基于磁感应相移技术的脑水肿定量检测及其类型鉴别的动物实验研究

来源 :中国人民解放军陆军军医大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:flowerofwind
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脑水肿是创伤性脑损伤(Traumatic Brain Injury,TBI)和脑卒中(Cerebral Stroke,CS)后继发的致命病理状态。脑水肿发生后,由于细胞外液的过多集聚会引起颅内压的升高,从而导致神经功能受损,甚至会引起患者死亡。因此,脑水肿的实时监测对于TBI和CS患者的治疗和预后有积极作用。影像学方法和有创颅内压(Intracranial Pressure,ICP)监测是目前临床上常用的脑水肿监测手段,影像学设备可以无创获取患者脑部清晰的病变图像,但设备价格高昂,占地面积大,不能实现床旁实时监护,有延误诊断风险。有创ICP监测是目前神经外科领域主要的监测手段之一,但是该方法容易引起患者感染、出血等二次创伤。磁感应相移(Magnetic Induction Phase Shift,MIPS)技术基于生物组织电特性和电磁感应理论,具有无创、非接触、实时连续监测的优点。通过施加一定频率的激励信号,产生的主磁场作用于大脑诱导感应磁场,感应磁场的大小与大脑的电导率有关,进而可以反映生物组织的病理生理变化。本研究针对目前临床常见的TBI和CS后继发的脑水肿,建立相应的脑水肿动物模型,并搭建基于MIPS技术的脑水肿检测系统,进行24小时实时连续监测,探讨该技术用于脑水肿定量检测以及类型鉴别的可行性。主要研究工作如下:(1)MIPS与脑水肿病理学指标ICP、脑含水量(Brain Water Content,BWC)的关系研究。为深入研究MIPS与脑水肿病理变化之间的关系,探讨该技术用于脑水肿的定量检测,课题组前期基于该方法自主搭建了一套无创、非接触、实时连续的单通道监测系统实验平台,以硬脑膜外冷冻诱发家兔全脑水肿为研究对象,开展24小时MIPS同步ICP监测实验,平行实验利用干湿重测量法测量BWC。本研究内容在课题组前期工作的基础上,深入进行数据分析,建立MIPS与脑水肿常用病理学指标BWC、ICP的关系模型。根据实验结果,结合脑水肿发生后代偿机制,将整个24小时实验过程划分为:代偿期(0-6h)、失代偿期(6-18h)、末期(18-24h)。结合理论关系分析,通过相关性分析和拟合方法,研究MIPS分别与BWC和各阶段ICP之间的关系。(2)磁感应相移双通道同步检测系统搭建。本研究针对缺血诱导家兔局灶性脑水肿实验,自主搭建了一套双通道MIPS检测系统,该系统由一个激励端口和两个检测端口组成。由于局灶性水肿病变面积小,由此引起的感应磁场、相位偏移小,因此需要提高监测系统的检测灵敏度,开展双通道同步检测家兔左右脑半球,以正常脑半球相位偏移作为参考,对比缺血脑半球相位偏移,排除了大部分正常组织感应磁场干扰,从而提高了检测灵敏度。(3)缺血诱导家兔局灶性脑水肿MIPS连续监测实验研究。缺血性脑卒中是一种严重的临床疾病,缺血性脑卒中继发的脑水肿前期以细胞毒性水肿为主,后期以血管源性水肿为主,该模型适合用于研究MIPS鉴别诊断脑水肿类型的可行性,指导临床医生针对不同类型脑水肿开展对症治疗。为了研究MIPS技术用于脑水肿类型鉴别的可行性,基于该方法自主搭建了一套无创、非接触、实时连续双通道同步监测系统实验平台,以缺血诱导家兔局灶性脑水肿为研究对象,对15只家兔(实验组10只,对照组5只)进行24小时MIPS检测。采用凝血酶诱导法建立局灶性脑缺血模型来诱导家兔局灶性脑水肿,该模型更符合缺血性脑卒中患者临床病理发展过程,另取7只家兔脑组织,进行2%氯化三苯基四氮唑染色,进行动物模型验证;采用了对称抵消磁感应传感器,以提高相位检测的灵敏度和抗干扰能力。实验组与对照组MIPS值进行非参数独立样本秩和检验,结果具有显著性差异(p<0.05)。结果表明,实验组家兔MIPS呈先下降后上升的趋势,这可能反映了缺血性脑卒中后诱导脑水肿的不同病理发展过程。脑组织TTC染色结果表明,局灶性脑梗死面积随时间的发展而增加。基于以上研究工作,得到如下结论:1、通过MIPS分别与BWC和ICP关系的研究,实现了无创、非接触、实时定量检测脑水肿的目标,为下一步开展临床实验奠定了基础。2、本文基于MIPS技术自主搭建的脑水肿双通道同步监测实验平台能够在较宽的频带范围内进行24小时实时连续监测,其数据采集、存储速度以及相位精度满足实验所需要求。3、我们的实验研究表明,MIPS技术应用于缺血诱导的局灶性脑水肿的实时监测是可行的,并且具有区分由脑缺血引起的细胞毒性水肿和血管源性水肿的潜力。
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