磁共振扩散张量成像在新生儿缺氧缺血性脑病中的应用价值

王红霞， 孟楠， 任继鹏， 周凤梅， 刘旺毅， 韩东明

新生儿缺氧缺血性脑病(hypoxic-ischemic encephalopathy，HIE)是目前危及儿童健康及成长发育的严重疾患之一，我国新生儿中约7%～10%有窒息病史[1]，这意味着HIE发病风险的升高。HIE引起的脑损伤常常会导致患儿产生一系列神经系统疾病或运动功能障碍，严重者会遗留永久性神经及运动功能后遗症状[2]甚至死亡。因此，HIE的早期诊断、预后评估及治疗是关系到国民素质及生活质量的重要课题。目前，临床主要依据新生儿的围产窒息史、Apgar评分、实验室相关生化指标等来诊断HIE并评估其严重程度[3]，具有一定的主观性且缺乏量化指标。磁共振扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)可以反映脑白质纤维束的受损情况，定量评价脑损伤程度和脑白质、髓鞘发育情况，具备诊断和评估HIE严重程度的潜力。

表1 患者基本资料

材料与方法

1.研究对象

搜集本院足月HIE患儿45例，男24例，女21例，并以《新生儿缺氧缺血性脑病的诊断标准》[4]为依据，将病例组患儿分为轻度组18例，中度组15例，重度组12例。另选取正常足月新生儿20例作为对照组，纳入标准：足月儿(孕龄37～42周)；无宫内窘迫史与围生期窒息史；无先天性畸形史和神经系统感染疾病；无明显异常代谢和染色体病症史；出生后1 min、5 min的Apgar评分≥8分；无中枢系统异常体征；头颅磁共振检查未发现显著异常表现。各组研究对象的扫描日龄、性别等基本资料差异无统计学意义(表1)。所有患儿家属均签署知情同意书。

2.研究方法

扫描设备和参数：采用GE 3.0T Signa HDx超导MR仪行头颅MRI常规序列、DTI序列扫描，线圈为8通道头颈联合线圈。所有入组患儿于检查前20～30 min以10%水合氯醛口服或灌肠，等其熟睡之后，佩戴隔音耳塞进行扫描。扫描期间，相关医生、患儿家属全程陪同，并密切注意患儿心率、呼吸等状况。常规扫描序列：T1WI、T2WI、T2FLAIR及DWI序列，扫描范围自颅底至颅顶，扫描层数16层，层厚4 mm，层间距0.5 mm。参数如下：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值为0、1000 s/mm2。DTI序列：TR 9000 ms，TE 105 ms，视野240 mm×240 mm，激励次数3，b 值为0、1000 s/mm2，扩散敏感梯度方向15。

图像分析与数据处理方法：采用GE AW4.4工作站进行图像处理，应用后处理软件生成FA图、彩色编码张量图、ADC图等。在彩色张量图上手动选取ROI：双侧额叶白质，双侧半卵圆中心，内囊前、后肢，胼胝体膝部，胼胝体压部及豆状核，ROI的面积为(10±5) mm2。对于部位为双侧的，求得FA值的平均值。所选取的ROI位置放置在解剖结构的中央。

表2 病例组与对照组组间FA值比较

表3 病例组各亚组与对照组比较结果

注：A为对照组，B为轻度组，C为中度组，D为重度组，*P<0.05。

为缩小误差，每个ROI的值测量3次，最终取得平均值。使用单盲法评价结果，常规MR图像是由1位高年资主治医生独立审阅，FA值由1名资深住院医师独立测定。

3.统计学分析

采用SPSS 21.0进行统计学分析，采用单因素方差分析各组ROI的FA值进行分析比较，若方差齐，则两两组间比较采用LSD-t检验。如方差不齐，则采用Dunnett's T3检验。分类(性别)变量采用卡方检验。P<0.05为差异具有统计学意义。对差异具有统计学意义的ROI进行ROC曲线分析得出相关参数的阈值、敏感度及特异度。

结 果

1.常规MRI序列表现

正常对照组：双侧大脑半球对称，脑实质形态、结构及信号未见明显异常。双侧内囊后肢由于髓鞘化原因在T1WI像上呈较高信号。脑干结构及信号正常。垂体形态、结构及信号未见明显异常。脑室系统正常，中线结构居中(图1)。

病例组：轻度组患儿表现脑皮层和(或)皮层下点片状、线样高信号影的有12例(图2)，表现为蛛网膜下腔出血有4例，头皮血肿有2例；中度组患儿表现为深部脑白质点片状高信号8例，沿侧脑室体壁条带状高信号影4例，侧脑室旁斑片状高信号7例(图3)，局部脑出血灶4例，局部脑水肿1例；重度组表现为基底节区及丘脑对称性的不规则片状高信号有6例(图4)，大范围脑梗死灶4例，弥漫性脑水肿3例。

2.所测各兴趣区FA值对比分析结果

病例组与正常对照组的各兴趣区(豆状核除外)的FA值有差异，差异具有统计学意义(P<0.05，表2)。轻度组的胼胝体压部、内囊后肢的FA值较对照组低，差异具有统计学意义(P<0.05，表3)。中度组的额叶白质、半卵圆中心、胼胝体压部及内囊后肢的FA值较正常对照组低，差异具有统计学意义(P<0.05，表3)。重度组中，除豆状核之外，其余兴趣区的FA值均较正常对照组低，差异具有统计学意义(P<0.05，表3)。 不同程度病例组间比较，轻度组的兴趣区(豆状核除外)的FA值较重度组FA值高，差异具有统计学意义(P<0.05，表3)。中度组的额叶白质、半卵圆中心、内囊后肢及胼胝体压部的FA值较重度组高，且差异具有统计学意义(表3)。

3.各兴趣区FA值对HIE的诊断效能

额叶白质、半卵圆中心、内囊前、后肢、胼胝体膝、压部FA值ROC曲线见图5、表3。其中内囊后肢FA值的曲线下面积(area under the curve，AUC)最大，阈值为0.531，敏感度为80%，特异度为84.4%，Youden指数为0.644。

讨 论

1.HIE的损伤模式及发生机制

足月HIE的颅脑损伤模式多种多样，有学者[5]将其分为三类：基底节区-丘脑损伤、分水岭区损伤、弥漫性脑损伤。

HIE的损伤模式特征主要由其窒息特点决定的。有研究指出[6]，HIE的围生期窒息特点包括急性全面性窒息、慢性或部分性窒息。患儿出现慢性或部分性缺氧时，机体则会出现潜水反射，以保证心脏、颅脑的血流供应，随着缺氧的时间的延长，脑部血流量重新分布以保证代谢旺盛的灰质结构的灌注，如丘脑、基底节、脑干等，这种血流的重新分布易导致损伤主要位于大脑血管间的区域(分水岭分布)。这种损伤模式对于HIE患儿的危害较轻，多见于轻度HIE的患儿。当发生急性全面性的窒息时，脑部血流可能完全阻断，血流灌注明显不足，易损伤如基底节、丘脑等大脑深部灰质核团的区域，此种损伤模式常发生于重度的患儿。

图1 女，胎龄39周，4d，足月正常新生儿。a) 横轴面T1WI； b) 横轴面T2WI； c) 横轴面DWI示脑实质均未见明显异常信号； d) FA彩色编码张量图示白质纤维束走行自然、清晰，未见明显异常。 图2 男，胎龄38周，7d，轻度HIE。a) 横轴面T1WI示左侧颞叶皮层线条状高信号影； b) 横轴面T2WI序列图，示左侧颞叶皮层线条状稍低信号； c) 横轴面DWI示左侧颞叶皮层线条状高信号影； d) 彩色编码张量图示纤维束走行自然，内囊后肢及胼胝体压部FA值较对照组降低。

2.DTI技术及FA值对HIE的早期诊断价值

人体中枢神经系统中，由于受到不同组织结构的影响，水分子在每个方向的扩散不一样[7]，即为各向异性扩散，在相同的介质中，水分子的扩散是相向的，即为各向同性扩散。脑白质纤维束间的水分子扩散方式为前者。脑白质神经纤维束排列较为紧密，水分子沿着平行纤维束方向的扩散要快于垂直方向。DTI技术是以这一特征为基础，检测人体大脑内部的细微变化，观察白质纤维束的整体情况[8]，也可以评估其发育情况。参数FA值反应的是水分子扩散的各向异性。相关研究指出，DWI的参数ADC值对亚急性时期的HIE患儿的诊断会出现“假正常化”[9]，敏感度及特异度降低，而FA值是降低的，因此不会出现"假正常化"现象。而常规的MRI检查尽管能够检出亚急性期HIE患儿颅内异常信号，但是其对轻中度HIE患儿内囊后肢及胼胝体的诊断特异性明显低于FA值。FA值参数的特点，可早期发现缺氧缺血引起的轴索髓鞘的损伤，这种优势是表观扩散系数值和常规磁共振序列达不到的[10]。

本研究中正常对照组与病例组的FA值在胼胝体、内囊、额叶白质及豆状核的FA值是逐渐降低的，这种征象符合了髓鞘发育从中心到外周，从背侧到腹侧，从尾端到头端的特点。Shimony等[11]学者也证实了这一点，联合纤维(胼胝体)、投射纤维(内囊)的各向异性是逐渐降低的，而且脑白质的各向异性分数明显高于脑部灰质。在本研究结果中显示，除豆状核外，各兴趣区的FA值在病例组较正常对照组低，差异具有统计学意义，表明了缺氧缺血破坏了白质纤维束的完整性，导致FA值的降低，这与国外相关文献报道[12]相似。而在病例组间两两比较的结果中，重度组各兴趣区(豆状核除外)较轻度组与中度组的FA值低，表明随着HIE患儿病情程度的加重，FA值是有逐渐降低的趋势。左克扬等[13]学者的研究也证实了这一点，认为FA值降低程度同HIE患儿的病情轻重呈正相关，可客观反映HIE的轻重程度，量化评估患儿的病情。FA值的大小同脑白质纤维束的方向性和完整性关系密切，白质纤维束髓鞘化越完善，FA值越高，因此FA值的降低反映了脑白质纤维束的受损，受损程度越重，FA值降低越明显。本研究中，豆状核FA值在病例组与对照组间差异无统计学意义，这是由于豆状核属于灰质核团，主要由神经元构成，白质纤维含量少，扩散呈各向同性特征，因此豆状核的FA值可无明显变化，有学者研究[14]也得到相似的结论，因此FA值评价脑内灰质核团意义不大。本研究还显示，通过测得各兴趣区的FA值的AUC，来确定对HIE诊断的准确度有些局限，所测得的敏感度最高为80%，其余均较低，此与国内部分学者的研究[15]是一致的，说明不能仅通过FA值的降低来诊断HIE，因为导致FA值减低的因素很多，而且FA值的降低反应的是脑白质的损伤情况。当然，通常认为，ROC的AUC越大，诊断效能就越高。本研究结果显示，内囊后肢的AUC最大，在各兴趣区的诊断效能最佳。

图3 女，胎龄39周，5d，中度HIE。a) 横轴面T1WI示左侧额叶局部皮层下、右侧侧脑室旁白质及左侧顶叶白质可见多发小片状稍高信号影； b) 横轴面T2WI示病变呈稍低信号； c) 横轴面DWI示病变呈明显高信号； d) 彩色编码张量图示胼胝体压部纤维束颜色明显变淡，除外豆状核、内囊后肢及胼胝体膝部的余兴趣区FA值均降低。 图4 女，胎龄39周，14d，重度HIE。a) 横轴面T1WI示双侧基底节区、双侧丘脑对称性片状高信号灶，示病变呈低信号； b) 横轴面T2WI序列图，示病变呈稍低信号； c) 横轴面DWI示上述病变呈稍高信号； d) 彩色编码张量图示脑内白质纤维束颜色混杂，胼胝体膝部、压部颜色明显变淡，内囊前肢、胼胝体膝部边缘不光整，除外豆状核，余兴趣区FA值显著下降。

图5 各兴趣区FA值的ROC曲线。

由上所述，同常规MRI序列相比，DTI能够早期、定量、客观地评价足月HIE患儿脑损伤的情况，在足月HIE的早期诊断中发挥重要的作用。FA值能定量评价HIE患儿的脑白质损伤情况，可为临床提供较为准确的脑白质损伤情况，指导临床制定合理的治疗措施。