3.0 T MAGIC弛豫时间定量技术在新生儿急性胆红素脑病中的应用价值

李艳，张小羽，刘岭岭，李鹏，刘世莉，陈志强，2*，张社宁，邱银萍，杨萍

0 前言

新生儿急性胆红素脑病（acute bilirubin encephalopathy, ABE）是一种由血清中游离高胆红素透过血脑屏障进入脑内，并导致神经细胞中毒变性，从而引起的脑损害疾病[1-2]。双侧苍白球对称性T1WI高信号是当前国内外公认的ABE特征性表现[3-9]，但这种高信号受到诸多因素影响，如新生儿本身的髓鞘化、不同检查设备、扫描参数不一致等，甚至高胆红素血症患儿也可出现苍白球T1对称性高信号，因此这种肉眼观察的高信号存在主观差异[10]，在一定程度上导致了假阳性率出现[3]。当前国内外关于胆红素神经毒性的影像学评价多停留在脑灰质核团胆红素的沉积、易损区代谢物的积累、水分子扩散受限的评价[11-12]，而鲜有对神经纤维及白质髓鞘细微结构损伤的研究。MAGIC序列是一种多层面激发、多回波、多饱和延迟的快速自旋回波序列，是一种多模态定量MRI 技术，一次成像可生成5个定量弛豫图谱和10种对比图，不仅能够提供常规影像学诊断所需的图像，同时可获得组织最佳的弛豫时间（T1、T2）值及质子密度（proton density, PD）值，可作为生物标记物反映组织的微结构改变[13-16]。本研究基于MAGIC弛豫时间定量技术，测量ABE几个灰质核团及白质区的T1、T2值及PD值，评价该技术早期定量诊断ABE价值，为临床早期诊治提供客观影像学支持。

1 材料与方法

1.1 一般资料

本研究遵守《赫尔辛基宣言》，经宁夏医科大学总医院伦理委员会批准（批准文号：KYLL-2021-887），检查前患儿家长均签署知情同意书。前瞻性纳入我院2020年10月至2022年6月PICU因皮肤黄染收住院高胆红素血症患儿103例，32例有明确脑损伤证据的患儿作为ABE 组，余71 例无明确脑损伤患儿作为高胆组。再选择同期44例因呼吸、消化、泌尿系统异常就诊进行MRI检查的患儿作为对照组。对照组胎龄、体质量、性别与ABE组及高胆组匹配，所有研究对象胎龄在37～42周、体质量2496～3965 g，男女比例约为1∶1。

病例组纳入标准：（1）ABE组符合如下ABE的诊断标准。①血清总胆红素（total serum bilirubin,TSB＞220.5 μmol/L），且以间接胆红素升高为主；②患儿同时伴有脑干听觉诱发电位异常和激惹、肌张力增高、角弓反张、嗜睡、拒食、哭声尖锐、抽搐、双眼凝视等神经系统症状中的至少2 项[17]。（2）高胆组TSB＞220.5 μmol/L，但无明显神经系统症状；（3）无明确严重缺氧、低血糖病史；（4）生后10 d 内在我院完成头颅MRI 检查，且检查时间距离TSB 峰值时间一般＜3 d。排除标准：（1）未达到黄疸高峰期（日龄＜3 d）自动出院者；（2）图像存在伪影、图像不清晰；（3）黄疸合并严重新生儿颅内感染，存在缺氧缺血性脑病、遗传代谢病、先天性脑发育畸形、严重低血糖等。

对照组纳入标准：（1）入院48 h内因不排除颅脑损伤行头颅MRI检查；（2）入院时间为生后10 d内。排除标准：（1）临床资料不完整；（2）图像存在伪影、不清晰；（3）伴遗传代谢性疾病、先天性脑发育畸形等。

1.2 检查方法

所有患儿在检查前30 min 左右口服或灌肠10%水合氯醛（0.5 mL/kg）充分镇静[8,18],待新生儿入睡后包裹在襁褓中放置在MRI扫描床上，检查过程中注意新生儿保暖及听力保护，患儿头颅位于线圈中心，定位线对准听眦线，外耳道置隔音棉塞，并用塑性海绵垫固定头颅，扫描期间家属与医生全程陪同。采用美国GE SIGNA Architect 3.0 T MRI 48 通道头颅相控阵表面线圈行MAGIC（Magnetic Resonance Image Compilation）扫描。扫描参数：轴位MAGIC 序列，FOV 20 cm×20 cm，TE 22.9 ms，TR 4431 ms，矩阵320×224，层厚 5 mm，层间距1 mm，激励次数1，扫描时间 3 min 40 s。

1.3 ROI选择及测量

采用GE SIGNA Architect 3.0 T MRI （MAGIC v100.1.1）后处理软件对原始图像进行后处理分析生成定量图谱及对比图，并在T1 图像上手动勾画ROI，如图1～3，分别测量双侧苍白球、壳核、丘脑腹外侧核、内囊后肢、内囊前肢、大脑脚T1、T2 及PD 值，大小根据不同解剖位置、形态调整（10±2）mm2，每个位置重复测量3次取平均值，以上工作由放射科两名5年以上主治资质医生协商一致完成。

图1 女，39+4周，6 d，血清胆红素（TSB）：97 μmol/L，生理性黄疸新生儿（对照组）。1A：T1 双侧苍白球对称性等信号；1B：T2 双侧苍白球对称性等信号；1C：T1 mapping图，苍白球轻度蓝染；1D：T2 mapping图，苍白球轻度蓝染。Fig.1 Female, 39+4 weeks, 6 d, total serum bilirubin (TSB): 97 μmol/L, physiologic jaundice newborn (normal control group).1A: T1 bilateral globus pallidus symmetry signal; 1B: T2 bilateral globus pallidus symmetry signal; 1C: Light blueness of globus pallidum in T1 mapping; 1D: Light blueness of globus pallidum in T2 mapping.

图2 女，40+1周，3 d，血清胆红素（TSB）：349 μmol/L，高胆红素血症患儿。2A：T1 双侧苍白球对称性稍高信号，边界欠清晰；2B：T2 双侧苍白球对称性等信号；2C：T1 mapping图双侧苍白球中度蓝染；2D：T2 mapping图双侧苍白球中度蓝染。Fig.2 Female, 40+1 weeks, 3 d, total serum bilirubin (TSB): 349 μmol/L, hyperbilirubinemia.2A: T1 bilateral globus pallidum signal with slightly higher symmetry, the boundary is not clear; 2B: T2 bilateral globus pallidum symmetry signals; 2C: Medium blueness of bilateral globus pallidum in T1 mapping; 2D:Medium blueness of bilateral globus pallidum in T2 mapping.

图3 男，39+6周，4 d，血清胆红素（TSB）：504 μmol/L，急性胆红素脑病患儿。3A：T1双侧苍白球对称性明显高信号，苍白球轮廓、边界清晰；3B：T2双侧苍白球对称性等信号；3C：T1 mapping图双侧苍白球明显蓝染；3D：T2 mapping图双侧苍白球明显蓝染。Fig.3 Male, 39+6 weeks, 4 d, total serum bilirubin (TSB): 504 μmol/L, acute bilirubin encephalopathy.3A: T1 bilateral globus pallidum has obvious symmetry and high signal, and the outline and boundary of the globus pallidum are clear; 3B: T2 bilateral globus pallidum symmetry signals; 3C: Bilateral globus pallidum is obviously blue stained in T1mapping; 3D: Bilateral globus pallidum is obviously blue stained in T2 mapping.

1.4 统计学分析

采用SPSS 26.0 统计学分析软件。使用组内相关系数（intra-class correlation coefficient,ICC）法检测数据一致性，ICC＞0.75 为一致性高，0.4＜ICC≤0.75 为一致性较好，ICC≤0.4 为一致性差。计量资料行正态性检验及方差齐性检验，符合正态分布时以均数±标准差（）表示。各组苍白球、壳核、丘脑腹外侧核、内囊后肢、内囊前肢、大脑脚T1、T2 及PD 值及TSB 组间比较采用单因素方差分析，两两比较采用SNK 法。绘制ROC 曲线，比较组间差异有统计学意义的ROI 各参数的AUC，并计算其最佳临界值、敏感度、特异度及约登指数。各ROI 的T1、T2、PD 值与TSB 的相关性运用Person 相关性分析。P＜0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 一致性检验

两名观察者间测量T1、T2 及PD 值的一致性均较好，ICC 分别为0.927（95%CI: 0.913-0.935）、0.931（95%CI: 0.928-0.936）、0.947（95%CI:0.939-0.952）。

2.2 各组不同ROI定量参数值（T1、T2、PD）的比较

ABE组、高胆组与对照组各ROI T1、T2、PD值统计结果见表1～3。苍白球T1、T2 值在三组间比较差异有统计学意义（P＜0.05），在ABE 组最低，高胆组次之，对照组最高（图1～3）。内囊后肢T1、T2值及大脑脚T1 值在三组间差异有统计学意义（P＜0.05），ABE最高，高胆组次之，对照组最低。壳核、丘脑腹外侧核、内囊前肢T1、T2值在各组间差异均无统计学意义（P＞0.05）。ABE 组、高胆组与对照组各ROI PD 值差异均无统计学意义（P＞0.05）。

表1 ABE组、高胆组、对照组各ROI T1值Tab.1 T1 values of each ROI in ABE group, hyperbilirubinemia group and control group

表2 ABE组、高胆组、对照组各ROI T2值Tab.2 T2 values of each ROI in ABE group, hyperbilirubinemia group and control group

表3 ABE组、高胆组、对照组各ROI PD值Tab.3 PD values of each ROI in ABE group, hyperbilirubinemia group and control group

2.3 各定量参数值（T1、T2、PD）的诊断效能

苍白球T1、T2 值、内囊后肢T1、T2 值及大脑脚T1值诊断胆红素脑病AUC、最佳临界值、敏感度、特异度、约登指数结果见表4 及图4。T1 值苍白球AUC（0.977）最高,且敏感度（95.3%）、特异度（92.0%）也最高，内囊后肢、大脑脚次之；而T2 值苍白球AUC（0.880）、内囊后肢AUC（0.857）相近，苍白球特异度略高（82.1%），内囊后肢敏感度略高（79.1%）。

图4 各参数诊断新生儿急性胆红素脑病的ROC 曲线。4A：苍白球、内囊后肢、大脑脚T1值诊断新生儿急性胆红素脑病的ROC 曲线；4B：苍白球、内囊后肢T2值诊断新生儿急性胆红素脑病的ROC曲线。Fig.4 ROC curves of acute bilirubin encephalopathy in each parameters.4A: ROC curves of subjects with T1 values of the globus pallidus, posterior limb of the inner capsule, pedunculus cerebri in diagnosis of neontal acute bilirubin encephalopathy; 4B: ROC curves of subjects with T2 values of the globus pallidus, posterior limb of the inner capsule in diagnosis of neontal acute bilirubin encephalopathy.

2.4 各定量参数值（T1、T2、PD）与TSB相关性分析

ABE组TSB为（484.97±70.19）μmol/L，高胆组TSB为（377.56±47.28）μmol/L，对照组TSB 为（108.97±70.19）μmol/L，TSB 在三组间差异有统计学意义（P＜0.05）。Person相关性分析结果：苍白球T1值与TSB呈负相关（r=-0.541,P＜0.05），内囊后肢、大脑脚T1 值与TSB呈正相关（r=0.503、0.384,P均＜0.05)。

3 讨论

较高的胆红素水平及长时间暴露是导致新生儿ABE 的重要因素，如果在胆红素暴露初期给予适当的干预，则很大程度上阻断了从高胆红素血症发展为ABE 的可能，因此及早诊断对临床治疗方案的制订具有重要意义。本研究采用MAGIC技术，测量了大脑若干个灰质核团及白质区T1 、T2 值及PD 值，结果发现苍白球T1、T2 值及内囊后肢T1、T2 值在组间存在差异；ROC 曲线分析显示苍白球与内囊后肢T1 值对早期诊断ABE均有较高诊断效能。由此，我们得出高胆红素神经毒性不仅损伤特定的灰质神经核团，同时还作用于脑白质[19-20]，造成脑白质纤维髓鞘的破坏、脱失。本研究首次量化证实内囊后肢与苍白球弛豫值对早期诊断ABE有较高的诊断效能，一定程度上拓展了当前胆红素超选择性沉积于苍白球的认知局限，为临床早期诊疗提供了较有价值的影像学客观依据。

3.1 各组不同ROI定量参数值（T1、T2、PD）的比较

本研究结果表明，苍白球、内囊后肢T1、T2 值及大脑脚T1 值在各组间差异有统计学意义，且苍白球T1、T2 值在ABE 组明显低于对照组，而内囊后肢T1、T2在ABE组明显高于对照组，苍白球研究结果与国内一些学者[21-22]研究结果一致，而关于内囊后肢的研究结果却不同于上述学者。笔者推测苍白球是ABE 患儿高胆红素超选择沉积的部位，T1、T2 值减低与胆红素沉积阻断了线粒体生物氧化作用[23]，影响其神经通路、细胞膜等功能，使钙颗粒沉积在受损神经元内[24]，而钠离子潴留于细胞内，造成细胞毒性水肿，胞外间隙狭窄、细胞外液减少关；此外，苍白球T1、T2降低的另一种原因还可能与游离胆红素顺磁性效应影响周围质子的进动频率有关[25-26]。关于内囊后肢、大脑脚笔者认为其内富含髓鞘，是神经纤维密集区，且这些部位在出生时已完成髓鞘化，当一定量的胆红素沉积于这些部位时，促进了髓鞘碱性蛋白基因的激活，导致髓鞘磷脂的破坏、丢失、髓鞘化破坏，髓鞘本身的渗透性发生改变，使这些脑区的细胞外大分子变少，细胞外液增多，最终导致间质含水量增加[27]，导致了T1、T2 值升高；而李文和黎星等的研究结果表明ABE 组内囊后肢T1 值明显低于对照组，他们推测T1 值缩短可能较少地反映了髓鞘化破坏或髓鞘形成不良，而更多的是反映了对神经元及神经胶质细胞的损伤和顺磁性物质如铁的积累有关[25,28]。关于内囊后肢两种完全不同的研究结果考虑可能与纳入样本量、纳入标准、ROI大小及形状（因内囊后肢相对其他脑区范围较局限，受部分容积效应影响大）不同有关，后期需扩大样本量并多中心统一病例纳入标准、规范ROI的测量进一步验证。壳核、丘脑腹外侧核、内囊前肢弛豫值及PD值在各组间差异无统计学意义，笔者分析壳核、丘脑腹外侧核位于大脑中心基底节区，属于灰质核团，较中央白质对外界危险因素有更高的耐受性，而内囊前肢在新生儿期尚未髓鞘化，对外界高危因素不敏感，推测可能与髓鞘化成熟阶段有关。

3.2 各定量参数值（T1、T2、PD）的诊断效能

本研究结果表明苍白球、内囊后肢、大脑脚T1值对胆红素所致脑损伤均表现出不同程度的预测效能，平均AUC在0.729～0.977之间。T1值苍白球AUC（0.953）最高且敏感度（91.7%）、特异度（92.0%）也最高，内囊后肢、大脑脚次之；而T2 值苍白球AUC（0.880）、内囊后肢AUC（0.857）相近，苍白球特异度略高（82.1%），内囊后肢敏感度略高（79.1%）。本研究结果表明高胆红素不仅对苍白球有超选择性损伤[5,29]，同时也对内囊后肢及大脑脚这些白质纤维束造成不同程度损伤，究其原因可能与皮质脊髓束、视辐射及听辐射下行途径内囊后肢及大脑脚有关，当遭遇外界损伤因子时其髓鞘化进程易被打破，致髓鞘形成障碍，表现出神经系统损伤的表现，这与VANDERHASSELT等[30]的研究结果相似，围产期各种高危因素导致新生儿局部白质损伤时，其白质纤维弛豫时间可延长，且内囊后肢预测高危状态的准确性最高。

3.3 各定量参数值（T1、T2、PD）与TSB相关性分析

本研究苍白球T1 值与TSB 存在一定的负相关，而内囊后肢及大脑脚T1 值与TSB 存在一定的正相关。其原因可能为血清总胆红素水平越高，进入脑内的未结合胆红素也随之增多并沿着某特定的神经通路沉积，进而影响周围质子的进动频率，造成通路中相应脑区的纵向弛豫时间变短，T1 值降低，与李文等[21]、黎星等[22]研究结果一致；而内囊后肢、大脑脚T1值与TSB呈正相关，原因可能为胆红素引起神经胶质细胞受损时，神经纤维出现一定程度的髓鞘化不良，使这些脑区的大分子物质减少，而细胞液及游离水分子比例增多，水分子通透性增加，从而导致 T1弛豫时间延长，T1值增加。ABE一般发生在重度高胆红素水平（TSB＞342 μmol/L）患儿[9,20]，但本研究有3 例ABE 患儿TSB 均小于342 μmol/L，因此TSB 水平高低并非是ABE脑损伤严重程度的唯一条件，它对大脑的神经毒性受胆红素沉积时间、胆红素与白蛋白结合能力以及内环境等多种因素影响，需要综合临床表现及其他相关辅助检查进行评估。

3.4 本研究的局限性与展望

本研究仍存在一些不足之处。（1）胆红素脑病组样本量偏小，分组不均，测量结果可能存在一定局限性，后期研究将继续扩大样本量，对确诊ABE患儿再进一步依胆红素水平细化分层研究，比较不同水平胆红素ABE患儿大脑各ROI的差异；（2）当前研究主要选择了位于大脑中心区域部分ROI测量，后期将展开对全脑的整体分析，尤其是外周白质区，以明确高胆红素血症对新生儿大脑的整体影响，在影像学方面为临床提供更加充足的证据；（3）弛豫定量分析存在其局限性，后期会同时运用其他技术手段（如扩散峰度成像、扩散张量成像、扩散加权成像），多参数联合比较其在量化高胆红素血症对新生儿大脑损伤的优势；（4）后续将对患儿做预后随访及加入多中心性研究。

4 结论

综上所述，通过测量苍白球、内囊后肢及大脑脚的弛豫值，并分析其与TSB 水平的相关性，证实了集成MRI 技术突破了以往传统的通过肉眼观察定性是否患有胆红素脑病的局限性，达到了可定量评估高胆红素血症脑损伤的程度，为临床提供更多有价值的客观指标和影像学依据。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。

作者贡献声明：陈志强设计本研究的方案，对稿件的重要内容进行了修改，对最终要发表的论文版本进行了全面的审阅和把关，获得了宁夏回族自治区重点研发计划项目及宁夏回族自治区自然科学基金的资助；李艳获取、分析或解释本研究的数据，起草和撰写稿件，获得宁夏医科大学校级课题的基金资助；张小羽、刘岭岭、刘世莉、李鹏、邱银萍、杨萍、张社宁参与图像数据的采集、处理和分析，并对稿件重要内容进行了修改；全体作者都同意发表最后的修改稿，同意对本研究的所有方面负责，确保本研究的准确性和诚信。