小(xiǎo)動物(wù)磁共振成像的原理(lǐ)以及在科(kē)研中(zhōng)的應用(yòng)

  首先要說的是結構成像，它主要是反映組織器官的形态結構變化，特别适合于組織器官存在占位病變時的影像分(fēn)析。結構影像是功能(néng)影像學(xué)的基礎，因此，在各種動物(wù)實驗中(zhōng)，都需要對其進行影像學(xué)研究。T2加權成像是小(xiǎo)動物(wù)MRI中(zhōng)使用(yòng)最廣泛的一種結構影像，它主要被用(yòng)在顱腦有(yǒu)關的疾病（膠質(zhì)瘤、腦出血、腦缺血）、腫瘤、肝腎病變、關節脊柱病變等動物(wù)模型中(zhōng)（圖2）；其次為(wèi)T1加權成像，主要用(yòng)于肥胖，糖尿病等代謝(xiè)性疾病模型的評價研究。

圖2.小(xiǎo)動物(wù)磁共振T2加權成像在各類動物(wù)模型的應用(yòng)實例。

  弛豫是組織的固有(yǒu)屬性，在主磁場強度固定的情況下，組織的弛豫時間基本保持恒定。利用(yòng)T1（縱）和T2（橫）弛豫時間變化，可(kě)以在一定程度上反映組織的細微變化，被廣泛應用(yòng)于多(duō)種疾病（如纖維化，出血，水腫，炎症，腫瘤等）的研究。

圖3.T2map（用(yòng)于測定T2弛豫時間）定量分(fēn)析不同損傷程度小(xiǎo)鼠腎髒缺血再灌注恢複過程

  小(xiǎo)動物(wù)MRI血管成像不需要對比劑就能(néng)獲得模式動物(wù)的血管形态學(xué)信息。被廣泛應用(yòng)于顱腦血管性疾病的評估（圖）。

圖4.小(xiǎo)動物(wù)磁共振血管成像。a.9.4T小(xiǎo)動物(wù)磁共振成像設備顱内血管成像。b.大鼠腦中(zhōng)動脈阻塞模型（MCAO）T2加權成像及血管成像。

  這兩種方法都是建立在水分(fēn)子擴散理(lǐ)論基礎上的，都能(néng)直接地反映生物(wù)組織的微結構特征和變化。DWI隻使用(yòng)了一組擴散敏感梯度場，沒有(yǒu)将水分(fēn)子得到分(fēn)散方向納入其中(zhōng)，因此DWI主要應用(yòng)于急性腦缺血和腫瘤等動物(wù)模型的研究中(zhōng)，最常見的史表達分(fēn)散系數（Apprarent diffusion coefficient ,ADC），它可(kě)以比較簡單的表征組織内的水分(fēn)子分(fēn)散情況（圖5）。DTI将擴散的方向性引入到生物(wù)組織中(zhōng)，并在此基礎上，對生物(wù)組織中(zhōng)水分(fēn)子擴散的方向性進行了定量研究。在DTI中(zhōng)，三個本征向量（V1、V2、V3）和本征值（λ1，λ2，λ3）分(fēn)别表示了是三個主要的擴散方向，以及它們各自可(kě)能(néng)的大小(xiǎo)。DTI可(kě)以在活體(tǐ)無創狀态下重建腦白質(zhì)纖維素，在腦白質(zhì)病、脫髓鞘，腫瘤等模型研究中(zhōng)有(yǒu)重要作(zuò)用(yòng)（圖6）。

圖5.大鼠腦缺血（MCAO）1小(xiǎo)時T2加權、DWI圖和ADC圖。腦缺血早期T2圖上未見明顯異常，但DWI和ADC可(kě)明顯觀察到異常信号。

圖6.大鼠DTI掃描FA圖和确定性纖維追蹤。

  除了結構性影像，其他(tā)的影像學(xué)都可(kě)以被稱為(wèi)功能(néng)影像學(xué)。腦功能(néng)成像是一種基于血氧濃度依賴性（BOLD）的腦功能(néng)成像技(jì )術，其基本原理(lǐ)是通過腦内血氧飽和度的改變來反映腦功能(néng)狀态。按其實施方式可(kě)分(fēn)為(wèi)兩類：靜息态（Resting-state fMRI,rs-fMRI）和任務(wù)态（Task fMRI,tfMRI）。

  因為(wèi)動物(wù)難以完成某些具(jù)體(tǐ)的工(gōng)作(zuò)，所以在小(xiǎo)動物(wù)中(zhōng)，最常用(yòng)的方法就是靜息态的研究。所謂的靜息态，就是在沒有(yǒu)任何介入的情況下，将動物(wù)放入核磁共振儀中(zhōng)，對其進行掃描。目前，已有(yǒu)的研究主要集中(zhōng)在靜息态，即低頻段（ALFF）和局部一緻性（ReHo）等。另外，基于動物(wù)靜息态數據我們還可(kě)以通過計算不同腦區(qū)BOLD信号的相關系數研究大腦功能(néng)連接（Functional connection,FC)，更深層的基于功能(néng)連接的網絡圖還可(kě)進行圖論相關指标的分(fēn)析，如小(xiǎo)世界“（small world）屬性、“富人俱樂部”（rich club）等（圖7）。目前，在阿爾茲海默症和帕金森病等與學(xué)習記憶和認知功能(néng)障礙有(yǒu)關的動物(wù)模型中(zhōng)，應用(yòng)最多(duō)的小(xiǎo)動物(wù)功能(néng)影像學(xué)。

圖7.小(xiǎo)動物(wù)腦功能(néng)分(fēn)析。a.糖尿病大鼠腦ALFF圖[1]。b.動物(wù)腦功能(néng)連接分(fēn)析流程[2]。

  核磁共振（MRI）是目前僅有(yǒu)的一種可(kě)活體(tǐ)組織中(zhōng)代謝(xiè)物(wù)進行無創檢測的方法。一般情況下，由于氫原子處于不同的化學(xué)環境，其進動頻率也會有(yǒu)所差别，從而使MRS譜線(xiàn)産(chǎn)生的化學(xué)位移也會有(yǒu)所差别，從而可(kě)以用(yòng)來判定化合物(wù)的類型和含量。目前，小(xiǎo)動物(wù)MR波譜主要被用(yòng)來探測腦内代謝(xiè)産(chǎn)物(wù)的變化，比如N-乙酰門冬氨酸酯（NAA)，膽堿（Cho)，肌酸（Cr)，乳酸（Lac）等，因而在腦膠質(zhì)瘤， AD, PD，腦缺血等腦内代謝(xiè)産(chǎn)物(wù)的變化方面具(jù)有(yǒu)非常重要的作(zuò)用(yòng)（圖8）。

圖8.小(xiǎo)鼠海馬區(qū)MRS檢測。