近紅外光譜活體在位測(cè)量C6荷瘤鼠腦局部血氧飽和度

1、近紅外光譜活體在位測(cè)量C6荷瘤鼠腦局部血氧飽和度【摘要】目的 探討新的近紅外光譜技術(shù)來測(cè)量C6 膠質(zhì)瘤荷瘤鼠腦局部血氧飽和度（SO2）的特點(diǎn)。方法 利用光學(xué)探頭微創(chuàng)測(cè)量30只C6 荷瘤鼠瘤體局部SO2，并與對(duì)側(cè)腦組織SO2進(jìn)行比較。結(jié)果 瘤體內(nèi)SO2較正常腦組織SO2低，兩者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P0.05）；有壞死或出血個(gè)體SO2曲線出現(xiàn)明顯低峰。結(jié)論 通過微創(chuàng)光學(xué)探頭可以測(cè)量膠質(zhì)瘤內(nèi)SO2。 【關(guān)鍵詞】 C6腦膠質(zhì)瘤; 血氧飽和度 (SO2); 近紅外光譜 (NIRS) In vivo measurement of local cerebral saturation of oxgen in C

2、6 glioma loaded rats by near infrared spectroscopy LI Kuanzheng,YANG Tianming,QIAN Zhiyu,et al.Department of Neurosurgery, the Affiliated Zhongda Hospital of Southeast University, Nanjing 210009, China Abstract:Objective To measure local cerebral blood oxygen saturation in C6 glioma rats in vivo by

3、new near infrared spectroscopy (NIRS). Methods 30 C6 gliomabearing rats were measured miniinvasively by a optic fiber probe revealing SO2. Intratumoural SO2 (tSO2) was compared to normal cerebral tissue SO2. Results The mean SO2 of intratumoural tissue was（55.14.7）%,and the mean SO2 of normal tissue

4、 was （60.72.5）% in contralateral cerebral tissue, respectively. The difference is significant. Conclusions Measurement of glioma in vivo by NIRS is feasible. Key words:C6 glioma;saturation of blood oxygen (SO2);near infrared spectrometer (NIRS) 雖然神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的治療有長(zhǎng)足的進(jìn)展，但膠質(zhì)瘤的預(yù)后仍很差。膠質(zhì)瘤瘤體的血管生成1和能量代謝2是腫瘤生長(zhǎng)和擴(kuò)張的

5、重要因素。能反映瘤體能量代謝和血供情況的SO2的研究已開展多年3。本文利用一個(gè)新的近紅外光譜系統(tǒng)(NIRS)，將光學(xué)探頭直接刺入瘤體中或?qū)?cè)大腦中分別測(cè)量組織局部SO2,這個(gè)新型的光學(xué)探頭是將光源光纖和接受光纖整合進(jìn)一個(gè)針樣探頭中。 1 資料和方法 1.1 細(xì)胞和動(dòng)物 細(xì)胞株為大鼠C6腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞，培養(yǎng)于5% CO2氣體濃度37培養(yǎng)箱，培養(yǎng)液為10%小牛血清的RPMI 1 640液。于細(xì)胞指數(shù)生長(zhǎng)期，胰酶消化并收集細(xì)胞，制成105 個(gè)/l細(xì)胞懸液以供種植腫瘤（懸液不含血清）。接種動(dòng)物為成年SD (Sprague Dawley) 大鼠35只， 體重250 g (230280 g)，雌雄不限 。

6、1.2 腫瘤接種 所有大鼠術(shù)前禁食禁水，麻醉前30 min肌肉注射阿托品0.05 mg抑制呼吸道分泌，并在實(shí)驗(yàn)的過程中每 h肌肉注射阿托品0.05 mg維持。腹腔注射戊巴比妥（40 mlkg-1）進(jìn)行麻醉，體溫控制在37.5 。麻醉后將大鼠固定于江灣型立體定位儀上，暴露前囟，以前囟為原點(diǎn)，向后1.5 mm，向右旁開3.0 mm，用牙科磨鉆打一直徑1 mm小孔（A點(diǎn)）。微量進(jìn)樣針將10 l細(xì)胞懸液緩慢注入硬腦膜下5 mm（進(jìn)6 mm，退1 mm）處的腦組織中，停針5 min后退針，骨蠟封閉骨孔，清洗切口后縫合。常規(guī)飼養(yǎng)18 d，隨機(jī)處死5只大鼠，觀察成瘤情況。 1.3 MRI成像 將大鼠常規(guī)劑量

7、戊巴比妥麻醉后，行1.5T磁場(chǎng)強(qiáng)度的MRI及增強(qiáng)檢查。 1.4 近紅外光譜技術(shù) 新探頭外徑為0.8 mm，內(nèi)含直徑為200 m 光纖兩根4,5，其中一根將5 W 鹵素光源的光輸入組織中，另一根收集經(jīng)組織散射的光子并傳輸?shù)焦饫w光譜儀中，本系統(tǒng)收集500 到 1 000 nm光譜。測(cè)量數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。 近紅外光學(xué)探頭固定于安裝了電機(jī)的江灣型立體定向儀上，大鼠操作如接種至暴露原接種孔（A孔），在對(duì)側(cè)顱骨表面對(duì)稱部位鉆一直徑1 mm小孔（B孔）。通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行自動(dòng)控制探頭向顱內(nèi)進(jìn)針，起點(diǎn)為硬腦膜表面，每步長(zhǎng)為0.2 mm，采樣頻率為2 Hz，每步點(diǎn)測(cè)量20次，取均值以降低背景噪音。 1.5

8、 組織病理學(xué) 測(cè)量后麻醉處死大鼠，取腦固定于10%福爾馬林溶液24 h以上，石蠟包埋，切片，HE常規(guī)染色，對(duì)切片進(jìn)行病理學(xué)分級(jí)。 1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 所有步點(diǎn)SO2值給出均值s，用SPSS13.0及Excel軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，進(jìn)行相應(yīng)的2檢驗(yàn)和雙尾t檢驗(yàn)，當(dāng)P0.05時(shí)認(rèn)為差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。 2 結(jié) 果 2.1 大鼠術(shù)后一般情況 經(jīng)過MRI和組織病理學(xué)證實(shí)，所有大鼠均建模成功。術(shù)后大鼠活動(dòng)減少；進(jìn)水飲食漸行減少；體重在術(shù)后10 d減少。部分大鼠出現(xiàn)抑郁、偏癱、眼球突出等癥狀。 2.2 MRI成像 大鼠C6膠質(zhì)瘤呈橢圓形高信號(hào)影,增強(qiáng)后顯示腫瘤中有低信號(hào)區(qū)，提示有壞死或出血，部分腫瘤占位效

9、應(yīng)表現(xiàn)明顯。術(shù)后解剖證實(shí)所有探頭的實(shí)驗(yàn)針道均貫穿瘤體。 2.3 病理學(xué)診斷 對(duì)膠質(zhì)瘤的組織病理學(xué)分析，全部大鼠分為級(jí)，行NIRS測(cè)量的30只大鼠中，級(jí)為13只，級(jí)為17只；部分個(gè)體中瘤體出現(xiàn)組織壞死；中心區(qū)域出血；細(xì)胞有絲分裂活躍。 2.4 腦局部SO2 正常腦組織個(gè)體從硬腦膜開始向腦內(nèi)方向血氧飽和度緩慢下降，起始位置與腦深部SO2存在差異不明顯(P0.05)。A點(diǎn)針道血氧飽和度在個(gè)體中對(duì)應(yīng)RMI增強(qiáng)的壞死區(qū)有一個(gè)明顯的低峰。30只C6膠質(zhì)瘤荷瘤大鼠腦局部SO2均值在A點(diǎn)針道與B點(diǎn)針道間多步段存明顯差別(P0.05）。 C6膠質(zhì)瘤側(cè)腦組織整體SO2為（55.14.7）%，而對(duì)側(cè)腦組織整體SO2

10、為（60.72.5）%，兩種組織整體SO2差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P0.05)。 對(duì)C6膠質(zhì)瘤SO2低峰與病理分級(jí)配對(duì)2檢驗(yàn)，低峰出現(xiàn)與病理分級(jí)相一致。（見表1）表1 C6膠質(zhì)瘤SO2低峰與病理分級(jí)比較組別 3 討 論 腫瘤的生物學(xué)行為受諸多因素影響，其中包括瘤體的血管生成和能量代謝。在膠質(zhì)瘤的形成過程中，血管生長(zhǎng)因子過多表達(dá)，血管生成迅速，部分管壁不完整，甚至出血壞死6。而腫瘤的能量代謝分有氧能量代謝和無氧能量代謝，級(jí)C6膠質(zhì)瘤多為有氧能量代謝，能量代謝率較高2。組織中SO2可以反映局部的能量代謝和血液供應(yīng)情況。當(dāng)腫瘤具有高能量代謝率時(shí)，有氧的能量代謝的氧消耗增加，局部SO2并降低。同樣，當(dāng)膠質(zhì)

11、瘤惡性程度較高時(shí)，組織增生活躍甚至壞死，血供受損，局部組織輸氧能力降低，也可引起SO2降低。 SO2的NIRS測(cè)量可追溯到1977年,Jobsis首次測(cè)得了大腦局部的SO2和總血紅蛋白（HbT）的濃度7。相對(duì)于膠質(zhì)瘤研究中的血管生長(zhǎng)因子檢測(cè)、PET、1HMRS等技術(shù)，NIRS技術(shù)具有便捷、低成本、無創(chuàng)、操作時(shí)程短等特點(diǎn)69。但所測(cè)SO2是數(shù)個(gè)立方厘米組織的整體值，空間分辨率低。本文中使用了一種新型光學(xué)探頭的NIRS系統(tǒng)，其分辨率較傳統(tǒng)的NIRS技術(shù)明顯提高。本實(shí)驗(yàn)中，探頭貫穿C6膠質(zhì)瘤瘤體，首次獲得了SO2一維曲線圖。在無壞死的級(jí)C6膠質(zhì)瘤及對(duì)側(cè)腦組織中，SO2在硬腦膜至灰質(zhì)段均無明顯改變；在

12、白質(zhì)段SO2持續(xù)減低。NIRS研究支持這一點(diǎn)。在級(jí)C6膠質(zhì)瘤與對(duì)側(cè)腦組織中SO2 存在的明顯差異。在級(jí)C6鼠腦膠質(zhì)瘤瘤體中出現(xiàn)壞死及出血灶的個(gè)體，MRI成像檢查表現(xiàn)異常，同一步段SO2曲線出現(xiàn)了相應(yīng)的低峰。這說明膠質(zhì)瘤的壞死和出血灶的局部SO2 特征性地減低了。 在以往手術(shù)中，測(cè)量膠質(zhì)瘤SO2 時(shí)，無探測(cè)緯度參數(shù)，測(cè)得的SO2 值所代表的組織體積過大，空間分辨率低10。這不能很好地判斷所測(cè)組織中有無出血、壞死，其范圍多大及位置多深。本文中研究對(duì)象為大鼠C6膠質(zhì)瘤模型，其瘤體體積遠(yuǎn)小于神經(jīng)外科膠質(zhì)瘤患者實(shí)際瘤體體積。但本NIRS系統(tǒng)仍能反映出有壞死及出血的C6鼠腦膠質(zhì)瘤個(gè)體，這說明本NIRS系統(tǒng)

13、具有很強(qiáng)的實(shí)用性，高空間分辨率。對(duì)于術(shù)中要切除的膠質(zhì)瘤，使用本NIRS系統(tǒng)可先行測(cè)得術(shù)區(qū)局部腦組織的SO2 一維曲線，作為術(shù)中迅速判斷瘤體有無出血壞死，及其范圍、位置的有力工具，為手術(shù)者修正術(shù)式提供重要依據(jù)；并可在術(shù)中反復(fù)測(cè)量，起術(shù)中導(dǎo)航的作用，克服手術(shù)中腦移位對(duì)手術(shù)的影響。 NIRS技術(shù)能便捷地活體在位測(cè)量顱腦內(nèi)組織的SO2 。膠質(zhì)瘤瘤體低SO2 與腫瘤的能量代謝、組織出血壞死有關(guān)。惡性C6膠質(zhì)瘤的出血和壞死在一維CO2 曲線中有明顯的低峰。本NIRS系統(tǒng)較傳統(tǒng)的NIRS技術(shù)有更強(qiáng)的實(shí)用性，高分辨率，應(yīng)用前景廣泛?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】 1Harrigan M R. Angiogenic factor

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