磁共振擴散張量成像在新生兒缺氧缺血性腦病中的應用價值

王紅霞， 孟楠， 任繼鵬， 周鳳梅， 劉旺毅， 韓東明

新生兒缺氧缺血性腦病(hypoxic-ischemic encephalopathy，HIE)是目前危及兒童健康及成長發育的嚴重疾患之一，我國新生兒中約7%～10%有窒息病史[1]，這意味著HIE發病風險的升高。HIE引起的腦損傷常常會導致患兒產生一系列神經系統疾病或運動功能障礙，嚴重者會遺留永久性神經及運動功能后遺癥狀[2]甚至死亡。因此，HIE的早期診斷、預后評估及治療是關系到國民素質及生活質量的重要課題。目前，臨床主要依據新生兒的圍產窒息史、Apgar評分、實驗室相關生化指標等來診斷HIE并評估其嚴重程度[3]，具有一定的主觀性且缺乏量化指標。磁共振擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)可以反映腦白質纖維束的受損情況，定量評價腦損傷程度和腦白質、髓鞘發育情況，具備診斷和評估HIE嚴重程度的潛力。

表1 患者基本資料

材料與方法

1.研究對象

搜集本院足月HIE患兒45例，男24例，女21例，并以《新生兒缺氧缺血性腦病的診斷標準》[4]為依據，將病例組患兒分為輕度組18例，中度組15例，重度組12例。另選取正常足月新生兒20例作為對照組，納入標準：足月兒(孕齡37～42周)；無宮內窘迫史與圍生期窒息史；無先天性畸形史和神經系統感染疾病；無明顯異常代謝和染色體病癥史；出生后1 min、5 min的Apgar評分≥8分；無中樞系統異常體征；頭顱磁共振檢查未發現顯著異常表現。各組研究對象的掃描日齡、性別等基本資料差異無統計學意義(表1)。所有患兒家屬均簽署知情同意書。

2.研究方法

掃描設備和參數：采用GE 3.0T Signa HDx超導MR儀行頭顱MRI常規序列、DTI序列掃描，線圈為8通道頭頸聯合線圈。所有入組患兒于檢查前20～30 min以10%水合氯醛口服或灌腸，等其熟睡之后，佩戴隔音耳塞進行掃描。掃描期間，相關醫生、患兒家屬全程陪同，并密切注意患兒心率、呼吸等狀況。常規掃描序列：T1WI、T2WI、T2FLAIR及DWI序列，掃描范圍自顱底至顱頂，掃描層數16層，層厚4 mm，層間距0.5 mm。參數如下：Sag T1WI，TR 330 ms，TE 6 ms；Axi T1FLAIR，TR 7800 ms，TE 125 ms；Axi T2WI，TR 7800 ms，TE 125 ms；Axi T2FLAIR，TR 9000 ms，TE 172 ms；Axi DWI，TR 5000 ms，TE 80 ms。b值為0、1000 s/mm2。DTI序列：TR 9000 ms，TE 105 ms，視野240 mm×240 mm，激勵次數3，b 值為0、1000 s/mm2，擴散敏感梯度方向15。

圖像分析與數據處理方法：采用GE AW4.4工作站進行圖像處理，應用后處理軟件生成FA圖、彩色編碼張量圖、ADC圖等。在彩色張量圖上手動選取ROI：雙側額葉白質，雙側半卵圓中心，內囊前、后肢，胼胝體膝部，胼胝體壓部及豆狀核，ROI的面積為(10±5) mm2。對于部位為雙側的，求得FA值的平均值。所選取的ROI位置放置在解剖結構的中央。

表2 病例組與對照組組間FA值比較

表3 病例組各亞組與對照組比較結果

注：A為對照組，B為輕度組，C為中度組，D為重度組，*P<0.05。

為縮小誤差，每個ROI的值測量3次，最終取得平均值。使用單盲法評價結果，常規MR圖像是由1位高年資主治醫生獨立審閱，FA值由1名資深住院醫師獨立測定。

3.統計學分析

采用SPSS 21.0進行統計學分析，采用單因素方差分析各組ROI的FA值進行分析比較，若方差齊，則兩兩組間比較采用LSD-t檢驗。如方差不齊，則采用Dunnett's T3檢驗。分類(性別)變量采用卡方檢驗。P<0.05為差異具有統計學意義。對差異具有統計學意義的ROI進行ROC曲線分析得出相關參數的閾值、敏感度及特異度。

結 果

1.常規MRI序列表現

正常對照組：雙側大腦半球對稱，腦實質形態、結構及信號未見明顯異常。雙側內囊后肢由于髓鞘化原因在T1WI像上呈較高信號。腦干結構及信號正常。垂體形態、結構及信號未見明顯異常。腦室系統正常，中線結構居中(圖1)。

病例組：輕度組患兒表現腦皮層和(或)皮層下點片狀、線樣高信號影的有12例(圖2)，表現為蛛網膜下腔出血有4例，頭皮血腫有2例；中度組患兒表現為深部腦白質點片狀高信號8例，沿側腦室體壁條帶狀高信號影4例，側腦室旁斑片狀高信號7例(圖3)，局部腦出血灶4例，局部腦水腫1例；重度組表現為基底節區及丘腦對稱性的不規則片狀高信號有6例(圖4)，大范圍腦梗死灶4例，彌漫性腦水腫3例。

2.所測各興趣區FA值對比分析結果

病例組與正常對照組的各興趣區(豆狀核除外)的FA值有差異，差異具有統計學意義(P<0.05，表2)。輕度組的胼胝體壓部、內囊后肢的FA值較對照組低，差異具有統計學意義(P<0.05，表3)。中度組的額葉白質、半卵圓中心、胼胝體壓部及內囊后肢的FA值較正常對照組低，差異具有統計學意義(P<0.05，表3)。重度組中，除豆狀核之外，其余興趣區的FA值均較正常對照組低，差異具有統計學意義(P<0.05，表3)。 不同程度病例組間比較，輕度組的興趣區(豆狀核除外)的FA值較重度組FA值高，差異具有統計學意義(P<0.05，表3)。中度組的額葉白質、半卵圓中心、內囊后肢及胼胝體壓部的FA值較重度組高，且差異具有統計學意義(表3)。

3.各興趣區FA值對HIE的診斷效能

額葉白質、半卵圓中心、內囊前、后肢、胼胝體膝、壓部FA值ROC曲線見圖5、表3。其中內囊后肢FA值的曲線下面積(area under the curve，AUC)最大，閾值為0.531，敏感度為80%，特異度為84.4%，Youden指數為0.644。

討 論

1.HIE的損傷模式及發生機制

足月HIE的顱腦損傷模式多種多樣，有學者[5]將其分為三類：基底節區-丘腦損傷、分水嶺區損傷、彌漫性腦損傷。

HIE的損傷模式特征主要由其窒息特點決定的。有研究指出[6]，HIE的圍生期窒息特點包括急性全面性窒息、慢性或部分性窒息。患兒出現慢性或部分性缺氧時，機體則會出現潛水反射，以保證心臟、顱腦的血流供應，隨著缺氧的時間的延長，腦部血流量重新分布以保證代謝旺盛的灰質結構的灌注，如丘腦、基底節、腦干等，這種血流的重新分布易導致損傷主要位于大腦血管間的區域(分水嶺分布)。這種損傷模式對于HIE患兒的危害較輕，多見于輕度HIE的患兒。當發生急性全面性的窒息時，腦部血流可能完全阻斷，血流灌注明顯不足，易損傷如基底節、丘腦等大腦深部灰質核團的區域，此種損傷模式常發生于重度的患兒。

圖1 女，胎齡39周，4d，足月正常新生兒。a) 橫軸面T1WI； b) 橫軸面T2WI； c) 橫軸面DWI示腦實質均未見明顯異常信號； d) FA彩色編碼張量圖示白質纖維束走行自然、清晰，未見明顯異常。 圖2 男，胎齡38周，7d，輕度HIE。a) 橫軸面T1WI示左側顳葉皮層線條狀高信號影； b) 橫軸面T2WI序列圖，示左側顳葉皮層線條狀稍低信號； c) 橫軸面DWI示左側顳葉皮層線條狀高信號影； d) 彩色編碼張量圖示纖維束走行自然，內囊后肢及胼胝體壓部FA值較對照組降低。

2.DTI技術及FA值對HIE的早期診斷價值

人體中樞神經系統中，由于受到不同組織結構的影響，水分子在每個方向的擴散不一樣[7]，即為各向異性擴散，在相同的介質中，水分子的擴散是相向的，即為各向同性擴散。腦白質纖維束間的水分子擴散方式為前者。腦白質神經纖維束排列較為緊密，水分子沿著平行纖維束方向的擴散要快于垂直方向。DTI技術是以這一特征為基礎，檢測人體大腦內部的細微變化，觀察白質纖維束的整體情況[8]，也可以評估其發育情況。參數FA值反應的是水分子擴散的各向異性。相關研究指出，DWI的參數ADC值對亞急性時期的HIE患兒的診斷會出現“假正常化”[9]，敏感度及特異度降低，而FA值是降低的，因此不會出現"假正常化"現象。而常規的MRI檢查盡管能夠檢出亞急性期HIE患兒顱內異常信號，但是其對輕中度HIE患兒內囊后肢及胼胝體的診斷特異性明顯低于FA值。FA值參數的特點，可早期發現缺氧缺血引起的軸索髓鞘的損傷，這種優勢是表觀擴散系數值和常規磁共振序列達不到的[10]。

本研究中正常對照組與病例組的FA值在胼胝體、內囊、額葉白質及豆狀核的FA值是逐漸降低的，這種征象符合了髓鞘發育從中心到外周，從背側到腹側，從尾端到頭端的特點。Shimony等[11]學者也證實了這一點，聯合纖維(胼胝體)、投射纖維(內囊)的各向異性是逐漸降低的，而且腦白質的各向異性分數明顯高于腦部灰質。在本研究結果中顯示，除豆狀核外，各興趣區的FA值在病例組較正常對照組低，差異具有統計學意義，表明了缺氧缺血破壞了白質纖維束的完整性，導致FA值的降低，這與國外相關文獻報道[12]相似。而在病例組間兩兩比較的結果中，重度組各興趣區(豆狀核除外)較輕度組與中度組的FA值低，表明隨著HIE患兒病情程度的加重，FA值是有逐漸降低的趨勢。左克揚等[13]學者的研究也證實了這一點，認為FA值降低程度同HIE患兒的病情輕重呈正相關，可客觀反映HIE的輕重程度，量化評估患兒的病情。FA值的大小同腦白質纖維束的方向性和完整性關系密切，白質纖維束髓鞘化越完善，FA值越高，因此FA值的降低反映了腦白質纖維束的受損，受損程度越重，FA值降低越明顯。本研究中，豆狀核FA值在病例組與對照組間差異無統計學意義，這是由于豆狀核屬于灰質核團，主要由神經元構成，白質纖維含量少，擴散呈各向同性特征，因此豆狀核的FA值可無明顯變化，有學者研究[14]也得到相似的結論，因此FA值評價腦內灰質核團意義不大。本研究還顯示，通過測得各興趣區的FA值的AUC，來確定對HIE診斷的準確度有些局限，所測得的敏感度最高為80%，其余均較低，此與國內部分學者的研究[15]是一致的，說明不能僅通過FA值的降低來診斷HIE，因為導致FA值減低的因素很多，而且FA值的降低反應的是腦白質的損傷情況。當然，通常認為，ROC的AUC越大，診斷效能就越高。本研究結果顯示，內囊后肢的AUC最大，在各興趣區的診斷效能最佳。

圖3 女，胎齡39周，5d，中度HIE。a) 橫軸面T1WI示左側額葉局部皮層下、右側側腦室旁白質及左側頂葉白質可見多發小片狀稍高信號影； b) 橫軸面T2WI示病變呈稍低信號； c) 橫軸面DWI示病變呈明顯高信號； d) 彩色編碼張量圖示胼胝體壓部纖維束顏色明顯變淡，除外豆狀核、內囊后肢及胼胝體膝部的余興趣區FA值均降低。 圖4 女，胎齡39周，14d，重度HIE。a) 橫軸面T1WI示雙側基底節區、雙側丘腦對稱性片狀高信號灶，示病變呈低信號； b) 橫軸面T2WI序列圖，示病變呈稍低信號； c) 橫軸面DWI示上述病變呈稍高信號； d) 彩色編碼張量圖示腦內白質纖維束顏色混雜，胼胝體膝部、壓部顏色明顯變淡，內囊前肢、胼胝體膝部邊緣不光整，除外豆狀核，余興趣區FA值顯著下降。

圖5 各興趣區FA值的ROC曲線。

由上所述，同常規MRI序列相比，DTI能夠早期、定量、客觀地評價足月HIE患兒腦損傷的情況，在足月HIE的早期診斷中發揮重要的作用。FA值能定量評價HIE患兒的腦白質損傷情況，可為臨床提供較為準確的腦白質損傷情況，指導臨床制定合理的治療措施。