彌散加權(quán)成像在新生兒缺氧缺血性腦病中的應(yīng)用研究

趙　博，張雪寧，劉輝佳，李桂來(lái)，陳　莉

(天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院放射科，天津 300211)

彌散加權(quán)成像在新生兒缺氧缺血性腦病中的應(yīng)用研究

趙博，張雪寧※，劉輝佳，李桂來(lái)，陳莉

(天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院放射科，天津 300211)

摘要：目的應(yīng)用彌散加權(quán)成像(DWI)技術(shù)評(píng)價(jià)足月新生兒缺氧缺血性腦病(HIE)的影像表現(xiàn)。方法選擇2012年1~10月天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院新生兒科住院的足月HIE患兒38例，依據(jù)HIE診斷標(biāo)準(zhǔn)將患兒分為輕度HIE組(24例)和中重度HIE組(14例)，另外選取12例無(wú)窒息史的足月新生兒作為對(duì)照組。對(duì)3組受試者均進(jìn)行常規(guī)磁共振成像(MRI)和DWI檢查，同時(shí)測(cè)量額頂葉灰、白質(zhì)、放射冠、尾狀核、豆?fàn)詈恕?nèi)囊后肢、丘腦等感興趣區(qū)的表觀彌散系數(shù)(ADC)值。結(jié)果HIE患兒在DWI檢查發(fā)現(xiàn)深部腦白質(zhì)病灶16個(gè)，基底核丘腦區(qū)病灶2個(gè)，出血性病灶1個(gè)，小腦及腦干病灶1個(gè)。感興趣區(qū)ADC值組間兩兩比較結(jié)果顯示：額葉灰質(zhì)、額葉白質(zhì)、頂葉灰質(zhì)、頂葉白質(zhì)、豆?fàn)詈恕⑶鹉X及內(nèi)囊后肢的ADC值在對(duì)照組與輕度HIE組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；各感興趣區(qū)的ADC值在對(duì)照組與中重度HIE組間比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；額葉灰質(zhì)、頂葉灰質(zhì)、放射冠、尾狀核、豆?fàn)詈?、丘腦及內(nèi)囊后肢的ADC值在輕度HIE組與中重度HIE組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論DWI在檢測(cè)HIE深部腦白質(zhì)病灶方面較敏感，通過(guò)ADC值測(cè)定可以對(duì)HIE腦損傷程度作出較為客觀的評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：新生兒缺氧缺血性腦??；磁共振成像；彌散加權(quán)成像；表觀彌散系數(shù)

新生兒缺氧缺血性腦病(hypoxic-ischemic encephalopathy，HIE)是目前新生兒死亡及致殘的主要疾病之一。其發(fā)生率為足月新生兒的1‰~2‰，是目前新生兒期死亡及小兒致殘的主要疾病之一[1]。在HIE患兒中，有15%~20%死于新生兒期；30%的存活者患有神經(jīng)發(fā)育障礙，如腦性麻痹、智力發(fā)育遲緩[1]。因此，早期正確診斷HIE尤為重要。長(zhǎng)期以來(lái)，臨床普遍采用Apgar評(píng)分作為新生兒有無(wú)窒息的診斷依據(jù)。但近年來(lái)有學(xué)者對(duì)此提出疑問(wèn)，因?yàn)楹芏嘁蛩囟加绊慉pgar評(píng)分。彌散加權(quán)成像(diffusion weighed image,DWI)是近年來(lái)應(yīng)用的磁共振功能成像技術(shù)之一，它可以敏感地反映腦組織中的水分子彌散狀態(tài)。本研究應(yīng)用DWI技術(shù)對(duì)HIE患兒進(jìn)行了定量研究，現(xiàn)報(bào)道如下。

1資料與方法

1.1一般資料選擇2012年1~10 月天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院新生兒科住院的足月HIE患兒38例。按照2004年11月修訂的HIE診斷標(biāo)準(zhǔn)[2]將患兒分為兩組：輕度HIE組24例，男13例、女11例，胎齡3~43周，平均(39.4±1.5)周；體質(zhì)量3415~4231 g，平均(3610±320) g；日齡6~8 d，平均(5.4±2.5) d。中重度HIE組14例,男9例、女5例，胎齡38~41周，平均(39.6±1.3)周；體質(zhì)量3318~4023 g，平均(3615±310) g；日齡5~9 d，平均(5.8±2.3) d。另外選取12例無(wú)窒息史的足月新生兒作為對(duì)照組，沒(méi)有神經(jīng)系統(tǒng)癥狀與體征，男8例、女4例，胎齡37~41周，平均(39.7±1.4)周；體質(zhì)量3418~4033 g，平均(3580±315) g,日齡6~11 d，平均(5.9±2.1) d。三組受試者的性別、體質(zhì)量、胎齡等一般資料比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性。

1.2檢查方法采用美國(guó)GE Signa 1.5 T MR掃描機(jī)，三組受試者均行T1加權(quán)成像、T2加權(quán)成像和DWI序列檢查。T1加權(quán)成像：快速自旋回波(FSE)序列，重復(fù)時(shí)間(repetition time,TR) 360.0 ms,回波時(shí)間(echedelay time,TE)8.0 ms,層厚3 mm，層間距0 mm，視野26 cm×26 cm，矩陣288×256，激勵(lì)次數(shù)2。T2加權(quán)成像：FSE序列，TR 2800 ms,TE 90 ms,層厚3 mm，層間距0 mm，視野26 cm×26 cm，矩陣256×224，激勵(lì)次數(shù)2；DWI使用序列，其掃描參數(shù)為：TR 6000 ms,TE 70 ms,層厚3 mm，層間距0 mm，視野26 cm×26 cm，矩陣128×128，激勵(lì)次數(shù)2，擴(kuò)散敏感梯度方向3個(gè)，b值為1000 s/mm2，掃描時(shí)間為24 s。

1.3數(shù)據(jù)采集掃描結(jié)束后，對(duì)所有受試者的MRI資料按照部位、信號(hào)改變情況進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，使用ADW 4.1工作站上的Functool圖像后處理軟件分別測(cè)量對(duì)稱(chēng)的9個(gè)感興趣區(qū)(圖1)：額葉灰質(zhì)、額葉白質(zhì)、頂葉灰質(zhì)、頂葉白質(zhì)、放射冠的表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coeffieient,ADC)值，在基底核層面測(cè)量尾狀核、豆?fàn)詈恕?nèi)囊后肢、丘腦的ADC值。

圖1測(cè)量感興趣區(qū)表觀彌散系數(shù)(ADC)值示意圖a.側(cè)腦室體部層面：示測(cè)量額葉灰質(zhì)、額葉白質(zhì)、頂葉灰質(zhì)、頂葉白質(zhì)、放射冠ADC值示意圖；b.基底核層面：示測(cè)量尾狀核、豆?fàn)詈?、?nèi)囊后肢、丘腦ADC值示意圖

2結(jié)果

HIE患兒在DWI檢查發(fā)現(xiàn)深部腦白質(zhì)病灶16個(gè)，基底核丘腦區(qū)病灶2個(gè)，出血性病灶1個(gè)，小腦及腦干病灶1個(gè)。額葉灰質(zhì)、額葉白質(zhì)、頂葉灰質(zhì)、頂葉白質(zhì)、豆?fàn)詈?、?nèi)囊后肢及丘腦的ADC值在輕度HIE組與對(duì)照組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；各感興趣區(qū)的ADC值在對(duì)照組與中重度HIE組間比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；中重度HIE組額葉灰質(zhì)、頂葉灰質(zhì)、放射冠、尾狀核、豆?fàn)詈?、?nèi)囊后肢及丘腦的ADC值均低于輕度HIE組，比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；輕度HIE組與中重度HIE組額葉白質(zhì)和頂葉白質(zhì)ADC值比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見(jiàn)表1。

3討論

HIE是引起新生兒死亡及腦損傷的重要原因，也是新生兒圍生期最常見(jiàn)的疾病。新生兒HIE的發(fā)生并非單一致病因素所致，它是由一系列復(fù)雜的病理生理及生化改變所引起的[3-4]，是國(guó)內(nèi)外新生兒急救醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。病變產(chǎn)生的部位、嚴(yán)重程度與兩方面的因素有關(guān)：①缺氧缺血所持續(xù)的時(shí)間；②腦內(nèi)代謝物質(zhì)水平的變化情況。MRI由于對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變的敏感性，對(duì)新生兒HIE的診斷得到越來(lái)越多的重視，其中最重要的是DWI技術(shù)。研究表明，與常規(guī)MRI比較，DWI能更早地反映腦細(xì)胞缺氧缺血改變，應(yīng)用該技術(shù)可以在HIE發(fā)病數(shù)小時(shí)內(nèi)早期發(fā)現(xiàn)病變[5-6],同時(shí)可以作出早期準(zhǔn)確診斷，并指導(dǎo)臨床治療。

表1各組感興趣區(qū)的平均表觀彌散系數(shù)值比較

組別例數(shù)額葉灰質(zhì)額葉白質(zhì)頂葉灰質(zhì)頂葉白質(zhì)放射冠尾狀核豆?fàn)詈藘?nèi)囊后肢丘腦對(duì)照組101.36±0.061.83±0.111.35±0.101.84±0.091.23±0.111.28±0.071.18±0.081.05±0.061.15±0.08輕度HIE組241.27±0.13a1.60±0.14a1.27±0.09a1.59±0.20a1.19±0.151.19±0.111.11±0.09a0.97±0.11a1.06±0.12a中重度HIE組141.18±0.14ab1.51±0.23a1.19±0.09ab1.56±0.19a1.03±0.16ab1.08±0.06ab1.02±0.07ab0.87±0.09ab0.96±0.12abF3.893.214.053.303.283.274.124.754.72P0.0350.0410.0270.0380.0400.0410.0250.0180.020

HIE：新生兒缺氧缺血性腦??；a與對(duì)照組比較，P<0.05；b與輕度HIE組比較，P<0.05

3.1HIE病因及病理生理機(jī)制HIE是圍生期新生兒窒息后引起的最常見(jiàn)和嚴(yán)重的并發(fā)癥，90%發(fā)生在出生前和出生時(shí)，其中出生前因素約占20%、出生時(shí)因素約占70%，出生后因素約占10%[1]。

圍生期缺氧缺血性腦損傷的發(fā)病機(jī)制尚未有明確的定論，目前被廣泛接受的觀點(diǎn)是其發(fā)病是一個(gè)多因素參與的過(guò)程。在新生兒腦缺氧發(fā)生的最初階段，正常的由三羧酸循環(huán)供應(yīng)的能量明顯減少；當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，大腦為了維持能量供應(yīng)而被迫采用糖的無(wú)氧酵解來(lái)供能，糖酵解過(guò)程雖然可以供能，但其代謝糖酵解產(chǎn)生大量乳酸使乳酸堆積，局部乳酸和CO2的堆積影響了細(xì)胞膜的正常通透性，造成離子在細(xì)胞內(nèi)外轉(zhuǎn)運(yùn)失調(diào)，細(xì)胞膜上的離子泵供能障礙，Na+進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，引起細(xì)胞內(nèi)水分增多，細(xì)胞腫脹，細(xì)胞外間隙變窄導(dǎo)致細(xì)胞損害和細(xì)胞毒性水腫。缺氧還會(huì)造成腦血管內(nèi)皮細(xì)胞受損腫脹，腦內(nèi)微小血管阻塞，引起腦血流動(dòng)力學(xué)改變，微循環(huán)障礙，進(jìn)一步加重了腦細(xì)胞的缺血缺氧。同時(shí)，腦水腫還造成顱內(nèi)壓的增高，引起腦靜脈回流受阻，造成腦血流灌流進(jìn)一步減少，這也進(jìn)一步加重了缺血缺氧，形成惡性循環(huán)。在缺氧時(shí)，腦組織的能量供應(yīng)主要依靠糖的無(wú)氧酵解途徑，但無(wú)氧酵解的產(chǎn)物乳酸會(huì)造成腦組織酸中毒。由于堆積的乳酸清除減少和組織內(nèi)緩沖減少，缺血時(shí)較缺氧時(shí)腦內(nèi)酸中毒更嚴(yán)重。另外，缺氧、缺血/再灌注過(guò)程中可產(chǎn)生大量自由基，而當(dāng)缺氧發(fā)生時(shí)，體內(nèi)清除自由基的超氧化物歧化酶活性降低，使自由基在細(xì)胞內(nèi)蓄積，這些過(guò)多的自由基可以對(duì)神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)造成破壞并影響其功能。此外，當(dāng)血腦屏障被氧自由基破壞后，還可以造成一系列的反應(yīng)，如血管源性腦水腫，腦水腫的出現(xiàn)進(jìn)一步加重腦的損傷。當(dāng)出現(xiàn)新生兒腦缺氧缺血時(shí)，腦內(nèi)的一些有害代謝產(chǎn)物，如天冬氨酸、谷氨酸也會(huì)大量釋放，這些物質(zhì)能與神經(jīng)細(xì)胞膜上的氨基酸受體結(jié)合，引起細(xì)胞膜電位的改變，使細(xì)胞膜離子通道開(kāi)放，造成大量Na+、Ca2+內(nèi)流，引起神經(jīng)細(xì)胞的興奮毒性反應(yīng)，導(dǎo)致神經(jīng)元變性、壞死。

新生兒HIE損傷的部位與患兒腦發(fā)育狀況和出生時(shí)的胎齡密切相關(guān)。足月新生兒腦組織內(nèi)的髓鞘形成十分活躍,主要的區(qū)域分布在大腦基底節(jié)、皮質(zhì)中央前后回、丘腦的腹外側(cè)等處,這些代謝旺盛區(qū)域的需氧量最高；同時(shí)，這些代謝旺盛區(qū)域?qū)θ毖跞毖沧蠲舾?當(dāng)出現(xiàn)缺血缺氧時(shí)也容易引起細(xì)胞壞死[6]。而且大腦前、中、后動(dòng)脈供應(yīng)區(qū)之間存在一個(gè)血管分水嶺區(qū)(即矢狀旁區(qū))，當(dāng)發(fā)生HIE時(shí)，該區(qū)域也易受累[7]。

3.2DWI在HIE診斷中的價(jià)值DWI是目前唯一的活體條件下觀察細(xì)胞內(nèi)外水分子彌散狀態(tài)的技術(shù)，它可以敏感地反映腦組織水分子的彌散特性。在HIE早期，神經(jīng)細(xì)胞出現(xiàn)損害，神經(jīng)纖維束和神經(jīng)元胞體細(xì)胞膜上的鈉鉀泵功能出現(xiàn)變化，水分子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞內(nèi)水分子含量增高，水分子的彌散率和彌散方向發(fā)生變化。由于新生兒腦結(jié)構(gòu)與普通人腦組織結(jié)構(gòu)不盡相同，其腦組織的含水量更高，常規(guī)MRI采用的T1和T2加權(quán)成像方法在早期很難發(fā)現(xiàn)新生兒的腦缺血灶，然而，如果應(yīng)用DWI技術(shù)，由于細(xì)胞外水分子在DWI上呈低的背景信號(hào)，而缺血區(qū)由于細(xì)胞毒性水腫而呈相對(duì)高信號(hào)，這使病變可以更容易被發(fā)現(xiàn)和識(shí)別。

本研究結(jié)果的DWI上，異常的影像多位于深部腦白質(zhì)(放射冠、額葉深部白質(zhì)及側(cè)腦室三角旁白質(zhì))、基底節(jié)丘腦區(qū)及腦干等部位。造成這一現(xiàn)象的原因是這些區(qū)域的缺氧導(dǎo)致髓鞘破壞。本研究結(jié)果顯示，輕度HIE組和中重度HIE組患兒額頂葉灰質(zhì)、額葉白質(zhì)、豆?fàn)詈?、?nèi)囊后肢及丘腦ADC值較對(duì)照組顯著降低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。放射冠、尾狀核ADC值在對(duì)照組與輕度HIE組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，額、頂葉白質(zhì)ADC值在中重度HIE組和輕度HIE組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這可能反映了腦損傷方式的不均勻性。Hunt等[8]報(bào)道，內(nèi)囊后肢的ADC值與HIE患兒的存活率密切相關(guān),存活者的ADC值為(0.89±0.17) mm2/ms，明顯大于死亡者的ADC值(0.75±0.17) mm2/ms，而且存活者的ADC值是判斷HIE預(yù)后的客觀指標(biāo),內(nèi)囊后肢ADC<0.74 mm2/ms的存活者往往伴有嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥。

雖然DWI對(duì)HIE較敏感，但其也存在一定的局限性，即ADC值可能存在假性正?；F(xiàn)象。有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示[9]，在早期缺血、缺氧/再灌注損傷的動(dòng)物模型中，其彌散狀態(tài)的異?？梢猿孰p向改變。在缺血后數(shù)分鐘、皮質(zhì)灰質(zhì)及白質(zhì)、基底節(jié)的ADC值出現(xiàn)下降，時(shí)間持續(xù)約5 h。此后，隨著觀察時(shí)間的延長(zhǎng)ADC值可以出現(xiàn)假性正?；?，這一時(shí)間出現(xiàn)在1~2 d，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因?yàn)樵俟嘧p傷引起血腦屏障破壞導(dǎo)致水分在細(xì)胞外間隙積聚，使水分子彌散增加致使ADC值升至正常值。對(duì)于此現(xiàn)象，在臨床上尚需大樣本資料進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

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Study on the Application of Diffusion Weighted Imaging in Evaluation of Hypoxic-ischemic Encephalopathy in Neonates

ZHAOBo，ZHANGXue-ning，LIUHui-jia，LIGui-lai，CHENLi.

(DepartmentofRadiology,theSecondHospitalofTianjinMedicalUniversity,Tianjin300211,China)

Abstract:ObjectiveTo explore the application of diffusion-weighted imaging(DWI) technology in evaluating hypoxic-ischemic encephalopathy(HIE) in full-term neonates.MethodsA total of 38 full-term children with HIE admitted in the Second Hospital of Tianjin Medical University from Jan.to Oct.2012 were selected,according to the diagnostic criteria,HIE children were divided into mild HIE group(24 cases) and moderate-severe HIE group(14 cases),another 12 cases of full-term neonates without asphyxia history were selected as control group.Children in the 3 groups received routine magnetic resonance imaging (MRI) and DWI examination.Meanwhile,apparent diffusion coefficient(ADC) values of nine different regions of interest in the brain were measured,including frontal gray matter,frontal white matter,parietal white matter,parietal gray matter,corona radiate,caudate nucleus, lentiform nucleus,thalamus and the posterior limb of the internal capsule.ResultsDWI examination showed 16 cases of deep white matter injury,2 cases of lesions in basal nuclei of the hypothalamus area,and 1 case of hemorrhagic lesion,1 case of cerebellum and brainstem lesion.ADC values had statistically significant differences in frontal gray matter,frontal white matter,parietal gray matter,parietal white matter,lentiform nucleus,PLIC and thalamus between mild HIE group and control group(P<0.05).ADC values had statistically significant differences in all regions of interest between moderate-severe HIE group and control group(P<0.05).ADC values had statistically significant differences in frontal gray matter,parietal gray matter,corona radiate,caudate nucleus, lentiform nucleus,PLIC and thalamus between mild HIE group and moderate-severe HIE group(P<0.05).ConclusionDWI has high sensitivity in detecting lesions in deep white matter of HIE patients,determination of ADC value can come to objective evaluation on the degree of brain injury in HIE patients.

Key words:Hypoxic-ischemic encephalopathy; Magnetic resonance imaging; Diffusion-weighted imaging; Apparent diffusion coefficient

收稿日期:2014-12-10修回日期：2015-03-13編輯：伊姍

基金項(xiàng)目：天津市衛(wèi)生局科技基金(2012KZ085)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.10.049

中圖分類(lèi)號(hào)：R722

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-2084(2015)10-1860-03