng)物，那么就只能根據(jù)圖譜中所給出的校正公式進(jìn)行估算，其可靠性得不到保證［2－3］。

導(dǎo)致穿刺不準(zhǔn)確的因素有多個(gè)，首先需考慮人為因素。熟練掌握穿刺技術(shù)的實(shí)驗(yàn)者會(huì)獲得較高的實(shí)驗(yàn)成功率，然而要熟練掌握穿刺技術(shù)，其代價(jià)可能是數(shù)十只實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的犧牲，以及實(shí)驗(yàn)資源、人力資源的浪費(fèi)。這在動(dòng)物權(quán)利日益受到重視的今天，越來(lái)越難以被倫理所接受，因此，如何提高穿刺準(zhǔn)確度，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)者迅速掌握穿刺技術(shù)，是迫切需要解決的問(wèn)題。

除了人為因素外，導(dǎo)致穿刺失敗的主要原因是:(1)大鼠個(gè)體差異。以本實(shí)驗(yàn)為例，體重較大的大鼠(超過(guò)腦立體定位圖譜所規(guī)定的平均體重)，按照?qǐng)D譜所標(biāo)注的位置進(jìn)行穿刺操作，則穿刺點(diǎn)偏內(nèi)側(cè)，進(jìn)針后注射位置偏淺，很容易注射入丘腦區(qū);同樣，體重較小的大鼠(低于腦立體定位圖譜所規(guī)定的平均體重)的穿刺點(diǎn)則偏外側(cè)，多誤穿刺到白質(zhì)纖維區(qū)。(2)實(shí)驗(yàn)中對(duì)穿刺精確度的要求超出了腦立體定位圖譜所能達(dá)到的最大限度。本實(shí)驗(yàn)采用的腦立體定位圖譜精確度為0.5mm，而大鼠腦中各核團(tuán)體積非常小，如本實(shí)驗(yàn)穿刺層面，多數(shù)核團(tuán)的短徑低于1mm，如白質(zhì)區(qū)、丘腦區(qū)等，即使體積較大的尾狀核與蒼白球，其短徑也小于2mm，在這種情況下，即便是與腦立體定位圖譜中的標(biāo)準(zhǔn)體重的大鼠，0.5mm的誤差也會(huì)導(dǎo)致完全不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖3)。

因此，立體定位圖譜的坐標(biāo)并不適用于大鼠的精細(xì)穿刺，而采用影像學(xué)方法來(lái)指導(dǎo)定位不但可以提高穿刺的準(zhǔn)確度，而且可以驗(yàn)證穿刺結(jié)果，提高實(shí)驗(yàn)可信度。MRI技術(shù)可在體無(wú)創(chuàng)的顯示組織器官內(nèi)部結(jié)構(gòu)，尤其是可清楚顯示神經(jīng)系統(tǒng)并通過(guò)三維立體重建在不同的角度觀察穿刺點(diǎn)的位置(圖2)，這些優(yōu)勢(shì)是X線與CT所無(wú)法比擬的。在每次立體定位注射前，先對(duì)大鼠頭部進(jìn)行 MRI掃描，在MR圖像上測(cè)量出尾狀核區(qū)的位置后再微量注射核磁示蹤劑 Gd－DTPA。注射完成后所有對(duì)大鼠進(jìn)行MRI掃描，MRI圖像中增強(qiáng)區(qū)域呈水滴狀，水滴中心即為穿刺注射點(diǎn)。在本研究中，采用MR圖像指導(dǎo)定位后，穿刺準(zhǔn)確率提高到88.89%，而經(jīng)典注射組的穿刺準(zhǔn)確率只有66.67%。對(duì)兩組大鼠的注射成功率進(jìn)行χ2檢驗(yàn)(Fisher精確概率法)得到P值小于0.05，二者有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，因此采用 MR圖像指導(dǎo)定位可顯著提高注射的準(zhǔn)確率。

綜上所述，僅依靠立體定位圖譜進(jìn)行精細(xì)穿刺等操作是不準(zhǔn)確的，為保證立體定位實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性與可重復(fù)性，采用MRI預(yù)掃描是有效而必要的方法。

［1］余秀平，陳春鵬.大鼠腦的立體定位技術(shù)的應(yīng)用體會(huì)［J］.解剖學(xué)研究，2005(01):75－75.

［2］Paxinos G.大鼠腦立體定位圖譜(第3版)［M］.諸葛啟釧，譯.北京:人民衛(wèi)生出版社.2005:2－30.

［3］陳志宏，張一模，張寶琳.腦立體定位方法及圖譜研制進(jìn)展［J］.承德醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，(01):68－70.

［4］Sykova E，Nicholson C.Diffusion in brain extracellular space［J］.Physiol Rev，2008，(4):1277－1340.

［5］王俊華，田牛，鄭世榮，等.大鼠腦內(nèi)組織通道對(duì)物質(zhì)傳遞的性質(zhì)研究［J］.微循環(huán)學(xué)雜志，2001，(03):1－4.

Value of MRI Pre-Scanning in Improving the Accuracy of Stereotactic Brain Puncture in Rats

HE Qing－yuan1，HAN Hong－bin1，MA Chang－cheng2，LI Dong3
(1.Department of Radiology;2.Department of Neurology;3.Department of Chinese Medicine，Peking University Third Hospital，Beijing 100191，China)

Objective To evaluate the value of MRI pre－scanning technique in stereotactic brain puncture in rats.Methods Totally 18 SD rats were randomly divided into 2 groups(n=9):control group，in which the brain puncture was performed in strict accordance with the stereotactic brain atlas，and experimental group，in which MRI pre－scanning was performed and brain puncture was guided by the images.Rats in both groups were injected 2μL Gd－DTPA，taking caudate nucleus in the axial section which crosses the center of globus pallidus as target.Then MRI scanning was performed with three－dimensional magnetization－prepared rapid gradient－echo sequence to detect the enhancement of Gd－DTPA and compare the brain puncture accuracy between the two groups.Results The number of rats which were located precisely was 8 in experimental group(88.89%)，and 3 in the control group(66.67%).The difference between the two groups was statistically significant(P＜0.05).The accuracy of experimental group was much higher than that of control group.Conclusion MRI pre－scanning can improve the accuracy of stereotactic brain puncture，and it is a necessary step to confirm accuracy and repeatability of the stereotactic operations.

R445，R33

A

1671－7856(2012)08－0029－04

10.3969.j.issn.1671.7856.2012.008.007

2012－05－09

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30972811)，國(guó)家重大設(shè)備儀器專(zhuān)項(xiàng)基金(2011YQ030114)。

和清源(1982－)，男，主要研究方向:功能磁共振的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。E－mail:heqingyuan@bjmu.edu.cn。

韓鴻賓(1971－)，男，教授，研究員，主任醫(yī)師。E－mail:hanhongbin@bjmu.edu.cn。