高壓電擊傷家兔模型肢體壞死損傷的診斷：基于磁共振成像分析

阮 鵬，孫斯琴，楊 凡，雷文峰，郭 威

武漢市第三醫院（武漢大學附屬同仁醫院）放射科，湖北 武漢430000

電擊傷分為高壓電擊傷和低壓電擊傷，其中高壓電擊傷因致死、致殘率高，患者預后差，是嚴重的危害公共健康問題［1］。高壓電擊傷會造成接觸點和深部組織損害，若不進行及時治療，會呈漸進性壞死而進一步致殘或致死［2-3］。及時準確地判斷肢體軟組織壞死情況及血管損傷情況是能否合理清創的關鍵。但臨床醫生單純依靠肉眼經驗判斷肢體損傷壞死范圍有困難，選擇合適的影像學方法術前評估電擊傷后肢體的活力及血管情況具有重要的臨床價值。MRI相較于其他影像學檢查方法如彩色多普勒超聲、數字減影技術、計算機斷層血管造影法、放射性血池顯像法，具有參數靈活、多層面掃描、分辨力高、反應組織特性敏感等長處，一次掃描可以同時完成多項檢查內容，現已成為診斷骨關節及軟組織病變的重要手段［4］。近年來MRI在電擊傷的應用越來越受到重視，但這些應用主要集中在磁共振各種功能成像對腦損傷的研究上［5-7］，采用MRI尤其是擴散加權成像（DWI）類MRI進行肢體電擊傷的診斷尤為少見，僅有學者進行了肢體電擊傷MRI信號特點的初步研究［8］，但DWI掃描時應采用何種b值并未提及。家犬、大鼠、兔是目前用于制作高壓電擊傷的主要模型動物［9］。本研究擬通過家兔肢體高壓電擊傷模型探討關于磁共振常規序列及多b值DWI序列對電擊傷模型的研究價值，以確定較為合適的b值，為MRI今后用于臨床電擊損傷的早期診斷提供更多實驗支持。

1 材料與方法

1.1 主要試劑及儀器

3%戊巴比妥鈉購自國藥集團；釓噴替酸葡甲胺（先靈公司，德國）；實驗動物手術臺（Harvard Apparatus）；ALLC-10.4 型電子天平（上海精密科學儀器公司）；ECLIPSE 80i型熒光顯微鏡（Nikon）；BrivoMR355新光纖超導1.5 T核磁共振成像設備（GE）；自制電燒傷模型設備，主要裝置包括：調壓器（220 V 交流，額定功率3000 W）、時間繼電器、電流保護裝置、升壓變壓器（500～2000 V，最大功率3500 W），電壓計、電流及銅制電極板（大電極板規格：30 mm × 30 mm，小電極板規格：5 mm×5 mm，圖1）。

圖1 自制電擊燒傷模型設備Fig.1 Self-made electric shock burn model equipment.

1.2 實驗動物

5月齡普通家兔30只，雌雄各半，體質量2.8±0.3 kg，購自北京市藥品檢驗所，許可證號：SYXK（京）2020-0041，所有實驗動物按《關于善待實驗動物的指導性意見》規定處理，實驗方案經動物倫理委員會審查批準，且遵循動物實驗減少、優化和替代的3R原則。

1.3 模型構建

30只普通家兔，根據前期研究［10］設置3種不同的電擊條件，采用隨機數字表法將家兔隨機分為3組，分別為：A組（電擊0.2 s）、B組（電擊0.5 s）、C組（電擊1 s），10只/組。適應性喂養1周后對家兔進行電擊模型構建，具體操作如下：將健康家兔俯臥位固定于手術臺上，采用3%戊巴比妥鈉（0.5 mL/kg）耳緣靜脈注射麻醉家兔，剃除其左后肢及臀部兔毛，刷上超聲導電膠，連接自制高壓電擊設備，置小電極板于左后肢膝關節內側肌肉上下5 cm處，大電極板于同側臀肌上，調節變壓裝置，設定兩電極間電壓為2 kV。然后對家兔左側后肢進行電擊實驗，電擊時間分別持續0.2、0.5、1 s。本實驗過程中電擊家兔均存活，未出現死亡情況。

1.4 MRI掃描

各組家兔按0.4 mL/kg體質量肌注3%戊巴比妥鈉進行麻醉。采用GE1.5 T 掃描儀進行T2WI 平掃、T1WI-FS增強掃描及多b值DWI掃描。T2WI掃描參數：TE 78 ms、TR 5000 ms、FOV 260 mm×260 mm、矩陣320×512、層厚3 mm、層間距2 mm、NEX=2；T1WIFS增強掃描按0.1 mmol/kg注射釓噴替酸葡甲胺后進行橫斷面、冠狀面和矢狀面的掃描，設置參數：TE 11 ms、TR 1000 ms、FOV 50 cm ×50 cm、矩陣320×512、層厚3 mm、層間距0 mm、NEX=2；DWI掃描采用SE-EPI序列，b值分別選取400、600、800、1000、1200 s/mm2，參數設置為TE 69.5 ms、TR 4500 ms、FOV 260 mm×260 mm、層厚3 mm、層間距2 mm、矩陣64×64、NEX=2。

1.4 圖像觀察及處理

分別于電擊傷后24、48和72 h觀察肌肉磁共振信號。T2WI平掃信號表現為高信號及增強強化區視為肌肉損傷，T1WI-FS增強掃描信號表現為增強不強化視為肌肉壞死。于表觀擴散系數（ADC）圖上對燒傷后病灶組織圈定感興趣區，避開血管行走區及軟組織區，測量3次ADC值，取其平均值。

1.5 下肢組織病理學檢查

于電擊傷后根據前期研究［9］標準對電擊家兔進行肢體損傷評價（表1），然后采用空氣注射耳緣靜脈法處死家兔。采集重度損傷家兔電擊傷后24、48、72 h其下肢創口5 cm處的肌肉組織，于10%中性甲醛中固定24 h，石蠟包埋制備切片，再將切片進行蘇木精和伊紅染色，切片封片后于顯微鏡下觀察電擊下肢組織損傷程度、血管內膜損傷范圍及栓塞狀態。

表1 電擊傷后肢體損傷程度分級標準Tab.1 Grading standard of limb injury after electrical injury

1.6 統計學分析

采用SPSS22.0軟件對數據進行處理和分析，對感興趣區域各b值的ADC值進行比較；計量資料以均數±標準差表示，多組間比較行方差分析；對兩變量或多變量間關聯度行χ2檢驗。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 各組家兔電擊后肢體損傷評價

對3種電擊條件下各個損傷程度家兔只數進行統計，結果顯示共造成“輕”度損傷模型家兔為7只，“中”度損傷模型家兔為7只，“重”度損傷模型家兔為6只，“特重”度損傷模型家兔為10只（表2）。

表2 電擊傷后各組家兔損傷程度評價Tab.2 Evaluation of injury degree of rabbits in each group after electric shock(n)

2.2 家兔電擊后不同時間下肢組織病理學變化

電擊后24 h后可見家兔下肢肌肉間質存在出血情況，肌細胞呈凝固性壞死及肌溶解，同時伴隨大量的炎性浸潤；48 h后則可觀察到肌肉間質血管呈腫脹狀態且有血栓形成；72 h后肌肉壞死組織進一步擴大加重（圖2）。

圖2 家兔電擊后不同時間下肢H&E染色Fig.2 H&E staining of lower extremities at different times after electric shock in rabbits(×400).

2.3 家兔電擊后不同時間下MRI圖像掃描結果

家兔電擊傷后24 h可見小腿及大腿肌肉掃描信號表現為彌漫稍長且不均勻的T2信號，肌肉間隙可觀察到液體信號。T1WI信號為等信號，增強后不均勻強化；48 h后兩種信號與24 h表現差異不大，也表現為彌漫稍長且不均勻的T2信號，T2液體信號以及增強后不強化的T1WI信號；72 h后T1WI平掃較48 h變化不大，仍可見彌漫稍長且不均勻的T2信號及T2液體信號，但增強后不強化區域顯著擴大（圖3）。

圖3 家兔電擊后不同時間下MRI圖像掃描Fig.3 MRI image scanning at different time after electric shock in rabbits.

2.4 家兔電擊后不同程度損傷的ADC結果

采用DWI掃描觀察不同b值下家兔電擊不同損傷程度的ADC值。結果發現，隨b值的升高，ADC值呈逐漸降低趨勢。與“輕”度相比，“中”，“重”和“特重”度損傷的各個b值條件下ADC值均降低，差異有統計學意義（P<0.01）；與“中”度損傷相比，b值為600、800、1000和1200 s/mm2時，“重”和“特重”度損傷ADC值顯著降低（P<0.01），b值為400 s/mm2時，“特重”度損傷ADC值顯著降低（P<0.01）；與“重”度損傷相比，b值為400、600、800 s/mm2時，“特重”度損傷ADC值降低（P<0.01），b值為1000 s/mm2和1200 s/mm2時，“特重”度損傷ADC值較“重”度損傷差異無統計學意義（P>0.05，表3）。

表3 各b值條件下家兔電擊傷不同損傷程度的ADC值Tab.ADC values of different degrees of electrical injury in rabbits under the condition of b values(×10-3 mm2/s,Mean±SD）

3 討論

肢體電擊傷因其損傷的范圍和程度在臨床上難以迅速判斷，因此確定較為合適的MRI掃描條件，準確判斷肢體電擊傷的程度，對早期診斷及治療該類損傷具有重要意義［11-13］。有學者將電擊肌肉損傷的MRI表現主要分為3型：Ⅰ型T1WI信號為高或略高，T2WI信號高，并伴有明顯異常的對比增強；Ⅱ型呈T1WI等信號或略高信號，T2WI信號高，但無明顯強化；Ⅲ型T2WI信號低且無明顯強化［14］。Ⅰ型提示電擊后肌肉存在不同程度的壞死，Ⅱ、Ⅲ型則提示出現完全壞死。本研究采用自制電擊設備對家兔分別電擊0.2、0.5、1 s構建電擊損傷模型，然后通過前期研究的電擊傷損傷程度分級標準對各組電擊損傷家兔進行損傷分級。結果顯示共計造成“輕”度損傷模型家兔為7只，“中”度損傷模型家兔為7只，“重”度損傷模型家兔為6只，“特重”度損傷模型家兔為10只，其中電擊時間為0.2、0.5 s時模型家兔損傷分級較為明顯。相較于歐［8］等采用1 kV電壓持續電擊5 s的安全性較高，損傷分級更加明顯，提示電擊時間為0.2～0.5 s，電壓為2 kV的電擊條件較為合適，與臨床患者損傷程度相似，符合實驗要求。進一步組織學結果顯示，電擊后24 h后可見家兔下肢肌肉間質出血情況，肌細胞呈凝固性壞死及肌溶解；48 h后肌肉間質血管呈腫脹狀態且有血栓形成；72 h后肌肉壞死組織進一步擴大加重，肌肉呈漸進性壞死狀態。該組織學結果與MRI影像學信號表現結果一致，即電擊后的下肢呈現為漸進性壞死的狀態。提示MRI圖像掃描可較為準確判定組織損傷情況。

高壓電流在通過血管時極易導致血管壁受損或栓塞甚至血管閉塞，準確判斷受傷肢體的血管受損情況，也極大的決定了患者的預后和截止部位的選擇［15-16］。隨著MRI技術的不斷進步，DWI多b值掃描技術對鑒別細胞水腫或血管受損提供了較為可靠的研究數據。DWI技術僅通過ADC值即可定量分析細胞間水分子的擴散情況，間接反映細胞密度及細胞膜的完整性，具有無輻射、無需注射同位素或對比劑的優勢。當細胞周圍水分子擴散受到明顯限制，則可觀察到ADC值的顯著降低，反之ADC值則明顯升高。在電擊傷中當肢體損傷加重，其血流會降低或停滯，而發生漸進性壞死，因此，ADC值會隨損傷程度的加重而降低［17-18］。DWI多b值掃描技術可較為準確的判斷腫瘤微環境及致密狀態，對多種腫瘤疾病的分級有著較為重要的指導意義［19-21］，但關于肢體的DWI掃描合適b值未見報道。本研究選取b值為400、600、800、1000、1200 s/mm2的DWI序列，通過ADC值鑒別不同程度電擊損傷分級家兔的血管損傷情況，以期確定較為合適的b值對應檢測確定臨床電擊損傷分級。本研究結果顯示，隨著b值的升高，各級電擊損傷家兔的ADC 值逐漸降低，b 值在600 s/mm2和800 s/mm2條件下，“輕”、“中”、“重”和“特重”度損傷ADC值差異均有統計學意義，提示b值為600 s/mm2和800 s/mm2時，DWI掃描可對電擊損傷進行較為準確的分級鑒定。

綜上所述，本實驗電擊條件程度適中，可用于電擊模型制備；T2WI平掃及T1WI-FS增強掃描信號顯示電擊家兔呈漸進性壞死情況，與組織學結果一致；當b值為600 s/mm2和800 s/mm2時，DWI掃描可對電擊損傷進行較為準確的分級鑒定。MRI聯合ADC值用于臨床肌肉燒傷病理變化的檢測具有重要參考意義。