高场磁共振成像技术在实验性脑积水模型中的应用

论文摘要

背景和目的脑积水是临床神经外科一种较为常见的疾病,其特征性的表现是脑室系统和／或蛛网膜下腔的病理性扩大。本研究目的是探讨无创性磁共振成像对脑积水严重程度的评价,通过图像处理技术寻求一种评价脑积水严重程度的最佳参数。材料与方法实验选用普通杂种犬18只,体重12-15Kg,雌雄各9只。在犬脑枕大池注入25%高岭土悬浊液（0.5ml/kg）制成脑积水模型。使用3.0特斯拉高场磁共振成像仪对正常犬和脑积水犬分别行高分辨薄层成像。创建了一套动物脑组织模板,使用SPM软件全自动分割出全脑及脑室系统,统计所有犬脑体积和各脑室容积并三维重建全脑和脑室系统。使用“室脑比”和“埃文斯比率”对所有犬脑进行评价,对比分析两种参数之间的关系,并通过理论模型进行讨论。结果最终成功脑积水模型急性期组四只,慢性期组四只,正常对照组三只。创建的犬脑“类组织概率模板”正确分割出不同的犬脑组织（脑灰质、白质和脑室系统）。全脑体积与脑积水进展时间、“室脑比”及“埃文斯比率”不存在相关性（R<0,R2=0.3853；R<0,R2=0.0937：R<0,R2=0.0582）；脑室总容积与“室脑比”和“埃文斯比率”的相关度非常高（R>0,R2=0.9803；R2=0.8703）；“室脑比”和脑积水进展时间的相关度（R>0,R2=0.2564）要高于脑室总容积与进展时间的相关度（R>0,R2=0.1894）；“埃文斯比率”与脑积水进展时间的相关度（R>0,R2=0.2987）大于“侧脑室前角最大跨度B”与脑积水进展时间的相关度（R>0,R2=0.2743）；“埃文斯比率”与“室脑比”呈正相关（R>0）,相关度高（R2=0.8268）。从脑积水建模4天到60天,“埃文斯比率”变化范围为0.19-0.48,改变了0.29；“室脑比”变化范围为0.021-0.233,改变了0.212,“室脑比”的变化率（0.212／0.021）要大于“埃文斯比率”的变化率（0.29／0.19）,前者约为后者的6.6倍。理论模型的“室脑比（v／V）”与“全脑体积”的相关度（R2=1）高于“埃文斯比率（l／L）”与“全脑体积”的相关度（R2=0.9577）,并随着脑积水严重程度的加深,埃文斯比率与脑室扩大的相关性在逐渐下降。全脑的三维图像显示随着脑积水程度的加重,脑室不断扩大,大脑表面的沟回明显变浅。结论采用在犬脑枕大池注射白陶土悬浊液建立脑积水模型的方法是可行的。创建的脑“类组织概率模板”并使用SPM软件对犬脑不同组织结构（脑灰、白质和脑室系统）进行了成功分割和体积测量；与“埃文斯比率”相比,“室脑比”对脑室容积变化更为敏感；在轻度脑积水情况下,“埃文斯比率”可近似替代“室脑比”描述脑积水的严重程度,在重度积水情况下,“埃文斯比率”不能准确描述脑积水的严重程度。磁共振薄层高分辨成像结合图像后处理技术能够三维活现脑积水所致犬脑组织形态与结构改变。背景和目的脑积水是临床神经外科一种较为常见的疾病,其特征性的表现是脑室系统和／或蛛网膜下腔的病理性扩大。本研究目的是探讨无创性磁共振弥散张量成像在揭示实验性脑积水中脑白质损伤的发展变化规律中的应用价值。材料与方法实验选用普通杂种犬18只,体重12-15Kg,雌雄各9只。选择在犬脑枕大池注入25%白陶土悬浊液（0.5ml/kg）制成脑积水模型。使用3.0特斯拉高场磁共振成像仪对犬全脑进行弥散张量成像。测定犬侧脑室上壁、胼胝体和侧脑室两侧白质区域三个部位感兴趣区的ADC值和FA值。采用神经纤维束追踪方法显示不同严重程度脑积水犬的侧脑室周围主要白质神经纤维束走行。成像结束牺牲实验动物,取全脑用10%福尔马林进行固定,制作犬脑病理切片并做HE染色。结果最终成功脑积水模型急性期组四只,慢性期组四只,正常对照组三只。脑积水犬侧脑室上壁急性期组ADC平均值（1212.67±35.06）明显高于正常对照组（900.13±30.24）,差异有显著统计学意义（P=0.000,P<0.05）；慢性期ADC平均值（1036.43±51.75）有所下降,但仍高于正常对照组；急性期FA平均值（353.41±1.34）下降,低于对照组（391.46±0.62）,差异有统计学意义（P=0.049,P<0.05）,慢性期FA平均值（370.65±6.67）有所恢复,但仍低于正常对照组。急性期组胼胝体ADC平均值（1199.31±221.89）略高于对照组（1180.87±193.10）,慢性期组ADC平均值（1425.21±168.40）进一步升高,但与正常组差别无统计学意义（P=0.230,P>0.05）；急性期组胼胝体FA值（412.21±55.03）下降,低于对照组（438.09±61.38）,慢性期FA值（385.74±24.26）进一步下降,但与正常对照组差别无统计学意义（P=0.304,P>0.05）。脑积水组犬侧脑室两侧旁白质神经束ADC平均值随脑积水发展时间稍降低,但急性期组（738.29±4.26）、慢性期组（711.1±44.36）与正常对照组（749.78±13.56）差别无统计学意义（P>0.05）；急性期组FA平均值（647.42±11.65）略高于正常对照组（637.46±0.84）,慢性期（628.98±7.73）稍下降,与正常对照组（637.46±0.84）差别无统计学意义（P>0.05）。纤维束追踪显示急性期胼胝体随侧脑室扩大形态和走行发生明显改变,部分区域纤维束出现断裂；慢性期胼胝体大部分神经纤维束明显断裂消失。靠近扩大侧脑室两侧旁的皮质脊髓束和其它神经纤维束主要表现为受扩大脑室挤压膨胀拉伸。病理显示急性期脑室周围有炎性反应伴组织水肿明显；慢性期炎性反应减弱伴胶质增生,并可见脑室周围白质纤维断裂、扭曲、皮层神经元轻度变性。结论磁共振弥散张量成像的ADC和FA参数的变化,可以很好地反映脑积水不同进展阶段侧脑室周围组织受损状况,尤其是弥散张量纤维束成像更是无创地活现了脑积水造成的白质神经纤维束受压推挤、走行改变,甚至断裂消失。磁共振弥散张量成像相关参数变化和弥散张量纤维束成像提供的脑积水扩大侧脑室周围神经纤维束的形态变化有助于下一步结合脑积水症状和神经行为学变化更好理解脑积水的病生理学发生机制。

论文目录

• 第一部分 摘要
• Abstract
• 第二部分 摘要
• Abstract
• 第一部分 犬脑积水模型磁共振高分辨薄层扫描脑体积定量分析
• 1.引言
• 2.材料和方法
• 2.1 动物脑积水模型制备
• 2.2 磁共振成像检查
• 2.3 全脑体积和各脑室总容积测量
• 2.3.1 犬脑类组织概率模板的创建
• 2.3.1.1 模板犬脑的选择
• 2.3.1.2 模板犬脑的预处理
• 2.3.1.3 全脑的半自动分割
• 2.3.1.4 全脑灰质、白质、脑脊液M a s k的制作
• 2.3.1.5 全脑灰质、白质和脑脊液的分割
• 2.3.1.6 生成类组织概率模板
• 2.3.2 基于SPM的全自动犬脑分割
• 2.3.3 全脑体积测定
• 2.3.4 各脑室容积测定
• 2.4 埃文斯比率E R测定
• 2.5 室脑比与埃文斯比率的理论模型
• 3. 结果与数据分析
• 3.1 犬脑积水建模结果
• 3.2 犬脑图像分割结果
• 3.3 全脑与脑室数据及相关性分析
• 3.4 脑积水程度评价参数
• 3.4.1 室脑比
• 3.4.2 埃文斯比率
• 3.4.3 室脑比、埃文斯比率与脑积水发展期相关性
• 3.5 从理论模型分析室脑比、埃文斯比率与脑室扩张程度的相关性
• 3.6 三维立体现示
• 4. 讨论
• 4.1 犬脑积水建模结果
• 4.2 脑组织分割与体积测量
• 4.3 脑积水严重程度评价参数
• 4.4 全脑与脑室的立体显示
• 5. 总结和展望
• 第一部分 参考文献
• 第二部分 犬脑积水模型的磁共振弥散张量成像分析
• 1.引言
• 2.材料和方法
• 2.1 犬脑积水模型制备
• 2.2 磁共振成像检查
• 2.3 各参数原始图像生成
• 2.4 犬脑室周围水弥散特点定量分析方法
• 2.4.1 各参数图感兴趣区信号的读取与统计方法
• 2.4.2 感兴趣区的确定和选取
• 2.5 犬脑神经纤维束的弥散张量成像分析方法
• 2.6 犬脑离体标本制备
• 2.7 离体脑标本病理切片制作及染色
• 3. 结果
• 3.1 建模结果
• 3.2 Matlab编程计算出的FA图与系统自动生成FA图的比较
• 3.3 犬脑室周围水弥散特点定量分析结果
• 3.3.1 脑积水犬侧脑室上壁ADC值与FA值分析结果
• 3.3.2 脑积水犬侧脑室两侧白质区域ADC值与FA值分析
• 3.3.3 脑积水犬胼胝体
• 3.4 脑积水犬侧脑室周边不同b值下的ADC值与FA值
• 3.5 脑积水犬白质神经纤维束走行表现
• 3.6 脑积水犬侧脑室周边组织病变病理结果
• 4.讨论
• 4.1 F A图重建结果
• 4.2 ROI数据读取与统计
• 4.3 脑积水犬侧脑室周围组织弥散张量成像与病理结果分析
• 4.3.1 侧脑室上壁
• 4.3.2 脑积水犬侧脑室两侧白质神经纤维束
• 4.3.3 脑积水犬胼胝体
• 5.总结和展望
• 第二部分 参考文献
• 攻读硕士研究生阶段的学术成果
• 致谢