DTI和T1WI测值法在早产儿脑发育评估中的应用价值

黄文献， 王晓玉， 刘心怡， 余珍珠， 曾伟彬， 曾洪武

随着国家二孩及三孩政策的实施，高龄产妇不断增加，早产儿亦随之增多;危重新生儿救治技术的不断提高，早产儿存活率大幅提升，早产儿脑发育成为家长和社会关注的焦点。如何量化评价早产儿神经系统发育情况是医学研究的热点。随着胎儿成像技术的进步，特别是胎儿MRI技术，显示胎儿大脑在妊娠25～40周生长迅速[1]；早产儿的大脑发育要比纠正胎龄后同周龄的健康胎儿慢，髓鞘化程度和成熟度均不及足月儿完善[2,3]。因此，早产儿尤其极低出生/超低出生体重儿，出生后的脑发育和神经功能动态随访至关重要。传统头颅MRI检查是早产儿脑评估的重要手段，但只局限于形态学观察及粗略评估，尚不能对细微结构进行量化评估。磁共振扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是目前唯一活体、无创地定量描述脑白质的MR技术，已广泛应用于脑发育和各类神经系统疾病[4,5]。本研究采用各向异性分数(fractional anisotropy,FA)和表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)值对早产儿的脑白质发育进行定量评估。T1WI测值法正在兴起，因其方便快捷为临床采纳，在新生儿胆红素脑病等疾病中得到广泛应用[6,7]。本研究同时采用T1WI测值法和DTI评估早期及中晚期早产儿的脑发育情况，并比较这两种影像评估方法的效率,旨在探讨DTI和T1WI测值法在早产儿脑发育评估中的应用价值。

材料与方法

1.研究对象

搜集2019年8月～2020年8月在我院诊治和儿童保健与心理健康中心随访的早产儿，所有患儿均行头颅MRI和DTI检查,检查前告知受试者监护人检查目的及潜在风险，由监护人签署知情同意书。本研究通过深圳市儿童医院伦理委员会批准。

病例临床入组标准：①早产儿，出生时胎龄小于37周，MRI扫描时纠正胎龄大于40周；②第1、5分钟Apgar评分高于7分；③新生儿期神经系统检查无阳性病理征；④新生儿住院期间排除低血糖脑病、缺氧缺血性脑病、胆红素脑病、脑先天性发育异常、遗传代谢性脑病等疾病；⑤孕期母亲无疾病史。影像学入组标准：①常规头颅MRI正常；②图像质量合格，无扫描不全或明显运动伪影。病例排除标准：①MRI常规序列上发现明显阳性病灶；②有窒息史；③临床资料不完善。纠正胎龄(周)等于出生时的胎龄加上从出生到扫描时的间隔时长。

本研究共纳入32例早产儿,按出生时胎龄分为早期早产儿组(出生胎龄≤32周，19例)和中晚期早产儿组(出生胎龄>32周，13例)。MRI扫描时均按纠正胎龄进行计算。

2.研究方法

扫描设备及数据采集:MRI检查采用Siemens MAGNETOM Skyra 3.0T超导型磁共振成像系统采集结构像和脑功能数据。扫描序列及参数：T1WI采用T1_tirm_ dark-fluid序列，采集横轴面和矢状面图像，TR 1800 ms，TE 42 ms,激励次数1,层厚4 mm，间隔0 mm；T2WI采用T2_tse_tra序列，采集横轴面图像，TR 2300 ms, TE 106 ms，激励次数1，层厚4 mm，间隔0 mm；FLAIR采用T2_tirm_tra_dark-fluid序列，采集横轴面图像，TR 9000 ms，TE 134 ms，IR 2500 ms，激励次数1，层厚5 mm，间距1 mm。DTI采用单次激发自旋平面回波成像(SE-EPI)进行扫描，采集横轴面图像，采用ep2d.diff.mddw.p2序列，层厚3 mm，间距1 mm，TR 3300 ms，TE 95 ms，扩散方向为20，b值取0和800 s/mm2。

影像学资料由两位高年资儿科放射医师(临床工作时间≥10年)双盲独立测值及分析，双方意见不一时通过协商达成一致。

利用西门子MAGNETOM Skyra工作站对DTI图像和T1WI图像进行后处理。采用感兴趣区(region of interest，ROI)测值方法，测量FA值和ADC值、T1信号值。在FA图上放置ROI测量FA值，ROI大小为(7±2) mm2，使ROI尽量在测量解剖结构内，根据解剖结构不同适当改变其大小，尽量避免邻近结构部分容积效应。选择以下8个ROI：胼胝体压部和膝部、双侧脑室后角、双侧内囊后肢、双侧半卵圆中心(图1)。根据上述方法在ADC图和T1WI图放置ROI测量ADC值、T1信号值。分别由两位工作经验丰富的放射科医生测值，每个ROI位置测量3次再取平均值。

图1 ROI放置位置显示图。1=左侧半卵圆中心，2=右侧半卵圆中心，3=胼胝体膝部，4=胼胝体压部，5=左侧内囊后肢，6=右侧内囊后肢，7=左侧侧脑室后角旁白质，8=右侧侧脑室后角旁白质。a)FA图；b)FA图另一层面；c)ADC图；d)ADC图另一层面。

3.统计学分析

采用SPSS 18.0软件进行统计学分析。计数资料(如性别)的组间比较采用χ2检验，计量资料的组间比较采用两独立样本t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.两组早产儿临床资料比较

两组早产儿的相关临床资料见表1，两组的性别组成、Apgar评分(5min)、MRI扫描时纠正胎龄、扫描时患儿平均体重差异均无统计学意义(P值均>0.05)。

表1 两组早产儿临床资料比较

2.两组早产儿的FA值、ADC值和T1WI信号值比较

两组早产儿的FA值、ADC值和T1WI信号值比较采用两独立样本t检验，统计学分析结果显示，早期早产儿组胼胝体压部和膝部、双侧内囊后肢的FA值低于中晚期早产儿组，差异有统计学意义(P<0.05，表2、图2)。早期早产儿组胼胝体压部和膝部的ADC值高于中晚期早产儿组，差异有统计学意义(P<0.05，表2、图3)。早期早产儿组与中晚期早产儿组同部位ROI的T1WI信号值差异均无统计学意义(P值均>0.05，表3、图4)。

表2 两组早产儿不同ROI的FA值和ADC值比较

表3 两组早产儿不同ROI的T1WI信号值比较

图2 早期早产儿与中晚期早产儿各ROI区FA值的比较。注：EA为早期早产儿，LA为中晚期早产儿。 图3 早期早产儿与中晚期早产儿各ROI区ADC值的比较。注： EA为早期早产儿，LA为中晚期早产儿。图4 早期早产儿与中晚期早产儿各ROI区T1WI值的比较。注： EA为早期早产儿，LA为中晚期早产儿。

讨 论

随着社会经济发展和医学技术进步，早产儿的救治水平不断提高，其存活率逐年提升。早产儿的脑发育成为家长和医学关注的焦点。影响早产儿大脑发育的主要因素有孕产妇因素和胎儿因素，如何量化评价早产儿脑发育情况是医学研究的热点和家长关注的核心。脑白质髓鞘化是新生儿脑发育的重要组成部分，也是脑发育过程中的核心指标。脑髓鞘化进程遵循自下往上、自后往前，从中央向周边，最后到皮层下白质完成整个过程[8]。不同胎龄的早产儿，出生后脑发育是否有差异或差异如何，需要进一步研究。本研究采用DTI技术，比较分析早期早产儿与中晚期早产儿的脑发育情况，研究结果显示在相同的纠正后胎龄，早期早产儿组胼胝体膝部、胼胝体压部、双侧内囊后肢的FA值低于中晚期早产儿组，差异有统计学意义(P<0.05)。早期早产儿组胼胝体膝部、胼胝体压部的ADC值高于中晚期早产儿组，差异有统计学意义(P<0.05)。

大脑发育是多因素参与的复杂过程，尤其是在妊娠期和出生后的第1个月，遗传和环境因素之间存在强烈的相互作用[8]。尽管婴儿的大脑在胎儿时形成较早，但它并不是一个微型的成人大脑；大脑的各区域都在持续变化，而且差异明显[1]，即感觉运动区域发育得早且快，而高级认知和记忆功能相关区域则发育得晚且缓慢。

扩散加权成像(diffusion weighted imaging,DWI)利用水分子布朗运动的原理，通过追踪水分子运动间接显示组织微细结构，是目前中枢神经系统疾病检测的常规序列[9]。DTI是在DWI基础上发展起来的MRI新技术，可以定量评价脑白质的各向异性，间接反映脑白质纤维束的走行、排列等空间立体结构特点。DTI已用于新生儿脑发育和脑损伤有关的定量研究[10,11]。DTI的常用参数包括各向异性分数(FA)、径向扩散率(radial diffusivity，RD)、轴向扩散率(axial diffusivity,AD)、平均扩散率(mean diffusivity,MD)。各向异性分数(FA)是各向扩散异性与整个扩散的比值，数值为0～1，越趋向0则代表越趋向各向同性，分数越趋向1代表整个扩散运动越趋向各向异性。围产期脑发育的特征是随着早产婴儿脑发育的成熟，组织水分子减少；随着神经纤维髓鞘形成，大脑白质中MD、RD和AD降低，FA升高，FA的增加系白质结构的变化所致，主要是髓鞘形成[3,12]。王红霞等[13]采用DTI技术对新生儿缺氧缺血性脑病(hypoxic-ischemic encephalopathy,HIE)的脑损伤进行评价，结果发现在各感兴趣区中，内囊后肢FA值诊断新生儿HIE的效能最高。

本研究采用DTI评估早产儿脑发育，为了排除胎龄所致的差异，通过测量8个ROI的FA值，评估两组早产儿脑发育的差异。早期早产儿组在胼胝体膝部和压部、双侧内囊后肢的FA值低于中晚期早产儿组，且差异有统计学意义(P<0.05)；表明早产儿脑组织随月龄增大逐渐成熟，体现为FA值增高，与王鑫等[3]的研究结果相符。另外，在同组内，ROI测得FA值由低到高依次为半卵圆中心、侧脑室后角旁白质、胼胝体膝部、内囊后肢、胼胝体压部，FA值随髓鞘化程度增加而增加[8]。相关文献报道，MRI显示50%～80%的极低或超低出生体重儿有不同程度脑白质损伤[14]。胎龄<30周早产儿中，10%～15%可进展为脑瘫，40%出现轻度运动障碍。认知功能障碍的发生率更高，30%～60%可存在认知障碍和学习困难；远期的不良后果与新生儿时期脑白质损伤关系密切[15,16]。

本研究结果显示，早期早产儿组胼胝体膝部、压部的ADC值高于中晚期早产儿组，且差异有统计学意义(P<0.05)。FA值和ADC值是DTI成像的两个不同参数，组织内水分子的扩散受限越小，ADC值越高，同时FA值越低，两者联合可以更好地反映组织内水分子扩散状况。FA值和ADC值两个参数的组间比较，显示内囊后肢ADC值的组间差异没有统计学意义，而余部位ROI组间的ADC值和FA值统计学差异呈一致性，说明FA值较ADC值更为敏感。这是由于ADC值描述扩散梯度磁场各方向上水分子的扩散特点，所有影响水分子运动的因素都叠加成一个观察值，尚不能完全评价不同组织各向异性的特点[17]。另外本研究的T1WI测值统计结果显示两组同部ROI差异均无统计学意义，说明DTI较T1WI测值更为敏感。T1WI信号值与组织的成份相关，脑组织髓鞘化引起T1WI信号增高，水成分增加导致T1WI信号值减低。

综上所述，相同纠正后胎龄的中晚期早产儿的脑发育速度较早期早产儿快，提示在临床中若条件许可时应尽量延长孕周。可采用DTI方法进行脑发育的监测，FA值较ADC值更敏感，DTI较T1WI测值更为敏感。