磁共振擴散及灌注成像技術在新生兒急性缺氧缺血性腦病中的應用

邢可舟　孔曉勤　史　浩*

磁共振擴散及灌注成像技術在新生兒急性缺氧缺血性腦病中的應用

邢可舟孔曉勤史浩*

缺氧缺血性腦病在新生兒中發(fā)病率較高，其致殘及致死率居高不下，MRI已成為診斷HIE及評估預后的主要影像檢查方法。近年來，一些新型MRI技術，例如擴散加權(quán)成像、擴散張量成像、擴散峰度成像、動脈自旋標記成像、體素內(nèi)不相干運動等在擴散及灌注成像方面有了顯著發(fā)展，能夠更好地反映HIE的病理改變。就MRI擴散及灌注成像新技術在HIE中的成像特點及應用進行綜述。

新生兒；缺氧缺血性腦?。淮殴舱癯上?；擴散加權(quán)成像；灌注加權(quán)成像

Int J Med Radiol，2016，39（5）:509-512

新生兒缺氧缺血性腦?。╤ypoxic ischemic encephalopathy,HIE）是新生兒窒息主要的并發(fā)癥之一，可導致智力低下、發(fā)育落后、腦癱、癲間，甚至死亡。早期發(fā)現(xiàn)、準確判斷腦損傷情況是積極采取治療措施的前提，如今MRI已成為HIE的重要檢查方法之一，能夠為臨床提供必要的診斷及治療依據(jù)。

HIE的病理改變較復雜，大腦血流量的減少會引發(fā)一系列暫時的損傷。在急性期，血流量減少會導致大腦氧含量和葡萄糖的減少，無氧酵解增加，引起三磷酸腺苷的減少及乳酸的堆積，能量產(chǎn)生減少，使得跨細胞運輸減少，導致鈉離子及水在細胞內(nèi)的堆積，引起細胞毒性腦水腫[1]。其與缺氧缺血引起的血管源性腦水腫均可導致血管通透性的增加，血管破裂出血，包括蛛網(wǎng)膜下腔出血、腦室出血、腦實質(zhì)出血。當細胞膜去極化時，細胞釋放興奮的氨基酸谷氨酸，鈣離子通過化學通道進入細胞內(nèi)，引起鈣離子超載，使得氧自由基增多，引起的游離脂肪酸的過氧化反應導致了更多細胞的損傷。當缺氧缺血為部分性或慢性時，體內(nèi)血液會重新分配以滿足心、腦的血液供應，腦血管擴張，出現(xiàn)高灌注，但隨著缺氧時間的延長，大腦半球血流減少，為保證代謝旺盛部位（基底節(jié)、腦干、丘腦等）的血流供應，大腦皮質(zhì)矢狀旁區(qū)及動脈邊緣帶易受損。

多種機制參與缺氧缺血后引起的腦損傷主要包括4種病理學類型：選擇性神經(jīng)元壞死、旁矢狀區(qū)腦損傷、腦室周圍白質(zhì)軟化和局灶性缺血腦梗死[2]。損傷后腦白質(zhì)纖維束發(fā)育異常，髓鞘脫失，腦組織內(nèi)水分子的擴散運動發(fā)生了變化。另外，缺氧缺血亦引起血流灌注的改變。本文從擴散和灌注兩方面，結(jié)合國內(nèi)外文獻，就MRI多種成像技術對新生兒缺氧缺血性腦病的診斷進行綜述。

1　擴散成像

1.1擴散加權(quán)成像（DWI）擴散指水分子的無序運動，即布朗運動，DWI能夠反映組織中水分子運動的快慢，由于其所處的組織不同，其擴散能力也不同。擴散運動是多種因素綜合的結(jié)果，可采用表觀擴散系數(shù)（apparent diffusion constant，ADC）描述體素內(nèi)分子的綜合微觀運動，亦使得水分子的擴散運動得到量化。

常規(guī)MRI只有在患兒出生1周后，其診斷敏感性才開始升高[3]，而DWI能夠先于常規(guī)MRI出現(xiàn)異常信號，DWI及ADC對1周內(nèi)HIE患兒異常的發(fā)現(xiàn)率高度一致，尤其是對皮質(zhì)、腦干、內(nèi)囊區(qū)[4]。蔡等[5]對10例重度HIE患兒及12例正常新生兒進行DWI掃描，并選取8個興趣區(qū)測量ADC值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)HIE患兒的DWI影像異常部位及未見異常部位的ADC值均有不同程度的下降，ADC值不僅是DWI影像的定量指標，還可以發(fā)現(xiàn)DWI影像未發(fā)現(xiàn)的異常；DWI不僅能早期發(fā)現(xiàn)異常，對于預后也有一定的指導作用[6]。Goergen等[4]通過對19例新生兒的研究發(fā)現(xiàn)，DWI影像中異常的內(nèi)囊信號常提示預后不良。Liauw等[7]在HIE患兒的ADC圖中選取30個興趣區(qū)，對DWI影像中異常表現(xiàn)部位的ADC值進行測量，并對存活的患兒在學齡期時的發(fā)育情況進行評估對比，發(fā)現(xiàn)HIE患兒的DWI影像上表現(xiàn)異常處的ADC值并不能預測預后，但在基底節(jié)區(qū)、腦干等區(qū)域上ADC值的降低一般代表預后不良。但Cavalleri等[8]通過Barkovich評分系統(tǒng)得到的DWI值對HIE患兒預后的預測能力優(yōu)于ADC值。Alderliesten等[9]對81例HIE患兒進行常規(guī)MRI及DWI掃描，并在18～46個月后根據(jù)臨床神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育評估將患兒分為預后良好者及預后不良者，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)ADC值結(jié)合MRI評分能更有效地預測患兒神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育情況，但出生1周后患兒的ADC值會出現(xiàn)假正?，F(xiàn)象。

1.2擴散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）DTI是在DWI基礎上施加至少大于6個非線性方向的梯度場，可以在三維空間定時定量地分析組織內(nèi)水分子的擴散特性。由于細胞膜等超微結(jié)構(gòu)的影響，水分子在垂直于白質(zhì)纖維束方向上的擴散運動要少于平行于纖維束方向，此為擴散張量的各向異性，可用各向異性分數(shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A）來表示，F(xiàn)A值增高代表纖維完整性的缺失[10]。Liu等[11]認為DTI的眾多參數(shù)中，F(xiàn)A可靠性最強，一致性最佳。在HIE中，由于缺氧缺血導致新生兒腦白質(zhì)纖維束發(fā)育異常，髓鞘脫失，F(xiàn)A值降低，且隨著HIE嚴重程度的增加，其降低更加明顯。Gano等[12]對生后1 d及3 d的新生兒研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A的測量能夠先于定性MRI發(fā)現(xiàn)腦損傷。異常的FA值能夠較早且準確地發(fā)現(xiàn)患兒微神經(jīng)結(jié)構(gòu)的破壞，可能對其未來的神經(jīng)系統(tǒng)功能有預測價值[10,13]。Ancora等[14]對15例HIE患兒進行DTI掃描后得到平均擴散率（mean diffusivity，MD）、縱向及軸向的擴散率、FA，通過與2年后患兒的參數(shù)及神經(jīng)系統(tǒng)癥狀對比，認為FA值預測預后的準確性較高，且以額頂葉最高（準確度為94%）。

DTI衍生出來的參數(shù)還包括ADC值，Cauley等[15]認為ADC值能夠量化分析組織擴散特性，能較早且快速地發(fā)現(xiàn)異常，但其對HIE的診斷準確性較低，許多研究者也認為在嚴重腦損傷中早期ADC值下降后會出現(xiàn)假正?；痆10，13]。

DTI能夠提供組織的顯微結(jié)構(gòu)，其空間分辨力較低，而纖維示蹤（fiber tracking，F(xiàn)T）技術能夠?qū)⒐δ芗翱臻g結(jié)構(gòu)相結(jié)合，顯示纖維走行，因此可更加精確且無創(chuàng)地描述神經(jīng)解剖系統(tǒng)。HIE患兒神經(jīng)運動的異常與DTI所發(fā)現(xiàn)的皮質(zhì)纖維束顯微結(jié)構(gòu)的損傷密切相關[16]。

1.3擴散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）

DWI及DTI均假定水分子的擴散運動符合高斯運動，而DKI作為DTI的延伸，更適合了解組織微觀結(jié)構(gòu)的變化。其成像指標最常用的是平均擴散峰度（mean kurtosis，MK），代表沿所有擴散方向的擴散峰度平均值，反映水分子擴散受限的程度[17]；結(jié)構(gòu)越復雜，非正態(tài)分布水分子擴散受限越顯著，MK值也就越大。研究表明MK對病灶微結(jié)構(gòu)的顯示較FA值有更高的敏感性及特異性；相對于FA，它也可以區(qū)分復雜交叉的纖維[18]。徑向擴散峰度（radial kurtosis，RK）是MK的垂直分量，為非零的擴散受限，其擴散受限主要在徑向方向；由于DKI呈非高斯分布，因此RK值的大小與該方向上非高斯分布的水分子擴散受限程度呈正比。峰度各向異性（kurtosis anisotropy，KA）指測量組織不均勻度的各向異性指數(shù)，在某種程度上類似于DTI的參數(shù)FA值，其大小與髓鞘的完整性、纖維的致密性及平行性密切相關。KA值趨近于零表示接近于各向同性。

DKI技術尚未應用于新生兒缺氧缺血性腦病的研究中，但在HIE中，由于髓鞘發(fā)育的不完全，白質(zhì)纖維束的各向異性較正常減低，理論上可引起DKI各參數(shù)值發(fā)生變化，此變化尚待研究。

2　灌注成像

2.1動態(tài)磁敏感對比（dynamic susceptibility contrast，DSC）增強技術DSC是灌注加權(quán)成像（perfusion weighted imaging，PWI）的主要方法，即運用外源性對比劑來觀察新生兒腦血流灌注情況，可以獲得的參數(shù)主要包括腦血容量（cerebral blood volume，CBV）、腦血流量（cerebral blood flow，CBF）、平均通過時間（mean transit time，MTT）及達峰時間（time to peak，TTP），能夠獲得缺氧缺血引起的灌注不足、側(cè)支循環(huán)建立、血流再灌注等詳細的血流灌注信息，且隨著新生兒腦組織發(fā)育的逐漸成熟，獲得的信息更加豐富[19]。有研究表明在眾多參數(shù)中，僅rCBV較為準確，但在新生兒中，由于需要注射對比劑，其應用受到了限制[20]。

2.2動脈自旋標記（arterial spin labeled，ASL）成像ASL作為一種新型的MRI灌注技術，無需使用內(nèi)源性對比劑，而是通過反轉(zhuǎn)飽和脈沖序列對成像層面流入側(cè)層面動脈血進行示蹤磁標記，得出血流灌注影像，通過測量相對腦血流量（relative cerebral blood flow，rCBF）得到新生兒腦血流灌注情況。研究表明，rCBF的異常與嚴重腦病密切相關，且重度腦病的rCBF低于中度腦病[21]。史等[22]對正常新生兒與HIE患兒的rCBF進行對比后發(fā)現(xiàn)，2組在基底節(jié)與灰質(zhì)的rCBF值存在差異，因此認為ASL能夠有效檢測HIE患兒腦組織異常灌注的情況，對判斷腦損傷情況有一定的幫助。Massaro等[23]在第2周末對所有新生兒進行常規(guī)MRI及ASL掃描發(fā)現(xiàn)HIE患兒的腦血流量高于正常新生兒，尤其是基底節(jié)及丘腦區(qū)，但常規(guī)MRI表現(xiàn)正常的HIE患兒的rCBF值高于有異常表現(xiàn)者，這可能與rCBF的假正?；嘘P。De Vis等[3]對28例患兒進行ASL掃描并通過與9～18個月后的臨床表現(xiàn)評分進行對比分析發(fā)現(xiàn)，8例預后不良的患兒基底節(jié)及丘腦的血流灌注高于20例預后良好的患兒，這表明隨著缺氧缺血時間的延長，腦血流量減少，血液會重新分配供應基底節(jié)等代謝旺盛的部位，且結(jié)合ASL與常規(guī)MRI表現(xiàn)能夠更好地預測預后情況。

3　體素內(nèi)不相干運動（intravoxel incoherent motion，IVIM）

IVIM是用來描述體素微觀運動，即水分子的擴散和血液的微循環(huán)的一種成像方法，其信號變化與b值間的關系可表示為：Sb/S0＝（1－f）·exp（－b·D）＋f· exp（-b·D*），f指灌注分數(shù)，代表興趣區(qū)內(nèi)局部微循環(huán)所致的灌注效應占總體擴散效應的容積比率，其大小介于0～1之間；D*指偽擴散系數(shù)，代表體素內(nèi)微循環(huán)的不相干運動；D指擴散系數(shù)，代表純水分子擴散運動[17]。

IVIM對于高碳酸血癥引起的血管擴張及高氧血癥導致的血管收縮敏感，可以用來定量分析顱腦的血流灌注情況，并于20世紀90年代用于腦灌注的研究，但多數(shù)是動物研究，鮮有人體研究[24]。ASL是通過對動脈血進行示蹤磁標記得到的血流灌注影像，同IVIM一樣，無需注射對比劑，但磁標記血流的T1衰減較快，不利于對血流相對較慢的動脈血的研究，而IVIM則不存在這樣的限制[25]。有研究表明，在IVIM的參數(shù)中，D*較D值對于血流灌注更具有生理意義[24]，且D*較頭部灌注成像中的MTT更能真實地反映動態(tài)血流[26]，關于IVIM在腦組織擴散作用的報道甚少，還需要進一步研究。

運用IVIM對新生兒缺氧缺血性腦病的患兒進行血流灌注及擴散效應的檢測，目前還沒有相關臨床應用的報道；運用IVIM來觀察顱腦的血流灌注情況，選擇何種b值最佳仍需要更進一步的研究[26]。有研究表明對于IVIM的擴散效應應選擇較高b值使得反應組織結(jié)構(gòu)的敏感性更高[25]。

綜上，鑒于新生兒缺氧缺血性腦病的病理改變，可以從擴散及灌注兩個方面對其進行早期檢查，關于DWI、DTI、DSC、ASL等技術的研究相對較多，其與常規(guī)MRI聯(lián)合應用，可以更好地反映腦組織損傷的情況，而DKI及IVIM對于HIE的研究較少，有待今后進一步探究。

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（收稿2015-10-28）

Applications of diffusion and perfusion MRI in neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy

XING Kezhou,

KONG Xiaoqin,SHI Hao.Department of Medical Image,Qianfoshan Hospital,Jinan 250014,China

The morbidity of hypoxic-ischemic encephalopathy(HIE)is high in the neonates,and its disability rate and fatality rate also stay at a high level.MRI has become the main examination to diagnose and evaluate the prognosis.In recent years,some new MRI techniques,such as diffusion weighted imaging,diffusion tensor imaging,diffusion kurtosis imaging,arterial spin labeling,and intravoxel incoherent motion,have achieved significant developments in the diffusion and perfusion imaging.These techniques can better reflect the pathological changes of HIE.In this paper,the characteristics and applications of the diffusion and perfusion MRI in HIE were summarized.

Neonate;Hypoxic ischemic encephalopathy;Magnetic resonance imaging;Diffusion weighted imaging; Perfusion weighted imaging

10.19300/j.2016.Z3883

R722.1；R445.2

A

山東省千佛山醫(yī)院影像科，濟南250014

史浩，E-mail：hansenschie@126.com

*審校者