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目的通过建立旋转性兔脑外伤模型,使用DTI及DKI技术观察与研究脑外伤早期磁共振功能成像(fMRI)动态变化规律,结合临床神经功能损伤评分及病理学改变对脑损伤情况进行评估,旨在探讨fMRI新技术在早期发现和评估脑外伤的临床应用价值。材料与方法健康6月龄新西兰兔15只,随机分为对照组(n=3)和损伤组(n=12),采用自制的瞬间旋转致动物脑损伤装置建立兔脑损伤模型。损伤组动物于受伤后及预设扫描时间前0.5h观察行为学变化并进行神经功能损伤评分(NSS)。分别于伤后超急性期(6h)、急性期(24h及48h)、亚急性早期(72h)共3个损伤阶段、4个预设时间进行常规MRI、DTI和DKI检查,各亚组3只动物。对照组直接进行行为学观察及NSS评分,然后再进行磁共振扫描。各组动物完成预计观察时间的MRI扫描后即处死,迅速取脑,并固定、包埋及取材后行HE染色、β-淀粉样前体蛋白(β-APP)免疫组化染色。选取动物模型的皮层下白质、丘脑、中脑、桥脑及脑干为感兴趣区(ROI),分别测得其FA、ADC、MK、K//与K┴值;染色后观察HE染色及β-APP染色切片,并于每5个×400高倍视野下对β-APP染色阳性轴突进行计数,取其平均值。损伤组家兔在不同时间段NSS评分比较应用单因素方差分析;各测量脑区分别进行分析,各测量值(FA、ADC、MK、K//与K┴值)随时间变化的比较应用多个独立样本秩和检验(kruskalwallistest),损伤组与对照组间差异性比较应用两独立样本秩和检验;各观察脑区不同时间点β-app染色阳性轴突计数的比较应用单因素方差分析,损伤组与对照组两两比较应用lsd-t检验;各脑区β-app染色阳性轴突计数与fa、adc、mk、k//、k┴值及神经认知功能(nss)评分相关性分析均应用spearman相关分析。所有统计结果以p<0.05为差异有统计学意义。结果1.建模后脑外伤兔出现不同程度神经功能损伤症状,nss评分为(2.733±1.831)分,各时间点nss评分无明显统计学差异(f=1.878,p=0.191)。实验过程中1只兔由于颈部固定不佳死亡,后补充建模成功,建模成功率92.3%(12/13)。2.adc值变化总体呈一过性减低后升高、而后又减低的趋势。伤后超急性期(6h)除皮层下白质外大脑区adc值较伤前略减低(p<0.001)后升高,于48h达峰值后逐渐减低,至损伤亚急性早期(72h)除桥脑及延髓外大多脑区测量值较伤前减低(p<0.001)。3.fa值表现为一过性升高后减低、而后又升高的特征。伤后超急性期(6h)大多测量脑区(皮层下白质、中脑、桥脑及延髓)fa值即较伤前升高(p<0.05),后于损伤急性期(24~48h)减低,至亚急性早期(72h)时皮层下白质及丘脑fa值升高(p<0.001),而脑干区fa值仍低于伤前(p<0.001)。4.各测量脑区mk值变化趋势有所不同。皮层下白质表现为伤后6h一过性增高后持续减低(均p<0.05);丘脑区mk值伤后6h时mk值略减低,后逐渐升高(均p>0.05);伤后脑干区mk值持续较伤前升高且于72h达峰值(p<0.05)。5.伤后皮层下白质及丘脑k//值与k┴值变化呈相似趋势,表现为损伤24h内持续上升,至伤后48h不同程度减低,后继续升高(均p<0.05);中脑k//与k┴值变化趋势有所不同,k//值呈超急性期升高后略减低,24h后持续升高趋势,而k┴值于24h内持续升高至峰值后一过性减低后升高;桥脑及延髓K//值与K┴值损伤后较伤前持续升高(P<0.05)。6.伤后大多观察脑区(皮层下白质、中脑、桥脑及延髓)β-APP阳性轴突数与NSS评分呈正相关(P<0.05),其中脑干区呈较明显相关(r>0.05,P<0.05)。7.伤后中脑FA值与β-APP阳性轴突数呈负相关(r=-0.432,P=0.019),桥脑及延髓ADC值与之呈正相关(r=0.558,P=0.010),其余脑区FA值及ADC值与β-APP阳性轴突数无明显统计学相关(P>0.05);除丘脑外测量脑区MK值均与β-APP阳性轴突数呈正相关(P<0.05),其中脑干区呈显著相关(r>0.5.P<0.05);脑干区K//值与K┴值与β-APP阳性轴突数呈明显正相关(r>0.5.P<0.05)。结论本研究所用瞬间旋转致脑损伤装置可有效模拟mTBI病理学损伤机制,有效建模,稳定性及重复性好。利用DTI对mTBI动物进行动态观察,发现FA值及ADC值随损伤时间呈动态变化,趋势相反,二者相结合有助于对组织弥散受限情况及细胞毒性水肿、血管源性水肿的鉴别。利用DKI对TBI动物进行动态观察,发现MK值、K//值及K┴值呈动态变化规律,且较FA值及ADC值与病理学改变相关性更为显著,提示DKI测量值对mTBI组织微结构损伤的评价较DTI敏感,更有助于了解外伤后脑组织微结构损伤复杂性变化,对其病理学演变规律的理解与临床及早诊治具有重要意义。