采用動態(tài)電阻抗成像技術對腦損傷動物模型監(jiān)測的實驗研究.pdf

1、腦損傷(Brain Injury, BI)具有病情兇險、死亡率高的特點,是急性腦病中最嚴重的一種,預后較差,是人類致死性疾病之一[1]。目前臨床尚無法實現(xiàn)腦損傷的早期檢測與實時監(jiān)測,腦損傷不能得到及時干預和治療是導致預后差的主要原因[2]。
　　腦損傷主要的輔助診斷技術包括X射線、CT、MRI、超聲波檢查、腦血管造影、顱內壓監(jiān)測(ICP)、脊髓穿刺等,這些方法雖能獲得一些有價值的診斷信息,但都無法進行腦損傷的實時動態(tài)監(jiān)測并在第一時

2、間預警,致使患者錯過最佳的治療時間窗,臨床中因腦損傷引起的致死、致殘時有發(fā)生,因而迫切需要一種有效方法實現(xiàn)對腦損傷的實時動態(tài)監(jiān)測。電阻抗斷層成像(Electrical Impedance Tomography, EIT)是一種以人體內部電阻(電導)率的分布為成像目標的醫(yī)學成像技術[3]。其主要思想是通過對測量目標外加驅動信號(驅動電壓或電流)并測量其邊界電壓或電流分布,通過對偏微分方程的逆問題進行求解,近似計算出目標區(qū)域內的電導率分布。

3、
　　這一新技術具有無創(chuàng)傷、功能成像、成本低廉、體積小、操作簡單、動態(tài)實時監(jiān)護等優(yōu)點,在腦損傷的床旁動態(tài)圖像監(jiān)測應用上具有廣闊的應用前景和研究價值。我們課題組經過近二十年的研究,在電阻抗成像的硬件采集系統(tǒng)和成像算法以及動物、臨床實驗等方面取得了突破性的進展,在顱腦動態(tài)圖像監(jiān)護領域更是達到國際水平。
　　在此基礎上,為進一步推進EIT的臨床應用,針對腦損傷電阻抗動態(tài)圖像監(jiān)護研究中的實際問題,本文主要從以下兩個方面開展研究:

4、r>　　(1)腦水腫動物模型電阻抗動態(tài)圖像監(jiān)護的實驗研究為使研究更貼近于臨床,改進了實驗電極。前期的動物實驗將實驗電極嵌入顱骨內,此種方法雖然有效地降低了電極系統(tǒng)的接觸阻抗,但是容易引起出血并且破壞顱內壓環(huán)境而影響實驗結果。因此,為使電極系統(tǒng)滿足實驗要求,在前期實驗電極的基礎上改進了電極系統(tǒng),其構成包括絕緣板、外部牽引系統(tǒng)和設置在絕緣板上的電極探頭。該電極探頭可自由調節(jié)長度,并通過下拉部件使其方便且嚴密的接觸于實驗動物顱骨頂部。利用兩電

5、極法對改進后的實驗電極與EIT臨床實驗中Ag/AgCl電極的性能進行對比。放射腦水腫動物模型的制備采用單次大劑量Dt30Gy,劑量率300cGy/min,利用CADPLAN/HELIOS三維治療計劃系統(tǒng)嚴格按照實驗要求設計放療計劃。并利用電阻抗成像系統(tǒng)對動物模型進行監(jiān)測,觀察和分析隨著時間的改變放射損傷性腦水腫在EIT圖像中的變化。之后再利用解剖學方法、影像學方法、病理學方法等對模型和結果進行驗證。本研究采用高能X線,構造了三維準確定位

6、的放射損傷腦水腫動物模型,該模型具有以下優(yōu)點:準確定位;閉合性;水腫范圍可控;更好的模擬臨床。因此我們提出利用放射損傷的方法制造腦水腫動物模型,并首次開展了采用EIT技術對此種腦水腫動物模型進行檢測的實驗研究。
　　(2)內源性腦出血動物模型電阻抗動態(tài)圖像監(jiān)護的實驗研究利用膠原蛋白酶誘導法建立腦出血動物模型,選擇紋狀體部位注射膠原蛋白酶制造腦實質出血模型,簡要實驗過程包括,麻醉、脫毛、鉆孔、注射膠原酶和模型驗證等。其優(yōu)勢在于此種模

7、型可以根據(jù)膠原蛋白酶濃度和量的調節(jié)控制出血量和范圍,出血具有延遲性,可以用EIT方法監(jiān)測整個出血過程,并且注射微量膠原蛋白酶,不形成自身藥物在顱內的占位效應,更接近于實際腦出血,更為重要的是采用此模型可以封閉注射孔,保證腦出血過程中顱內壓的存在,更好的模擬臨床中腦出血的情況,利用電阻抗成像系統(tǒng)對動物模型進行監(jiān)測,觀察和分析隨著時間的改變放射損傷性腦水腫在EIT圖像中的變化。
　　研究結果表明:(1)利用電阻抗成像技術監(jiān)測放射損傷性

8、腦水腫早期的電阻抗改變,發(fā)現(xiàn)EIT局部重構均值和動態(tài)圖像時間序列發(fā)生明顯改變,實驗組MLRV每小時變化量為(0.003529±0.00089),與對照組(3.1±1.2)E-5有顯著性差異(P＜0.05),阻抗明顯升高,位置和造模的位置基本吻合。通過影像學、病理學和解剖學檢測,我們發(fā)現(xiàn),組織切片在照射12小時后不能從解剖學上發(fā)現(xiàn)放射性腦水腫,利用CT在腦組織照射三天很難發(fā)現(xiàn)放射損傷性腦水腫,在光學顯微鏡下發(fā)現(xiàn)照射后24小時細胞發(fā)生水腫和

9、損傷,電鏡檢測結果顯示照射后10小時能夠檢測放射損傷性腦水腫。初步實驗結果表明:利用電阻抗方法可檢測到處于急性期內的腦放射損傷即放射性腦水腫,證明了EIT在檢測腦水腫的敏感性和可行性。(2)利用電阻抗成像技術監(jiān)測動物腦出血早期電阻抗改變,通過EIT一維信息重構幅值最大值和二維動態(tài)圖像時間序列的變化,AM每分鐘變化量為0.012±0.0075,與對照組有顯著性差異(P＜0.05),解剖學切片、病理學、影像學、及阻抗分析儀檢測結果,發(fā)現(xiàn):隨

10、著時間的延長、血腫的加劇和范圍的擴大,其腦部阻抗值升高。
　　初步實驗結果表明:目標區(qū)域的電阻抗變化是由腦出血引起,EIT可監(jiān)測到這種變化;結合CT掃描結果,說明腦出血早期組織的阻抗改變可能早于密度變化,EIT有可能成為比影像學更敏感的檢測手段。本研究旨在為腦損傷的早期診斷提供一種實時、動態(tài)、無創(chuàng)的監(jiān)測方法,通過動物實驗驗證了EIT成像技術對腦損傷監(jiān)測的可行性和敏感性,證明了EIT具備腦損傷早期檢測的應用前景,對EIT的臨床應用具