基于動脈自旋標記成像技術探討支氣管肺發育不良對早產兒腦血流量影響的前瞻性研究

張晨 李文麗 陸林 朱楚 秦璠玥 苑孟杰 薛倩茹 徐發林,3,4

（1.鄭州大學第三附屬醫院新生兒科，河南鄭州 450052；2.鄭州大學第三附屬醫院放射科，河南鄭州 450052；3.河南省兒科疾病臨床醫學研究中心，河南鄭州 450052；4.鄭州大學先進醫學研究中心，河南鄭州 450052）

隨著圍生醫學的發展和新生兒重癥救治水平的提升，胎齡（gestational age，GA）32周以下極早產兒的存活率顯著升高，但其神經損傷和發育障礙的發生風險仍較高。大多數極早產兒生后伴有不同程度的呼吸系統疾病，需要長時間的氧療和輔助通氣，極易并發支氣管肺發育不良（bronchopulmonary dysplasia，BPD），中國新生兒協作網數據顯示我國2019年GA＜32周早產兒BPD的發生率為29.2%[1]。BPD是一種與肺部發育不成熟相關的炎癥性疾病，是導致神經發育障礙的獨立危險因素[2]，長期隨訪發現高達一半BPD患兒神經系統發育遲滯[3]。Neubauer等[4]研究表明BPD能夠使大腦結構成熟過程發生延遲，Lee等[5]應用彌散張量成像技術評估早產兒大腦發育情況，發現與非BPD患兒相比，糾正胎齡足月時BPD患兒腦白質體積更小。然而目前關于BPD對早產兒大腦皮質發育影響的研究尚少，且缺乏腦血流灌注量方面的研究。

腦血流量（cerebral blood flow，CBF）提供大腦成熟所需的氧氣和營養物質，與大腦的新陳代謝相關。動脈自旋標記（arterial spin labeling，ASL）成像技術作為一種安全、無創的灌注成像技術，可以非侵入性地獲得大腦各個區域的CBF值[6]。本研究旨在應用ASL成像技術測量的CBF值評估BPD早產兒生后早期大腦皮質局部腦血流灌注情況，為BPD對大腦成熟度的影響提供新的證據，同時也為早產兒神經發育遠期影響的隨訪提供新方向。

1 資料與方法

1.1 研究對象

采用前瞻性研究方法，選取2021年8月—2022年6月在鄭州大學第三附屬醫院產科出生并轉入新生兒科的90例早產兒作為研究對象，納入標準：（1）GA＜32周，出生體重（birth weight，BW）＜1 500 g；（2）于糾正胎齡35～40周完成頭顱磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）及ASL檢查。排除標準：（1）先天性顱腦發育畸形者；（2）中樞神經系統感染者；（3）頭顱MRI及ASL檢查時存在院內感染或肺部感染者；（4）圍生期有重度窒息者；（5）Ⅲ～Ⅳ級顱內出血者；（6）患染色體病、先天遺傳代謝性疾病者[7]。本研究通過鄭州大學第三附屬醫院醫學倫理委員會批準（2022-126-01號），受試新生兒監護人均知情同意，并簽署知情同意書。

1.2 分組

依據2018年美國國立兒童健康與人類發展研究所修訂的BPD定義[8]：GA＜32周的早產兒，伴有影像學證實的持續性肺實質病變，糾正胎齡36周時至少連續3 d需要一定的呼吸支持和吸入氣氧濃度才能維持動脈血氧飽和度（oxygen saturation，SaO2）為0.90～0.95。根據是否診斷為BPD分為BPD組和非BPD組。

1.3 資料收集

收集以下臨床資料：（1）早產兒基本情況及母孕期情況：GA、BW、性別、出生方式、單胎、小于胎齡兒、1 min Apgar評分、最近一次紅細胞壓積 （hematocrit，HCT）、肺表面活性物質（pulmonary surfactant，PS）應用情況、輔助通氣時間、頭顱MRI檢查時糾正胎齡和日齡、妊娠期高血壓疾病、急性絨毛膜羊膜炎、胎兒窘迫、胎膜早破等情況；（2）早產兒并發癥情況：新生兒壞死性小腸結腸炎（neonatal necrotizing enterocolitis，NEC）、早產兒視網膜?。╮etinopathy of prematurity，ROP）、動脈導管未閉（patent ductus arteriosus，PDA）、晚發型敗血癥、Ⅰ～Ⅱ級顱內出血、早產兒腦白質損傷。早產兒并發癥診斷均參考第5版《實用新生兒學》[9]。

1.4 頭顱MRI檢查及ASL圖像采集與處理

兩組早產兒均于糾正胎齡35～40周完成頭顱MRI及ASL檢查。患兒鎮靜（靜脈注射苯巴比妥鈉5 mg/kg）熟睡后評估患兒面色、呼吸等生命體征平穩，并監測SaO2在90%以上，檢查過程中連接指脈氧監測儀監測SaO2，若SaO2＜90%停止常規頭顱MRI及ASL檢查。應用GE SIGNA Pioneer 3.0 T MRI掃描儀，掃描時將受試者頭部擺正，對所有早產兒均進行頭顱常規MRI（T1加權成像、T2加權成像、液體抑制反轉恢復序列、彌散加權成像）及3D-ASL檢查軸位掃描。ASL掃描包括Ax-T2CUBE腦結構像和3D-ASL兩部分。Ax-T2CUBE腦結構像用于觀察腦形態結構，3D-ASL需與Ax-T2CUBE腦結構像圖像融合。兩次掃描均覆蓋全顱，純軸位掃描。Ax-T2CUBE序列：重復時間5 002 ms，回波時間98.4 ms，層厚2.0 mm，層間隔1 mm，矩陣220×220，激勵次數 2，層數144，視野240 mm×316 mm，掃描時間3 min 40 s。3D-ASL采用SE SPIRAL序列，定位線復制Ax-T2CUBE序列，純軸位掃描，重復時間4 650 ms，回波時間10.86 ms，層厚4.0 mm，層間隔4.0 mm，矩陣512×512，激勵次數3，層數72，視野240 mm×316 mm，標記后延遲時間為2.0 s[6]，掃描時間4 min 10 s。通過ADW 4.7工作站進行后處理，使用Ready View軟件進行上述兩種圖像融合，得到色彩分明的偽彩圖。手動在融合圖像上選擇感興趣區（region of interest，ROI），包括大腦皮質區域（額葉、顳葉、頂葉、枕葉）及在新生兒期代謝較活躍的深部灰質（丘腦和基底神經節）。勾畫時使用圓形測量工具，左右兩側對稱，勾畫層面的選擇以清晰顯示各ROI為準，每個ROI大小控制在（10±2）mm2，每次測量置于ROI的正中部位，測量3次后取平均值，如圖1所示。

圖1 ASL圖ROI的選取 A～F為ASL彩色編碼圖，紅色區域代表血流量高，藍色區域代表血流量低。各數字代表相應部位的ROI：1.額葉皮質；2.顳葉皮質；3.頂葉皮質；4.枕葉皮質；5.基底神經節；6.丘腦。

1.5 統計學分析

應用SPSS 26.0軟件進行數據處理。正態分布的計量資料用均數±標準差（±s）表示，組內不同ROI左右兩側CBF值的比較采用配對t檢驗；不符合正態分布的計量資料采用中位數（四分位數間距）[M（P25，P75）]表示，組間比較采用Mann-WhitneyU檢驗；計數資料以例數和百分率（%）表示，組間比較采用χ2檢驗或連續校正χ2檢驗。采用多元線性回歸模型分析BPD對不同ROI的CBF值的影響（控制GA、性別、日齡及頭顱MRI檢查時患兒的生長發育情況）。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組早產兒基本資料比較

與非BPD組早產兒相比，BPD組早產兒1 min Apgar評分更低，輔助通氣時間更長，頭顱MRI檢查時糾正胎齡和日齡更大，胎兒窘迫發生率更高，差異存在統計學意義（P＜0.05）；但兩組早產兒GA、BW、性別、出生方式、單胎、小于胎齡兒、最近一次HCT、PS應用情況、頭顱MRI檢查時BW、頭顱MRI檢查時頭圍、頭顱MRI檢查時宮外發育遲緩情況、頭顱MRI檢查時吸氧情況、母孕期情況等方面比較差異均無統計學意義（P＞0.05）。見表1。

表1 BPD組與非BPD組早產兒基本資料比較

2.2 兩組早產兒并發癥比較

兩組早產兒NEC、ROP、PDA、晚發型敗血癥、Ⅰ～Ⅱ級顱內出血、早產兒腦白質損傷的發生率比較差異均無統計學意義（P＞0.05），見表2。

表2 BPD組與非BPD組早產兒并發癥比較 [例（%）]

2.3 兩組早產兒組內左右兩側ROI的CBF值比較

兩組早產兒不同ROI的左右兩側CBF值差異均無統計學意義（P＞0.05），見表3。

表3 兩組早產兒各ROI的左右兩側CBF值比較 [±s，mL/（100 g·min）]

表3 兩組早產兒各ROI的左右兩側CBF值比較 [±s，mL/（100 g·min）]

注：[BPD]支氣管肺發育不良。

2.4 BPD對不同ROI的CBF值的影響

通過控制患兒GA、性別、日齡及頭顱MRI檢查時生長發育情況等影響，發現BPD組左右兩側額葉、顳葉、頂葉、枕葉、基底神經節、丘腦的CBF值仍高于非BPD組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表4。

表4 BPD對早產兒各ROI的CBF值影響的多元線性回歸結果

3 討論

BPD是早產兒最常見的嚴重慢性肺部疾病，其臨床表現主要為對機械通氣及氧氣長期依賴。BPD患兒出院后容易反復下呼吸道感染、再入院率高，且大多患兒遠期遺留認知障礙、視聽覺障礙、計算力差等不良神經發育結局，嚴重影響患兒的生存質量[10-11]。大腦皮質參與記憶、計算等認知活動，其發育障礙與不良神經發育結局有關[12]。本研究顯示，BPD組早產兒大腦皮質的CBF值為18.50～19.50 mL/(100 g·min)，深部灰質的CBF 值為 29.66～36.49 mL/(100 g·min)，均高于非BPD組早產兒的CBF值。同時，BPD組早產兒窒息及胎兒窘迫發生率更高，輔助通氣時間更長。

CBF值的高低受圍生期多種因素影響，如GA、性別、HCT、早產兒腦白質損傷、頭顱MRI檢查時狀態、頭顱MRI檢查時糾正胎齡和日齡等[7，13]。本研究兩組早產兒頭顱MRI檢查時均處于鎮靜狀態，對GA、BW、性別、HCT、早產兒腦白質損傷進行統計，差異均無統計學意義，故排除了上述因素的影響。本研究進一步將患兒的GA、性別、日齡及頭顱MRI檢查時生長發育情況納入多元線性回歸模型中，發現BPD與CBF值仍有相關性。

局部CBF的變化反映了大腦的成熟過程。本研究兩組早產兒頭顱MRI常規序列發現的腦損傷發生率差異無統計學意義，但BPD組左右兩側額葉、顳葉、頂葉、枕葉的CBF值均高于非BPD組，這提示BPD使早產兒大腦皮質的成熟過程發生了改變。Kline等[14]應用T2加權成像技術研究94例早產兒和46例足月兒，發現BPD患兒大腦皮質表面積減少，提示BPD患兒大腦皮質成熟延遲，本研究結果與之一致。既往本課題組應用彌散張量成像技術評估BPD患兒腦白質發育情況，發現BPD組內囊后肢、胼胝體壓部、枕葉白質、小腦、大腦腳各向異性分數值低于非BPD組[15]。Bouyssi-Kobar等[16]應用靜息態MRI研究66例早產兒和66例足月兒的皮質及皮質下區域產生的相關血流動力學活動，發現BPD能降低腦網絡功能整體效率，并增加其路徑長度。

本研究發現兩組早產兒深部灰質的CBF值高于大腦皮質的，這與早產兒脈管系統的發育過程及腦部解剖結構有關。大腦發育始于胚胎早期，妊娠24～28周主要是在基底神經節區完成動脈發育，最后則是在皮質完成動脈發育，且基底神經節及丘腦周圍毛細血管網豐富。同時，本研究發現兩組早產兒左右兩側CBF值差異均無統計學意義，說明了CBF平均分布在左右兩側腦組織中，這與Bouyssi-Kobar等[7]研究一致。

BPD由氧中毒、氣壓傷或容量傷，以及感染或炎癥等多種因素引起，其中肺發育不成熟，急、慢性肺損傷及損傷后異常修復是引起BPD的關鍵環節。胎兒窘迫及窒息均可導致低氧血癥的發生。當大腦處于缺氧狀態時，為了維持神經元的代謝，局部大腦皮質通過釋放腺苷、前列腺素等物質舒張血管，并促使低氧誘導因子-1表達增加，進一步上調血管內皮生長因子的表達，使大腦皮質毛細血管密度增加[17]。此外，長時間的輔助通氣、不穩的正壓給氧更容易造成肺損傷。肺損傷可以誘導大腦皮質的腫瘤壞死因子-α、白細胞介素-1β、白細胞介素-6和白細胞介素-10等促炎細胞因子表達增加[18]，這些促炎細胞因子通過舒張血管，增加內皮細胞通透性使血管痙攣[19-20]，進而促使大腦皮質的血液流速增加。

本研究屬于前瞻性研究，利用ASL成像技術安全、無創的優點，定量測量大腦皮質各個區域的CBF值，但仍有一定的局限性。首先，本研究屬于初步探索性研究，樣本量??；其次，局部CBF的改變對BPD早產兒神經發育結果的預測價值尚不清楚，需要進行遠期隨訪。

綜上所述，BPD早產兒局部大腦皮質的腦血流量增加，可能與前期缺氧、較長時間輔助通氣有關，但其與遠期神經預后的關系尚需進一步研究。

志謝：感謝鄭州大學第三附屬醫院放射科趙俊峰醫師、孟方方醫師對本研究提供的指導與幫助。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。