DTI和T1WI測值法在早產(chǎn)兒腦發(fā)育評估中的應(yīng)用價值

黃文獻， 王曉玉， 劉心怡， 余珍珠， 曾偉彬， 曾洪武

隨著國家二孩及三孩政策的實施，高齡產(chǎn)婦不斷增加，早產(chǎn)兒亦隨之增多;危重新生兒救治技術(shù)的不斷提高，早產(chǎn)兒存活率大幅提升，早產(chǎn)兒腦發(fā)育成為家長和社會關(guān)注的焦點。如何量化評價早產(chǎn)兒神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育情況是醫(yī)學研究的熱點。隨著胎兒成像技術(shù)的進步，特別是胎兒MRI技術(shù)，顯示胎兒大腦在妊娠25～40周生長迅速[1]；早產(chǎn)兒的大腦發(fā)育要比糾正胎齡后同周齡的健康胎兒慢，髓鞘化程度和成熟度均不及足月兒完善[2,3]。因此，早產(chǎn)兒尤其極低出生/超低出生體重兒，出生后的腦發(fā)育和神經(jīng)功能動態(tài)隨訪至關(guān)重要。傳統(tǒng)頭顱MRI檢查是早產(chǎn)兒腦評估的重要手段，但只局限于形態(tài)學觀察及粗略評估，尚不能對細微結(jié)構(gòu)進行量化評估。磁共振擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是目前唯一活體、無創(chuàng)地定量描述腦白質(zhì)的MR技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于腦發(fā)育和各類神經(jīng)系統(tǒng)疾病[4,5]。本研究采用各向異性分數(shù)(fractional anisotropy,FA)和表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient,ADC)值對早產(chǎn)兒的腦白質(zhì)發(fā)育進行定量評估。T1WI測值法正在興起，因其方便快捷為臨床采納，在新生兒膽紅素腦病等疾病中得到廣泛應(yīng)用[6,7]。本研究同時采用T1WI測值法和DTI評估早期及中晚期早產(chǎn)兒的腦發(fā)育情況，并比較這兩種影像評估方法的效率,旨在探討DTI和T1WI測值法在早產(chǎn)兒腦發(fā)育評估中的應(yīng)用價值。

材料與方法

1.研究對象

搜集2019年8月～2020年8月在我院診治和兒童保健與心理健康中心隨訪的早產(chǎn)兒，所有患兒均行頭顱MRI和DTI檢查,檢查前告知受試者監(jiān)護人檢查目的及潛在風險，由監(jiān)護人簽署知情同意書。本研究通過深圳市兒童醫(yī)院倫理委員會批準。

病例臨床入組標準：①早產(chǎn)兒，出生時胎齡小于37周，MRI掃描時糾正胎齡大于40周；②第1、5分鐘Apgar評分高于7分；③新生兒期神經(jīng)系統(tǒng)檢查無陽性病理征；④新生兒住院期間排除低血糖腦病、缺氧缺血性腦病、膽紅素腦病、腦先天性發(fā)育異常、遺傳代謝性腦病等疾病；⑤孕期母親無疾病史。影像學入組標準：①常規(guī)頭顱MRI正常；②圖像質(zhì)量合格，無掃描不全或明顯運動偽影。病例排除標準：①MRI常規(guī)序列上發(fā)現(xiàn)明顯陽性病灶；②有窒息史；③臨床資料不完善。糾正胎齡(周)等于出生時的胎齡加上從出生到掃描時的間隔時長。

本研究共納入32例早產(chǎn)兒,按出生時胎齡分為早期早產(chǎn)兒組(出生胎齡≤32周，19例)和中晚期早產(chǎn)兒組(出生胎齡>32周，13例)。MRI掃描時均按糾正胎齡進行計算。

2.研究方法

掃描設(shè)備及數(shù)據(jù)采集:MRI檢查采用Siemens MAGNETOM Skyra 3.0T超導型磁共振成像系統(tǒng)采集結(jié)構(gòu)像和腦功能數(shù)據(jù)。掃描序列及參數(shù)：T1WI采用T1_tirm_ dark-fluid序列，采集橫軸面和矢狀面圖像，TR 1800 ms，TE 42 ms,激勵次數(shù)1,層厚4 mm，間隔0 mm；T2WI采用T2_tse_tra序列，采集橫軸面圖像，TR 2300 ms, TE 106 ms，激勵次數(shù)1，層厚4 mm，間隔0 mm；FLAIR采用T2_tirm_tra_dark-fluid序列，采集橫軸面圖像，TR 9000 ms，TE 134 ms，IR 2500 ms，激勵次數(shù)1，層厚5 mm，間距1 mm。DTI采用單次激發(fā)自旋平面回波成像(SE-EPI)進行掃描，采集橫軸面圖像，采用ep2d.diff.mddw.p2序列，層厚3 mm，間距1 mm，TR 3300 ms，TE 95 ms，擴散方向為20，b值取0和800 s/mm2。

影像學資料由兩位高年資兒科放射醫(yī)師(臨床工作時間≥10年)雙盲獨立測值及分析，雙方意見不一時通過協(xié)商達成一致。

利用西門子MAGNETOM Skyra工作站對DTI圖像和T1WI圖像進行后處理。采用感興趣區(qū)(region of interest，ROI)測值方法，測量FA值和ADC值、T1信號值。在FA圖上放置ROI測量FA值，ROI大小為(7±2) mm2，使ROI盡量在測量解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)，根據(jù)解剖結(jié)構(gòu)不同適當改變其大小，盡量避免鄰近結(jié)構(gòu)部分容積效應(yīng)。選擇以下8個ROI：胼胝體壓部和膝部、雙側(cè)腦室后角、雙側(cè)內(nèi)囊后肢、雙側(cè)半卵圓中心(圖1)。根據(jù)上述方法在ADC圖和T1WI圖放置ROI測量ADC值、T1信號值。分別由兩位工作經(jīng)驗豐富的放射科醫(yī)生測值，每個ROI位置測量3次再取平均值。

圖1 ROI放置位置顯示圖。1=左側(cè)半卵圓中心，2=右側(cè)半卵圓中心，3=胼胝體膝部，4=胼胝體壓部，5=左側(cè)內(nèi)囊后肢，6=右側(cè)內(nèi)囊后肢，7=左側(cè)側(cè)腦室后角旁白質(zhì)，8=右側(cè)側(cè)腦室后角旁白質(zhì)。a)FA圖；b)FA圖另一層面；c)ADC圖；d)ADC圖另一層面。

3.統(tǒng)計學分析

采用SPSS 18.0軟件進行統(tǒng)計學分析。計數(shù)資料(如性別)的組間比較采用χ2檢驗，計量資料的組間比較采用兩獨立樣本t檢驗。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

1.兩組早產(chǎn)兒臨床資料比較

兩組早產(chǎn)兒的相關(guān)臨床資料見表1，兩組的性別組成、Apgar評分(5min)、MRI掃描時糾正胎齡、掃描時患兒平均體重差異均無統(tǒng)計學意義(P值均>0.05)。

表1 兩組早產(chǎn)兒臨床資料比較

2.兩組早產(chǎn)兒的FA值、ADC值和T1WI信號值比較

兩組早產(chǎn)兒的FA值、ADC值和T1WI信號值比較采用兩獨立樣本t檢驗，統(tǒng)計學分析結(jié)果顯示，早期早產(chǎn)兒組胼胝體壓部和膝部、雙側(cè)內(nèi)囊后肢的FA值低于中晚期早產(chǎn)兒組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05，表2、圖2)。早期早產(chǎn)兒組胼胝體壓部和膝部的ADC值高于中晚期早產(chǎn)兒組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05，表2、圖3)。早期早產(chǎn)兒組與中晚期早產(chǎn)兒組同部位ROI的T1WI信號值差異均無統(tǒng)計學意義(P值均>0.05，表3、圖4)。

表2 兩組早產(chǎn)兒不同ROI的FA值和ADC值比較

表3 兩組早產(chǎn)兒不同ROI的T1WI信號值比較

圖2 早期早產(chǎn)兒與中晚期早產(chǎn)兒各ROI區(qū)FA值的比較。注：EA為早期早產(chǎn)兒，LA為中晚期早產(chǎn)兒。 圖3 早期早產(chǎn)兒與中晚期早產(chǎn)兒各ROI區(qū)ADC值的比較。注： EA為早期早產(chǎn)兒，LA為中晚期早產(chǎn)兒。圖4 早期早產(chǎn)兒與中晚期早產(chǎn)兒各ROI區(qū)T1WI值的比較。注： EA為早期早產(chǎn)兒，LA為中晚期早產(chǎn)兒。

討 論

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和醫(yī)學技術(shù)進步，早產(chǎn)兒的救治水平不斷提高，其存活率逐年提升。早產(chǎn)兒的腦發(fā)育成為家長和醫(yī)學關(guān)注的焦點。影響早產(chǎn)兒大腦發(fā)育的主要因素有孕產(chǎn)婦因素和胎兒因素，如何量化評價早產(chǎn)兒腦發(fā)育情況是醫(yī)學研究的熱點和家長關(guān)注的核心。腦白質(zhì)髓鞘化是新生兒腦發(fā)育的重要組成部分，也是腦發(fā)育過程中的核心指標。腦髓鞘化進程遵循自下往上、自后往前，從中央向周邊，最后到皮層下白質(zhì)完成整個過程[8]。不同胎齡的早產(chǎn)兒，出生后腦發(fā)育是否有差異或差異如何，需要進一步研究。本研究采用DTI技術(shù)，比較分析早期早產(chǎn)兒與中晚期早產(chǎn)兒的腦發(fā)育情況，研究結(jié)果顯示在相同的糾正后胎齡，早期早產(chǎn)兒組胼胝體膝部、胼胝體壓部、雙側(cè)內(nèi)囊后肢的FA值低于中晚期早產(chǎn)兒組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。早期早產(chǎn)兒組胼胝體膝部、胼胝體壓部的ADC值高于中晚期早產(chǎn)兒組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

大腦發(fā)育是多因素參與的復雜過程，尤其是在妊娠期和出生后的第1個月，遺傳和環(huán)境因素之間存在強烈的相互作用[8]。盡管嬰兒的大腦在胎兒時形成較早，但它并不是一個微型的成人大腦；大腦的各區(qū)域都在持續(xù)變化，而且差異明顯[1]，即感覺運動區(qū)域發(fā)育得早且快，而高級認知和記憶功能相關(guān)區(qū)域則發(fā)育得晚且緩慢。

擴散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging,DWI)利用水分子布朗運動的原理，通過追蹤水分子運動間接顯示組織微細結(jié)構(gòu)，是目前中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病檢測的常規(guī)序列[9]。DTI是在DWI基礎(chǔ)上發(fā)展起來的MRI新技術(shù)，可以定量評價腦白質(zhì)的各向異性，間接反映腦白質(zhì)纖維束的走行、排列等空間立體結(jié)構(gòu)特點。DTI已用于新生兒腦發(fā)育和腦損傷有關(guān)的定量研究[10,11]。DTI的常用參數(shù)包括各向異性分數(shù)(FA)、徑向擴散率(radial diffusivity，RD)、軸向擴散率(axial diffusivity,AD)、平均擴散率(mean diffusivity,MD)。各向異性分數(shù)(FA)是各向擴散異性與整個擴散的比值，數(shù)值為0～1，越趨向0則代表越趨向各向同性，分數(shù)越趨向1代表整個擴散運動越趨向各向異性。圍產(chǎn)期腦發(fā)育的特征是隨著早產(chǎn)嬰兒腦發(fā)育的成熟，組織水分子減少；隨著神經(jīng)纖維髓鞘形成，大腦白質(zhì)中MD、RD和AD降低，F(xiàn)A升高，F(xiàn)A的增加系白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化所致，主要是髓鞘形成[3,12]。王紅霞等[13]采用DTI技術(shù)對新生兒缺氧缺血性腦病(hypoxic-ischemic encephalopathy,HIE)的腦損傷進行評價，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在各感興趣區(qū)中，內(nèi)囊后肢FA值診斷新生兒HIE的效能最高。

本研究采用DTI評估早產(chǎn)兒腦發(fā)育，為了排除胎齡所致的差異，通過測量8個ROI的FA值，評估兩組早產(chǎn)兒腦發(fā)育的差異。早期早產(chǎn)兒組在胼胝體膝部和壓部、雙側(cè)內(nèi)囊后肢的FA值低于中晚期早產(chǎn)兒組，且差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；表明早產(chǎn)兒腦組織隨月齡增大逐漸成熟，體現(xiàn)為FA值增高，與王鑫等[3]的研究結(jié)果相符。另外，在同組內(nèi)，ROI測得FA值由低到高依次為半卵圓中心、側(cè)腦室后角旁白質(zhì)、胼胝體膝部、內(nèi)囊后肢、胼胝體壓部，F(xiàn)A值隨髓鞘化程度增加而增加[8]。相關(guān)文獻報道，MRI顯示50%～80%的極低或超低出生體重兒有不同程度腦白質(zhì)損傷[14]。胎齡<30周早產(chǎn)兒中，10%～15%可進展為腦癱，40%出現(xiàn)輕度運動障礙。認知功能障礙的發(fā)生率更高，30%～60%可存在認知障礙和學習困難；遠期的不良后果與新生兒時期腦白質(zhì)損傷關(guān)系密切[15,16]。

本研究結(jié)果顯示，早期早產(chǎn)兒組胼胝體膝部、壓部的ADC值高于中晚期早產(chǎn)兒組，且差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。FA值和ADC值是DTI成像的兩個不同參數(shù)，組織內(nèi)水分子的擴散受限越小，ADC值越高，同時FA值越低，兩者聯(lián)合可以更好地反映組織內(nèi)水分子擴散狀況。FA值和ADC值兩個參數(shù)的組間比較，顯示內(nèi)囊后肢ADC值的組間差異沒有統(tǒng)計學意義，而余部位ROI組間的ADC值和FA值統(tǒng)計學差異呈一致性，說明FA值較ADC值更為敏感。這是由于ADC值描述擴散梯度磁場各方向上水分子的擴散特點，所有影響水分子運動的因素都疊加成一個觀察值，尚不能完全評價不同組織各向異性的特點[17]。另外本研究的T1WI測值統(tǒng)計結(jié)果顯示兩組同部ROI差異均無統(tǒng)計學意義，說明DTI較T1WI測值更為敏感。T1WI信號值與組織的成份相關(guān)，腦組織髓鞘化引起T1WI信號增高，水成分增加導致T1WI信號值減低。

綜上所述，相同糾正后胎齡的中晚期早產(chǎn)兒的腦發(fā)育速度較早期早產(chǎn)兒快，提示在臨床中若條件許可時應(yīng)盡量延長孕周。可采用DTI方法進行腦發(fā)育的監(jiān)測，F(xiàn)A值較ADC值更敏感，DTI較T1WI測值更為敏感。