磁共振3D-ASL定量评估儿童病毒性脑炎脑灌注特征

曹阳，肖能，胡石腾，唐琼梅，周海军

1.郴州市第一人民医院影像医学中心，湖南郴州423000；2.郴州市第一人民医院儿童神经内科，湖南郴州423000

前言

病毒性脑炎（VE）是中枢神经系统最常见的传染病，儿童好发。由于病毒的种类和儿童免疫反应的个体差异，病情轻重不一，重症者可能会造成永久性神经功能损害甚至死亡。在发展中国家，50%～60%的存活的VE患者长期预后较差［1］。长期、持续的神经和认知后遗症给患者家庭和社会带来巨大精神压力和经济负担。早期诊断和及时抗病毒药物治疗对于改善预后尤为重要［2］。VE诊断的金标准是在脑脊液（CSF）中检测病毒抗原或特异性抗体或在脑组织中检测病毒。然而，即使在大型儿童医学中心采用现代实验室检测技术，VE的诊断率仍然只有52.5%［3］，目前临床诊断主要依据体征及相关辅助检查资料［4］。

磁共振成像对VE的诊断具有重要意义［5］，但VE常规MRI 表现与有些疾病是相似的，如低级别胶质瘤、缺血性卒中、伴有乳酸中毒和卒中样发作的线粒体脑病（MELAS）等［6-8］。当临床表现不典型时，鉴别诊断存在困难。三维动脉自旋标记灌注（3D Arterial Spin Labeling,3D-ASL）是一种将动脉血中水质子作为示踪剂反映组织血流灌注的磁共振灌注成像技术，可以快速测定目标区域的脑血流量（CBF）值，评估血流灌注情况，为脑部疾病的诊断提供客观可靠的影像学依据,目前广泛应用于脑肿瘤、脑血管病、MELAS 等多种疾病的诊断［9-11］。3D-ASL 不需注射造影剂，安全快捷，可重复性高，特别适用于儿童［12］。本研究应用3D-ASL 技术定量分析儿童VE 的血流灌注变化及其演变特点，旨在为儿童VE 的早期诊断和预后评估提供影像学参考。

1 资料与方法

1.1 研究对象

2018年1月至2020年10月在郴州市第一人民医院确诊的VE 患儿25 例为研究组，男性11 例，女性14例，年龄1～14岁，平均（5.5±3.92）岁；25例年龄性别相仿的正常志愿者为对照组，男性11 例，女性14 例，年龄1～14 岁，平均（5.45±3.89）岁。研究纳入标准［13］：（1）急性发作；（2）精神状态改变≥24 h；（3）发病前后72 h 内发热，体温≥38 ℃；或者完全或部分癫痫发作，且不归因于先前存在的癫痫；（4）MRI 或者脑电图异常，符合脑炎改变；（5）显微镜和CSF 培养均无细菌性脑膜炎证据。排除标准：脱髓鞘、代谢性、中毒性疾病患儿。对照组纳入标准如下：（1）与研究组受试者年龄、性别大致匹配（P>0.05）；（2）神经专科检查和MRI 结果正常。（3）无头痛、癫痫、头部外伤和其他影像脑血流灌注疾病。本研究经郴州市第一人民医院医学伦理委员批准，并获得家属知情同意。

1.2 检查设备及参数

采用GE Signa HDxt 1.5T 磁共振扫描仪，头颈联合8 通道线圈。MRI 扫描序列及参数：T1WI 序列（TR 1865 ms,TE 20 ms,TI 720 ms）；T2WI序列（TR 4000 ms,TE 105 ms）；T2-FLAIR 序列（TR 8 502 ms,TE 157 ms,TI 2 100 ms）；DWI序列（TR 4 500 ms,TE 84.7 ms；b值800 s/mm2）；层厚5 mm，层间距1 mm。3D-ASL序列（TR 4 392 ms,TE 10.6 ms,PLD：1 525 ms）。

1.3 定量CBF测量与标准化CBF（nCBF）

使用GE ADW 4.6 工作站处理原始图像，获得CBF 图，与T2-FLAIR 配准融合作为准解剖学参考。由2 名影像诊断医师（分别具有9年和11年儿童影像诊断经验）独立评估所有影像资料，并商议达成一致。

病变区CBF：在3D-ASL 异常灌注最大层面绘制感兴趣区（ROI），如为多发病灶，选取3处ROI取其平均值。对照组：选取双侧颞叶皮层放置镜像对称的2个圆形ROI，取平均值。将2 个镜像对称的ROI 放置于双侧小脑半球中心，取平均值。

nCBF 定义：观察组病变区或对照组颞叶CBF 值除以小脑平均CBF值。

1.4 统计学分析

统计学分析使用SPSS 23.0 软件进行。差异比较：对于连续变量如正态分布，则采用独立样本t检验；否则进行Mann WhitneyU检验。ROC 曲线分析CBF 值、nCBF 值的诊断效能。P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 常规MRI及3D-ASL检查结果

25例VE患儿均在发病7 d内行首次常规MRI及3D-ASL 检查。常规MRI 主要表现为颞、额、顶、岛叶、海马区域、基底节、丘脑及脑干非对称性点片或大片状异常信号，形态大多不规则，呈T1WI低信号（9例），T2-FLAIR 高信号（21 例），DWI 高信号（22 例）。所有患儿首次检查3D-ASL 序列病变均呈现明显灌注增高（图1）。9 例患儿在病情好转后接受复查，病变区血流灌注随病情的好转减低（图2）。

图1 病灶区灌注明显增高（红色箭头）Figure 1 Perfusion in the lesion area was significantly increased(red arrow)

图2 男性，6岁患儿Figure 2 Six-year-old male patient

2.2 3D-ASL定量测量特征

首诊MRI 检查时病变区CBF 及nCBF 值均高于对照组（P<0.001, 表1）。对观察组和对照组CBF、nCBF 值进行ROC 曲线分析，CBF、nCBF 值鉴别儿童VE的曲线下面积（AUC）分别为0.971和0.992。

表1 各组CBF、nCBF值比较Table 1 Comparison of CBF and nCBF in different groups

3 讨论

MRI 是诊断中枢神经系统疾病最重要的检查方法之一，DWI 序列能够通过检测细胞毒性水肿而在早期发现小病灶，其敏感性要高于T2-FLAIR、T1WI及T2WI［14-15］。本研究中3D-ASL 诊断VE 的阳性率要高于DWI 和T2/FLAIR，而且3D-ASL 显示病灶更清晰，病变范围更大，这表明使用常规序列评估在一定程度上存在低估VE病变范围的情况。

3D-ASL 是近年发展起来的一项血流灌注成像新技术，目前已广泛应用于科研和临床实践中，在各种中枢神经系统疾病的诊断中发挥重要作用。ASL可在3～5 min 内完成全脑灌注信息的采集，且不需注入外源性对比剂，具有无创性和无辐射等优点，即便是儿童和孕妇也适用［16］。Noguchi 等［17］报道ASLMR 成像在中枢神经系统感染（仅10 例VE）中的应用，结果表明VE 病变区视觉评估显示ASL 高灌注，但没有定量分析。有学者推测在急性期由于病毒直接侵袭或免疫介导损伤而引起的炎症可能导致血管扩张，进而代谢增加和局部CBF 增加［18］。在慢性期，相关区域的局灶性稍低灌注可能是由于一系列直接的病毒介导和间接的免疫介导反应引起的神经元过度损伤和脑实质的丢失［19］。Wong 等［18］研究认为VE患儿急性期的血流灌注变化与癫痫发作及预后相关，如果亚急性期CBF 能够恢复正常，通常提示急性期1年后神经功能恢复良好。本研究中VE 患儿的3D-ASL 灌注特征为疾病早期病变区的CBF 值显著高于正常儿童，经过有效治疗后，病变区CBF 值随着病情的好转，CBF 逐步减低，慢性期病灶区CBF 稍低于正常儿童，而且3D-ASL 较常规序列显示病灶更清晰，更敏感，这些灌注特征可以更好地帮助临床医生明确诊断、评估预后。此外，我们认为3D-ASL 灌注有助于VE、脑梗死、MELAS和低、高级别胶质瘤的鉴别诊断，特别是在急性期。急性梗死病变区显示低灌注［20］，这可以可靠地与早期VE 鉴别。MELAS 最初误诊为VE，均表现为高灌注，而MELAS 中高灌注主要位于皮质区［21］。MELAS 和低级别胶质瘤类似早期VE，在3D-ASL 上表现为高灌注［22］，但可结合临床表现、病史、病变部位等进行鉴别。既往研究认为正常儿童脑CBF 是随年龄不同而变化的，CBF 从出生到幼年急剧增加，然后在整个青春期逐渐下降［23］。小脑灌注相对稳定且VE较少累及小脑［24-25］。为了减少年龄差异所带来的误差，我们在研究中使用了小脑CBF作为参考的nCBF。经过ROC曲线分析，对于鉴别儿童VE的灌注改变，nCBF值的AUC更高，提示nCBF 值对于VE 患儿微循环血流改变的评估效能更佳。

本研究的不足：首先研究的样本量相对较小。其次，由于病原学检查阳性率过低，研究中未进行病原学分类，期待将来的研究能够确定不同病毒感染脑炎的微循环灌注特征差异。最后，为了保证扫描参数一致，本研究中3D-ASL 的标记后延迟时间（PLD）采用1 525 ms。但有学者认为不同年龄段儿童的3D-ASL 最佳PLD 不同［26］，采用不同的PLD，是否会影响VE 大脑微循环变化的评估，还有待进一步的研究论证。

综上所述，3D-ASL 成像能够较准确检测儿童VE 大脑微循环变化，病变区的高灌注为诊断提供了一种新的影像学参考。3D-ASL 所测定量值nCBF 在儿童VE 的疗效评估及预后监测中具有潜在的应用价值。