1.5T磁共振成像可有效監測缺血性腦卒中大鼠模型不同時期的顱腦病變動態

摘要：目的 評估臨床醫用1.5T磁共振成像技術在不同時間點（6 h、3 d、5 d、7 d、14 d）對急性缺血性腦卒中大鼠模型顱腦病變成像的可行性及其影像學特征變化。方法 隨機選擇健康雄性SD大鼠10只（10～12周齡），通過線拴法建立永久性SD大鼠的大腦中動脈阻塞模型，使用醫用1.5T MR成像儀在不同時間點（6 h、3 d、5 d、7 d、14 d）對大腦中動脈阻塞模型大鼠進行T1WI、T2WI、T2 FLAIR、DWI成像掃描，觀察不同分期梗死大鼠腦磁共振圖像形態及信號強度變化。結果 1.5T MR成像儀所作DWI圖像可以用于診斷大鼠超急性期腦梗死，并直觀表現梗死程度和范圍；模型鼠腦梗死病灶在不同分期呈現不同的影像學改變，隨著時期進展，常規核磁序列呈現的大鼠梗死病灶信號強度及病灶形態有所改變。結論 臨床醫用1.5T磁共振成像技術能夠有效監測不同時間點缺血性腦卒中大鼠模型的顱腦病變動態變化，特別是DWI序列在超急性期梗死診斷中表現出色，為進一步的臨床研究和治療決策提供了有價值的影像學依據。

關鍵詞：缺血性腦卒中；臨床醫用核磁共振；大腦中動脈阻塞大鼠模型；彌散加權成像

1.5T magnetic resonance imaging caneffectively moniter the dynamic changes of cerebral

lesions in different stages of ischemic stroke in SD rats

LI Xueqi 1 ， YAKUFU Suobinuer 1 ， TANG Bin 1 ， HU Xinqi 2 ， SHAO Hua 1 ， JIANG Lei 2

1 Imaging Center，" 2 Department of Neurosurgery， The First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University， Urumqi 830054， China

Abstract： Objective To assess the feasibility and imaging characteristics of clinical 1.5T MRI in visualizing cerebral lesions atdifferent time points （6 h， 3 d， 5 d， 7 d， 14 d） in an acute ischemic stroke rat model. Methods Ten healthy male Sprague-Dawley rats， aged 10-12 weeks， were randomly selected and subjected to permanent middle cerebral artery occlusion via thefilament method to induce ischemic stroke. MRI scans， including T1WI， T2WI， T2 FLAIR， and DWI， were conducted using a1.5T clinical MRI scanner at the specified time intervals （6 h， 3 d， 5 d， 7 d， 14 d）， capturing morphological and signal intensitychanges across infarction stages in the rats. Results The DWI sequence obtained from the 1.5T MRI scanner facilitateddiagnosis of ultra-acute cerebral infarction in rats， effectively delineating infarction extent and scope. Infarct lesions in themodel rats exhibited distinct imaging changes across stages， with signal intensity and morphology alterations becomingapparent in conventional MRI sequences as the infarction progressed. Conclusion The clinical 1.5T MRI technique proveseffective in monitoring time-dependent dynamic changes in cerebral lesions in the ischemic stroke rat model. DWI， inparticular， exhibits outstanding diagnostic capacity in ultra-acute infarction， thus providing valuable imaging support foradvanced clinical research and therapeutic planning.

Keywords： ischemic stroke; clinical medical magnetic resonance imaging; rat model of middle cerebral artery occlusion;diffusion weighted imaging

大腦中動脈閉塞是引起臨床缺血性腦卒中最常見的原因之一［1， 2］ 。大鼠由于擁有與人類腦血管解剖、生理學相似性及其較強的可操作性而在腦血管疾病動物實驗中被廣泛使用［3， 4］ 。相比常用的動物模型建立與評價的方式如神經行為學評定或腦組織病理學評估，影像學檢查能夠提供直觀、無創、可持續的監測過程［5］。鼠的腦血管疾病模型研究及顱腦精細解剖成像所專用的高場強動物成像儀國內尚不普及。近年來臨床型1.5T核磁機成像被少許研究作為輔助手段，用于鼠的肝癌及轉移瘤成瘤的簡單診斷與監測［6， 7］ ，而鮮少用于腦血管疾病模型研究，高場強專用核磁機普及率低限制了影像學在大鼠腦血管疾病研究尤其是病灶持續性監測中的應用進展。本研究通過線拴法制備腦卒中模型，使用醫用1.5T MRI成像儀活體對造模鼠行顱腦T1WI、T2WI、T2FLAIR、彌散加權成像（DWI）成像，探討臨床醫用1.5TMRI成像儀活體顯示SD大鼠顱腦結構以及觀察不同時期腦梗死范圍和信號的變化的可行性與準確性，以期為低場強核磁機在大鼠腦血管疾病模型研究中的應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

10只SD雄性大鼠（10～12周齡，250±30 g）購自新疆醫科大學動物中心，飼養室溫度為20～25℃，濕度為50%～65%，晝夜明暗交替時間為 12 h/12 h，室內通風，可自由進食與飲水，手術前12 h禁食不禁水，術后恢復正常飲食。所有動物實驗均通過新疆醫科大學動物倫理委員會審核批準（倫理審批號：20210301-113），所有手術過程在麻醉下進行，遵循傷害最小化原則。所有實驗均根據《實驗動物護理和使用指南》第8版（2011年）和《動物研究：體內實驗報告》指南（http：//www.nc3rs.org.uk/arrive-guidelines）進行。

使用線拴法制作大鼠大腦中動脈閉塞模型，并于手術清醒后進行神經功能評估（NSS）［8］ ，分別在腦梗死后6 h、3 d、5 d、7 d、14 d進行NSS評分，NSS評分gt;7分為急性腦梗死大鼠模型建立成功，分值越高體現神經功能越差，選用評分相同的10只模型鼠進行磁共振功能成像。

1.2 MR檢查

使用磁共振掃描儀器為國產聯影1.5T磁共振成像系統（uMR560），使用腕關節線圈接收行以下序列成像。造模成功后的SD大鼠在不同時間點進行3%的戊巴比妥鈉（30 mg/kg）腹腔注射麻醉，俯臥放置在腕線圈中固定進行核磁掃描。掃描層面的定位參考大鼠腦立體定位圖譜［9］，選擇雙側對耳線和中線作為軸位定位點（圖1）。

掃描序列具體參數如下：T1WI：TR 671 ms，TE13.22 ms，層數15，層厚2.0 mm，間距10，FOV 120，激發翻轉角90°，回聚翻轉角150°，讀出分辨率272，相位分辨率80。

T2WI：TR 3201ms，TE 80.36 ms，層數15，層厚2.0mm，間距10， FOV 120，激發翻轉角90°，回聚翻轉角150°，讀出分辨率304，相位分辨率80。

FLAIR：TR 5000 ms，TE 110 ms，層數 15，層厚2.0 mm，間距10， FOV 120，激發翻轉角90°，回聚翻轉角150°，讀出分辨率256，相位分辨率70。

DWI：采用 SS-SE-EPI序列，b=0、1000 s/mm，TR3800 ms，TE 150.8 ms，層數15，層厚2.0 mm，間距10，FOV 120，激發翻轉角90°，回聚翻轉角150°，讀出分辨率128，相位分辨率100。

2 結果

2.1 MR顯示正常SD大鼠顱腦解剖及信號

T2WI顯示解剖層次最清楚，可觀察到大腦半球，腦干和小腦等，其次為T2 FLAIR、T1WI，信噪比T2WI、T1WI較高，T2 FLAIR次之。皮層區、紋狀體T1WI、T2WI、T2 FLAIR均為灰色信號，丘腦T1WI呈灰色信號，T2WI與T2 FLAIR信號低于皮層區，以T2WI信號對比差較大；皮層下白質信號呈類似改變。腦脊液T1WI及 T2 FLAIR 序列為低信號、T2WI為高信號；DWI腦組織均為灰黑色信號（圖2）。

2.2 不同分期大鼠卒中模型顱腦信號的改變

6 h內磁共振掃描可見DWI序列大鼠大腦半球高信號病灶，ADC圖為低信號，部分T2WI及T1WI序列掃描未見明確異常信號，T2WI及T2 FLAIR序列呈等信號或邊緣模糊的稍高信號，范圍小于DWI所示（圖3）；第3天大鼠DWI顯示病灶范圍變化不大，信號未見明顯減低，ADC圖依舊為低信號，但部分信號較前增高，T2WI及T2 FLAIR序列可見明顯高信號病灶，邊界清晰，T1WI序列可見低信號區，邊界模糊（圖4）；第5天大鼠DWI病灶呈稍高信號，ADC圖為稍低信號，T2WI及T2 FLAIR序列病灶面積及信號未見明顯異常改變（圖5）；第7天大鼠DWI信號進一步減低或等信號，ADC圖為稍低信號或等信號，部分T1WI、T2WI及T2FLAIR序列可見軟化灶形成（圖 6）；第14天全部大鼠顱腦DWI圖像未見明顯高信號區（圖7），軟化灶顯示清楚。此外，少數大腦中動脈阻塞大鼠6 h內T2 FLAIR序列上可見與灰質表面相鄰的蛛網膜下腔中條狀高信號影，周圍腦脊液圍繞，第3天后基本消失不見，懷疑為高信號血管征（FVHs）（圖8）。

3 討論

DWI通過施加擴散敏感梯度場前后受檢組織內水分子的變化，反映人體組織內水分子的功能變化，從而實現活體檢測與組織含水量改變相關的生理學變化，能夠及時快速實現病灶定位，對腦梗死的治療和診斷有重要意義［10］。有病理學研究證實，經過大腦中動脈閉塞造模成功的大鼠顱內梗死區病理學改變與同期腦梗死患者相符，但IS動物模型病理分期暫無統一標準，多以臨床IS患者發病時間長短為依據分期為超急性期、急性期、亞急性期及慢性期［11］ 。本研究根據臨床分期分別進行磁共振掃描，發現模型鼠梗死區域影像學表現與過往研究中腦梗死患者相符，并可以觀察到梗死區域隨時間改變的連續性影像學變化。行為學測試提示模型鼠于缺血6 h內即出現明顯的神經功能缺失癥狀，早期缺血缺氧使得細胞膜上鈉鉀泵失活，大量水分子進入細胞內，造成梗死區細胞毒性水腫，細胞外水分子運動受限而病灶區結合水量無顯著改變［12］ 。此時T1、T2弛豫時間不受顯著影響，DWI可以敏銳發現腦組織水分子彌散受限而呈現高信號。本次實驗中所有造模成功的大鼠早期影像學檢查梗死側大腦半球均呈現DWI明顯高信號，其他常規序列掃描未見明顯異常信號，與過往研究相符，再次驗證DWI對于早期診斷腦梗死具有重要意義。本實驗中所有造模成功的大鼠于超急性期均可觀察到DWI-FLAlR不匹配區，此時腦梗死區可分為梗死核心區和周圍半暗帶，半暗帶的存在提示梗死區腦組織存在低灌注區，指導臨床通過恢復血流供應來拯救該部分腦組織，恢復部分生理功能［13］ 。DWI-FLAlR不匹配區可以一定程度取代PET，作為臨床評判缺血半暗帶的標準，用于避免由于時間窗界定不準確或者超出傳統治療時間窗而導致錯過最佳治療時間的情況［14， 15］ 。此外，相較于PWI-DWI不匹配區域，DWI及FLAIR成像掃描時間較短，不需要高場強核磁共振機，不需要注射對比劑及后處理，對病情變化影響小，在發病3～4 h的特異性及準確性較高［16］。本研究中，急性期及亞急性期梗死區FLAIR信號強度逐漸增高，提示可被挽救的缺血半暗帶逐漸減少，驗證了過往研究認為的缺血發生的6 h后，已經基本超過了一般溶栓治療時間窗的觀點［17， 18］ 。腦梗死患者急性期梗死區血腦屏障破壞逐漸加重，細胞毒性水腫逐漸發展成為血管源性水腫，局部腦組織含水量在1～3 d逐漸增加［19， 20］ 。此時，T1、T2弛豫時間延長，在急性期核磁掃描觀察到模型鼠梗死區呈現T2高信號，T1等信號或稍低信號，FLAIR高信號，DWI信號逐漸減低并邊緣趨于模糊，常規序列可見腦回腫脹、腦溝變窄消失等征象。隨著缺血時間繼續延長，腦梗死患者神經功能缺失和運動功能失調逐漸恢復，損傷側液化壞死區炎細胞浸潤，膠質細胞增生壞死細胞被逐漸清除，新生毛細血管增加，此時組織水分子運動不受限［21］。本研究在亞急性期核磁掃描中觀察到T1、T2上病灶邊界顯示更清晰，DWI信號趨于正常。最終梗死區趨向于液化壞死，腦脊液向梗死區中心填充，此時基本判定該部分腦組織已經失去神經活性［22］ 。本研究顯示慢性期進行核磁掃描時在T1上觀察到邊界清晰的低信號區域，T2上顯示高信號，FLAIR呈現以高信號為主的混雜信號，T1對于提示腦軟化灶形成特異性更好。通過觀察常規序列梗死區信號，發現T1、T2可以判斷病灶內游離水含量，延長核磁信號以觀察到一定程度的細胞毒性水腫現象，發現部分早期梗死灶，但其特異性及準確性相對DWI及FLAIR較低，有一定的漏診風險，這與既往研究相符［23， 24］ 。臨床患者大面積腦梗死對應較為嚴重的神經功能損傷，患者可能存在不同程度感覺異常或神經功能障礙［25］ 。對大鼠各個階段神經功能評分的結果顯示，大面積腦梗死造成大鼠神經功能缺陷情況明顯，然而梗死后期大部分大鼠的神經功能缺陷癥狀出現明顯好轉，考慮源于大鼠相比于人類更高的大腦可塑性，但運動缺陷是大鼠腦卒中模型中相對客觀的觀點，可以進行評估［26］。

本研究發現，部分大鼠早期FLAIR圖像上梗死半球臨近腦灰質表面發現條狀高信號，而健側未見，懷疑為FVHs。FVHs形成的病理生理機制不詳，既往研究認為最常見于大腦中動脈分布區域，最多見于大腦外側裂處，為腦梗死時局部腦血流發生障礙而形成高信號區［27］ 。臨床認為FVHs作為一項特征性的改變，可能預示著顱內大動脈閉塞或存在嚴重狹窄及發生腦梗死的可能，且這種特殊征象多出現在梗死早期，或可認為是急性腦梗死的早期重要征象［28］。FVHs提示軟腦膜側支逆行血流緩慢以及梗死后側支循環形成，側面反應了腦血流動力學異常，可作為預測側支狀態及患者預后的替代指標［29， 30］。過往實驗認為FVHs在早期腦梗死中發現并不是一定的［31］，與本研究僅發現部分大鼠早期出現此征象的情況相符，因此FVHs不能完全替代判斷側支循環的金標準—減影血管造影檢查，FVHs預測預后這一觀點尚存在爭議，需要進一步研究證實［32， 33］ 。次實驗造模選用拴塞一側大腦中動脈形成大面積腦梗死，理論上符合FVHs形成條件，我們認為擴大樣本量并控制變量后，或許可以提高FVHs在模型鼠中的發生率，以實現FVHs在動物實驗中的研究。

綜上，在缺乏超高場小動物專用磁共振成像儀的情況下，臨床醫用1.5T磁共振機可以準確檢出大腦中動脈閉塞大鼠超急性期梗死灶，對腦梗死灶不同時期面積及信號的變化情況顯示良好，可以為部分動物實驗評估造模效果、病灶變化情況等提供及時有效無創的顱腦影像信息。1.5T低場強醫用核磁機掃描得到的DWI及ADC圖像顆粒較多，病灶邊緣清晰度欠佳，低場強核磁機特殊序列在實驗中的應用尚需進一步研究和優化。增大樣本量并優化圖像質量后，期望能夠在大鼠腦卒中實驗有關預測預后及治療效果評估等方面得到更好的結果，這也是后續努力的方向。

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