大鼠輕型顱腦爆炸沖擊傷損傷后進(jìn)行性代謝性腦改變的研究

客戶論文發(fā)表 | 18F-FDG PET結(jié)合MR波譜研究大鼠輕型顱腦爆炸沖擊傷后進(jìn)行性代謝性腦改變
文獻(xiàn)信息

近日，陸軍軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科、陸軍軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院放射科等單位的研究成果¹⁸F-FDG PET Combined With MR Spectroscopy Elucidates the Progressive Metabolic Cerebral Alterations After Blast-Induced Mild Traumatic Brain Injury in Rats（¹⁸F-FDG PET結(jié)合MR波譜研究大鼠輕型顱腦爆炸沖擊傷損傷后進(jìn)行性代謝性腦改變）在學(xué)術(shù)期刊Frontiers in Neuroscience發(fā)表。平生公司的Super Nova® PET/CT產(chǎn)品在論文中提供了重要的大鼠腦部PET/CT圖像和定量分析。

該研究的通訊作者為陳曉教授、熊坤林教授、金榕兵教授。第一作者為李揚(yáng)博士、劉凱軍教授。

文獻(xiàn)背景

大多數(shù)輕型顱腦爆炸沖擊傷（mTBI）患者出現(xiàn)持續(xù)性神經(jīng)功能障礙，常規(guī)結(jié)構(gòu)磁共振成像無明顯陽性改變。迫切需要開發(fā)先進(jìn)的影像學(xué)方法來檢測和理解爆炸誘導(dǎo)的mTBI的病理生理學(xué)。氟[¹⁸F]脫氧葡萄糖正電子發(fā)射斷層掃描（¹⁸F-FDG PET）可以檢測受損大腦的神經(jīng)元功能和活動，而MR波譜可以提供補(bǔ)充信息并評估損傷后的代謝異常。本研究旨在探討¹⁸F-FDG PET與MR波譜相結(jié)合評估沖擊波誘發(fā)mTBI引起的急性和亞急性代謝性腦改變的有效性。32只成年雄性Sprague-Dawley大鼠暴露于一次沖擊波中（mTBI組），32只大鼠未暴露于沖擊波中（假手術(shù)組），然后在三個不同隊(duì)列中進(jìn)行損傷后1-3小時、1天和7天的¹⁸F-FDG PET、MRI和組織學(xué)評估。¹⁸F-FDG PET顯示杏仁核和體感皮層FDG攝取短暫增加，隨后從損傷后第1天到第7天逐漸恢復(fù)到基線，運(yùn)動皮層FDG攝取持續(xù)增加。相反，中腦結(jié)構(gòu)（下丘和上丘）的FDG攝取減少。磁共振波譜分析顯示，隨著時間的推移，體感皮層中的炎癥標(biāo)記物肌醇（Ins）、氧化應(yīng)激標(biāo)記物谷氨酰胺+谷氨酸（Glx）和缺氧標(biāo)記物乳酸（Lac）水平顯著升高，而主要滲透壓細(xì)胞�；撬幔═au）水平在1–3 h和1天立即升高，然后在損傷后7天恢復(fù)至假手術(shù)水平，這可能是由于血腦屏障的破壞。隨著時間的推移，F(xiàn)DG攝取增加、Ins和Glx水平升高已通過組織學(xué)分析得到證實(shí)，組織學(xué)分析顯示額葉皮質(zhì)小膠質(zhì)細(xì)胞活化和膠質(zhì)增生增加。這些結(jié)果表明，¹⁸F-FDG PET和MR波譜可以一起用于反映更全面的體內(nèi)神經(jīng)病理學(xué)改變，這可以提高我們對沖擊波誘發(fā)mTBI后大腦復(fù)雜改變的理解。

實(shí)驗(yàn)方法

爆炸誘導(dǎo)mTBI模型所

如前所述，生物激波管（BST-I）裝置用于產(chǎn)生爆炸傷。所有大鼠在100%氧氣中，用4–5%異氟醚在誘導(dǎo)室中麻醉約5分鐘。然后，mTBI組的麻醉大鼠被放置在俯臥位的單獨(dú)籠中（一只大鼠/籠），左側(cè)面向沖擊過程中的膜方向。所有籠子均位于同一垂直面上，以確保壓力暴露相等，并防止隨后的二次或三次爆炸傷害。BST-I裝置產(chǎn)生兩級低強(qiáng)度沖擊波。峰值過壓值分別為139.146和364.86 kPa，持續(xù)48.41 ms。爆炸后，將大鼠從裝置中取出，并將其置于籠中仰臥位。假手術(shù)大鼠進(jìn)行相同的麻醉程序，并放置在BST-I裝置中，不暴露于沖擊波。記錄mTBI和假手術(shù)大鼠的翻正反射時間。
 

PET/CT成像、重建和分析

注射¹⁸F-FDG前4∼6小時大鼠禁食。mTBI和假手術(shù)大鼠均經(jīng)尾靜脈注射¹⁸F-FDG，劑量為37MBq/只。攝取40分鐘后，在list mode下進(jìn)行靜態(tài)PET掃描30分鐘（350∼650keV，2.56ns），使用小動物微型PET/CT掃描儀（SuperNova,平生醫(yī)療科技有限公司）。PET掃描后，在大鼠模式下（60 kVp，500µA，暴露時間320 ms）進(jìn)行三個床位的CT掃描，以進(jìn)行解剖定位、衰減和散射校正。CT圖像矩陣為352×352×536，體素大小為0.23×0.23×0.23 mm。重建算法為3D OSEM/MAP，2次OSEM迭代，18次MAP迭代；應(yīng)用的散射、衰減和衰減校正；要求的分辨率=0.5 mm；圖像矩陣=256×256×159；體素大小=0.39×0.39×0.80 mm。
 

使用PMOD軟件版本3.6（瑞士蘇黎世PMOD技術(shù)有限公司）對¹⁸F-FDG PET數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。對于興趣體積（VOI）分析，PMOD將PET數(shù)據(jù)記錄到W.Schiffer大鼠腦模板和圖譜中的58個區(qū)域。自動應(yīng)用大鼠大腦定義分區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)攝取值（SUV）進(jìn)行測量。這項(xiàng)研究評估了58個大腦區(qū)域，如前所述，整個圖譜用于全腦標(biāo)準(zhǔn)化。通過將單個感興趣區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)化¹⁸F-FDG攝取值除以全腦的¹⁸F-FDG攝取值，計(jì)算區(qū)域SUVw。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在58個腦區(qū)中，從基線檢查到第7天，sham和mTBI大鼠的FDG攝取有10個VOI發(fā)生顯著變化，包括雙側(cè)杏仁核（F1,5=4.137，p=0.0253）、體感皮質(zhì)（F1,5=13.43，p=0.0145）、運(yùn)動皮質(zhì)（F1,5=7.479，p=0.0410）、下丘（F1,5=38.77，p=0.0016），上丘（F1,5=16.82，p=0.0093）（圖2B）。雙側(cè)VOI中FDG攝取的變化相似，因此我們將左側(cè)和右側(cè)VOI的SUVw合并為SUVw平均值，以在不同時間點(diǎn)進(jìn)行比較。與假手術(shù)組相比，mTBI組在損傷后1-3小時，杏仁核（+5.97%，p=0.0103）和體感皮層（+6.82%，p=0.0245）的FDG攝取增加。隨后，mTBI組的杏仁核和體感皮層的FDG攝取在損傷后1至7天逐漸恢復(fù)到基線水平，與假手術(shù)組相比，1天時體感皮層的FDG攝取量有顯著差異（+6.12%，p=0.0429）（圖2A、C、D）。mTBI組運(yùn)動皮層的FDG攝取從損傷后1天（+3.60%，p=0.0326）增加到7天（+3.41%，p=0.0446）（圖2A，E）。然而，在損傷后1–3小時，在兩個中腦結(jié)構(gòu)中觀察到FDG攝取減少，即下丘（-17.21%，p<0.0001）和上丘（-6.75%，p=0.0094）。然后，mTBI組損傷后1至7天，上丘和下丘的FDG攝取量逐漸恢復(fù)到基線水平，與假手術(shù)組相比，下丘1天（-12.43%，p<0.0001）和7天（-7.68%，p=0.0049）和上丘1天（-5.95%，p=0.0230）的FDG攝取量存在顯著差異（圖2A，F(xiàn)，G）。

氟[¹⁸F]脫氧葡萄糖正電子發(fā)射斷層掃描（¹⁸F-FDG PET）顯示，爆炸誘導(dǎo)mTBI后，多個區(qū)域的腦代謝增加和減少。（A） 在爆炸后第1天，假手術(shù)大鼠（上）和爆炸大鼠（下）大腦從前到后（從左到右）的代表性軸向¹⁸F-FDG PET圖像。在相應(yīng)的PET圖像中，黃色和黑色分別代表相對較高和較低的值。（B）FDG攝取分析顯示，sham和mTBI大鼠之間有五個區(qū)域發(fā)生顯著變化：（1）運(yùn)動皮層，（2）體感皮層，（3）杏仁核，（4）上丘和（5）下丘。（C–G）方框圖顯示mTBI和假手術(shù)大鼠的這五個區(qū)域在損傷后1–3小時、1天和7天攝取FDG。Box 和 whisker plots顯示中值、第一和第三個四分位數(shù)、最小值和最大值,與假手術(shù)組相比**p<0.01,*p<0.05。

結(jié)論

綜上所述，研究者們首次證明¹⁸F-FDG PET和MRS聯(lián)合應(yīng)用可以檢測爆炸誘導(dǎo)的mTBI在超急性、急性和亞急性損傷后階段的腦代謝進(jìn)行性變化。結(jié)合這兩種成像方法可以更全面地反映沖擊波誘導(dǎo)的mTBI后體內(nèi)的神經(jīng)病理學(xué)改變。這些發(fā)現(xiàn)為理解沖擊波誘導(dǎo)的mTBI的病理生理學(xué)提供了有用的信息，包括炎癥、膠質(zhì)增生、缺氧/缺血和血腦屏障破壞。

使用設(shè)備

Super Nova^® Micro PET/CT  I代產(chǎn)品（平生醫(yī)療科技）

影像軟件：Avatar（平生醫(yī)療科技）