磁共振擴(kuò)散張量成像在新生兒缺氧缺血性腦病中的應(yīng)用價(jià)值

王紅霞， 孟楠， 任繼鵬， 周鳳梅， 劉旺毅， 韓東明

新生兒缺氧缺血性腦病(hypoxic-ischemic encephalopathy，HIE)是目前危及兒童健康及成長(zhǎng)發(fā)育的嚴(yán)重疾患之一，我國(guó)新生兒中約7%～10%有窒息病史[1]，這意味著HIE發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的升高。HIE引起的腦損傷常常會(huì)導(dǎo)致患兒產(chǎn)生一系列神經(jīng)系統(tǒng)疾病或運(yùn)動(dòng)功能障礙，嚴(yán)重者會(huì)遺留永久性神經(jīng)及運(yùn)動(dòng)功能后遺癥狀[2]甚至死亡。因此，HIE的早期診斷、預(yù)后評(píng)估及治療是關(guān)系到國(guó)民素質(zhì)及生活質(zhì)量的重要課題。目前，臨床主要依據(jù)新生兒的圍產(chǎn)窒息史、Apgar評(píng)分、實(shí)驗(yàn)室相關(guān)生化指標(biāo)等來(lái)診斷HIE并評(píng)估其嚴(yán)重程度[3]，具有一定的主觀性且缺乏量化指標(biāo)。磁共振擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)可以反映腦白質(zhì)纖維束的受損情況，定量評(píng)價(jià)腦損傷程度和腦白質(zhì)、髓鞘發(fā)育情況，具備診斷和評(píng)估HIE嚴(yán)重程度的潛力。

表1 患者基本資料

材料與方法

1.研究對(duì)象

搜集本院足月HIE患兒45例，男24例，女21例，并以《新生兒缺氧缺血性腦病的診斷標(biāo)準(zhǔn)》[4]為依據(jù)，將病例組患兒分為輕度組18例，中度組15例，重度組12例。另選取正常足月新生兒20例作為對(duì)照組，納入標(biāo)準(zhǔn)：足月兒(孕齡37～42周)；無(wú)宮內(nèi)窘迫史與圍生期窒息史；無(wú)先天性畸形史和神經(jīng)系統(tǒng)感染疾病；無(wú)明顯異常代謝和染色體病癥史；出生后1 min、5 min的Apgar評(píng)分≥8分；無(wú)中樞系統(tǒng)異常體征；頭顱磁共振檢查未發(fā)現(xiàn)顯著異常表現(xiàn)。各組研究對(duì)象的掃描日齡、性別等基本資料差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)。所有患兒家屬均簽署知情同意書(shū)。

2.研究方法

掃描設(shè)備和參數(shù)：采用GE 3.0T Signa HDx超導(dǎo)MR儀行頭顱MRI常規(guī)序列、DTI序列掃描，線圈為8通道頭頸聯(lián)合線圈。所有入組患兒于檢查前20～30 min以10%水合氯醛口服或灌腸，等其熟睡之后，佩戴隔音耳塞進(jìn)行掃描。掃描期間，相關(guān)醫(yī)生、患兒家屬全程陪同，并密切注意患兒心率、呼吸等狀況。常規(guī)掃描序列：T1WI、T2WI、T2FLAIR及DWI序列，掃描范圍自顱底至顱頂，掃描層數(shù)16層，層厚4 mm，層間距0.5 mm。參數(shù)如下：Sag T1WI，TR 330 ms，TE 6 ms；Axi T1FLAIR，TR 7800 ms，TE 125 ms；Axi T2WI，TR 7800 ms，TE 125 ms；Axi T2FLAIR，TR 9000 ms，TE 172 ms；Axi DWI，TR 5000 ms，TE 80 ms。b值為0、1000 s/mm2。DTI序列：TR 9000 ms，TE 105 ms，視野240 mm×240 mm，激勵(lì)次數(shù)3，b 值為0、1000 s/mm2，擴(kuò)散敏感梯度方向15。

圖像分析與數(shù)據(jù)處理方法：采用GE AW4.4工作站進(jìn)行圖像處理，應(yīng)用后處理軟件生成FA圖、彩色編碼張量圖、ADC圖等。在彩色張量圖上手動(dòng)選取ROI：雙側(cè)額葉白質(zhì)，雙側(cè)半卵圓中心，內(nèi)囊前、后肢，胼胝體膝部，胼胝體壓部及豆?fàn)詈?，ROI的面積為(10±5) mm2。對(duì)于部位為雙側(cè)的，求得FA值的平均值。所選取的ROI位置放置在解剖結(jié)構(gòu)的中央。

表2 病例組與對(duì)照組組間FA值比較

表3 病例組各亞組與對(duì)照組比較結(jié)果

注：A為對(duì)照組，B為輕度組，C為中度組，D為重度組，*P<0.05。

為縮小誤差，每個(gè)ROI的值測(cè)量3次，最終取得平均值。使用單盲法評(píng)價(jià)結(jié)果，常規(guī)MR圖像是由1位高年資主治醫(yī)生獨(dú)立審閱，F(xiàn)A值由1名資深住院醫(yī)師獨(dú)立測(cè)定。

3.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 21.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，采用單因素方差分析各組ROI的FA值進(jìn)行分析比較，若方差齊，則兩兩組間比較采用LSD-t檢驗(yàn)。如方差不齊，則采用Dunnett's T3檢驗(yàn)。分類(性別)變量采用卡方檢驗(yàn)。P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。對(duì)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的ROI進(jìn)行ROC曲線分析得出相關(guān)參數(shù)的閾值、敏感度及特異度。

結(jié) 果

1.常規(guī)MRI序列表現(xiàn)

正常對(duì)照組：雙側(cè)大腦半球?qū)ΨQ，腦實(shí)質(zhì)形態(tài)、結(jié)構(gòu)及信號(hào)未見(jiàn)明顯異常。雙側(cè)內(nèi)囊后肢由于髓鞘化原因在T1WI像上呈較高信號(hào)。腦干結(jié)構(gòu)及信號(hào)正常。垂體形態(tài)、結(jié)構(gòu)及信號(hào)未見(jiàn)明顯異常。腦室系統(tǒng)正常，中線結(jié)構(gòu)居中(圖1)。

病例組：輕度組患兒表現(xiàn)腦皮層和(或)皮層下點(diǎn)片狀、線樣高信號(hào)影的有12例(圖2)，表現(xiàn)為蛛網(wǎng)膜下腔出血有4例，頭皮血腫有2例；中度組患兒表現(xiàn)為深部腦白質(zhì)點(diǎn)片狀高信號(hào)8例，沿側(cè)腦室體壁條帶狀高信號(hào)影4例，側(cè)腦室旁斑片狀高信號(hào)7例(圖3)，局部腦出血灶4例，局部腦水腫1例；重度組表現(xiàn)為基底節(jié)區(qū)及丘腦對(duì)稱性的不規(guī)則片狀高信號(hào)有6例(圖4)，大范圍腦梗死灶4例，彌漫性腦水腫3例。

2.所測(cè)各興趣區(qū)FA值對(duì)比分析結(jié)果

病例組與正常對(duì)照組的各興趣區(qū)(豆?fàn)詈顺?的FA值有差異，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，表2)。輕度組的胼胝體壓部、內(nèi)囊后肢的FA值較對(duì)照組低，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，表3)。中度組的額葉白質(zhì)、半卵圓中心、胼胝體壓部及內(nèi)囊后肢的FA值較正常對(duì)照組低，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，表3)。重度組中，除豆?fàn)詈酥?，其余興趣區(qū)的FA值均較正常對(duì)照組低，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，表3)。 不同程度病例組間比較，輕度組的興趣區(qū)(豆?fàn)詈顺?的FA值較重度組FA值高，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，表3)。中度組的額葉白質(zhì)、半卵圓中心、內(nèi)囊后肢及胼胝體壓部的FA值較重度組高，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表3)。

3.各興趣區(qū)FA值對(duì)HIE的診斷效能

額葉白質(zhì)、半卵圓中心、內(nèi)囊前、后肢、胼胝體膝、壓部FA值ROC曲線見(jiàn)圖5、表3。其中內(nèi)囊后肢FA值的曲線下面積(area under the curve，AUC)最大，閾值為0.531，敏感度為80%，特異度為84.4%，Youden指數(shù)為0.644。

討 論

1.HIE的損傷模式及發(fā)生機(jī)制

足月HIE的顱腦損傷模式多種多樣，有學(xué)者[5]將其分為三類：基底節(jié)區(qū)-丘腦損傷、分水嶺區(qū)損傷、彌漫性腦損傷。

HIE的損傷模式特征主要由其窒息特點(diǎn)決定的。有研究指出[6]，HIE的圍生期窒息特點(diǎn)包括急性全面性窒息、慢性或部分性窒息?；純撼霈F(xiàn)慢性或部分性缺氧時(shí)，機(jī)體則會(huì)出現(xiàn)潛水反射，以保證心臟、顱腦的血流供應(yīng)，隨著缺氧的時(shí)間的延長(zhǎng)，腦部血流量重新分布以保證代謝旺盛的灰質(zhì)結(jié)構(gòu)的灌注，如丘腦、基底節(jié)、腦干等，這種血流的重新分布易導(dǎo)致?lián)p傷主要位于大腦血管間的區(qū)域(分水嶺分布)。這種損傷模式對(duì)于HIE患兒的危害較輕，多見(jiàn)于輕度HIE的患兒。當(dāng)發(fā)生急性全面性的窒息時(shí)，腦部血流可能完全阻斷，血流灌注明顯不足，易損傷如基底節(jié)、丘腦等大腦深部灰質(zhì)核團(tuán)的區(qū)域，此種損傷模式常發(fā)生于重度的患兒。

圖1 女，胎齡39周，4d，足月正常新生兒。a) 橫軸面T1WI； b) 橫軸面T2WI； c) 橫軸面DWI示腦實(shí)質(zhì)均未見(jiàn)明顯異常信號(hào)； d) FA彩色編碼張量圖示白質(zhì)纖維束走行自然、清晰，未見(jiàn)明顯異常。 圖2 男，胎齡38周，7d，輕度HIE。a) 橫軸面T1WI示左側(cè)顳葉皮層線條狀高信號(hào)影； b) 橫軸面T2WI序列圖，示左側(cè)顳葉皮層線條狀稍低信號(hào)； c) 橫軸面DWI示左側(cè)顳葉皮層線條狀高信號(hào)影； d) 彩色編碼張量圖示纖維束走行自然，內(nèi)囊后肢及胼胝體壓部FA值較對(duì)照組降低。

2.DTI技術(shù)及FA值對(duì)HIE的早期診斷價(jià)值

人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，由于受到不同組織結(jié)構(gòu)的影響，水分子在每個(gè)方向的擴(kuò)散不一樣[7]，即為各向異性擴(kuò)散，在相同的介質(zhì)中，水分子的擴(kuò)散是相向的，即為各向同性擴(kuò)散。腦白質(zhì)纖維束間的水分子擴(kuò)散方式為前者。腦白質(zhì)神經(jīng)纖維束排列較為緊密，水分子沿著平行纖維束方向的擴(kuò)散要快于垂直方向。DTI技術(shù)是以這一特征為基礎(chǔ)，檢測(cè)人體大腦內(nèi)部的細(xì)微變化，觀察白質(zhì)纖維束的整體情況[8]，也可以評(píng)估其發(fā)育情況。參數(shù)FA值反應(yīng)的是水分子擴(kuò)散的各向異性。相關(guān)研究指出，DWI的參數(shù)ADC值對(duì)亞急性時(shí)期的HIE患兒的診斷會(huì)出現(xiàn)“假正常化”[9]，敏感度及特異度降低，而FA值是降低的，因此不會(huì)出現(xiàn)"假正?；?現(xiàn)象。而常規(guī)的MRI檢查盡管能夠檢出亞急性期HIE患兒顱內(nèi)異常信號(hào)，但是其對(duì)輕中度HIE患兒內(nèi)囊后肢及胼胝體的診斷特異性明顯低于FA值。FA值參數(shù)的特點(diǎn)，可早期發(fā)現(xiàn)缺氧缺血引起的軸索髓鞘的損傷，這種優(yōu)勢(shì)是表觀擴(kuò)散系數(shù)值和常規(guī)磁共振序列達(dá)不到的[10]。

本研究中正常對(duì)照組與病例組的FA值在胼胝體、內(nèi)囊、額葉白質(zhì)及豆?fàn)詈说腇A值是逐漸降低的，這種征象符合了髓鞘發(fā)育從中心到外周，從背側(cè)到腹側(cè)，從尾端到頭端的特點(diǎn)。Shimony等[11]學(xué)者也證實(shí)了這一點(diǎn)，聯(lián)合纖維(胼胝體)、投射纖維(內(nèi)囊)的各向異性是逐漸降低的，而且腦白質(zhì)的各向異性分?jǐn)?shù)明顯高于腦部灰質(zhì)。在本研究結(jié)果中顯示，除豆?fàn)詈送?，各興趣區(qū)的FA值在病例組較正常對(duì)照組低，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明了缺氧缺血破壞了白質(zhì)纖維束的完整性，導(dǎo)致FA值的降低，這與國(guó)外相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[12]相似。而在病例組間兩兩比較的結(jié)果中，重度組各興趣區(qū)(豆?fàn)詈顺?較輕度組與中度組的FA值低，表明隨著HIE患兒病情程度的加重，F(xiàn)A值是有逐漸降低的趨勢(shì)。左克揚(yáng)等[13]學(xué)者的研究也證實(shí)了這一點(diǎn)，認(rèn)為FA值降低程度同HIE患兒的病情輕重呈正相關(guān)，可客觀反映HIE的輕重程度，量化評(píng)估患兒的病情。FA值的大小同腦白質(zhì)纖維束的方向性和完整性關(guān)系密切，白質(zhì)纖維束髓鞘化越完善，F(xiàn)A值越高，因此FA值的降低反映了腦白質(zhì)纖維束的受損，受損程度越重，F(xiàn)A值降低越明顯。本研究中，豆?fàn)詈薋A值在病例組與對(duì)照組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這是由于豆?fàn)詈藢儆诨屹|(zhì)核團(tuán)，主要由神經(jīng)元構(gòu)成，白質(zhì)纖維含量少，擴(kuò)散呈各向同性特征，因此豆?fàn)詈说腇A值可無(wú)明顯變化，有學(xué)者研究[14]也得到相似的結(jié)論，因此FA值評(píng)價(jià)腦內(nèi)灰質(zhì)核團(tuán)意義不大。本研究還顯示，通過(guò)測(cè)得各興趣區(qū)的FA值的AUC，來(lái)確定對(duì)HIE診斷的準(zhǔn)確度有些局限，所測(cè)得的敏感度最高為80%，其余均較低，此與國(guó)內(nèi)部分學(xué)者的研究[15]是一致的，說(shuō)明不能僅通過(guò)FA值的降低來(lái)診斷HIE，因?yàn)閷?dǎo)致FA值減低的因素很多，而且FA值的降低反應(yīng)的是腦白質(zhì)的損傷情況。當(dāng)然，通常認(rèn)為，ROC的AUC越大，診斷效能就越高。本研究結(jié)果顯示，內(nèi)囊后肢的AUC最大，在各興趣區(qū)的診斷效能最佳。

圖3 女，胎齡39周，5d，中度HIE。a) 橫軸面T1WI示左側(cè)額葉局部皮層下、右側(cè)側(cè)腦室旁白質(zhì)及左側(cè)頂葉白質(zhì)可見(jiàn)多發(fā)小片狀稍高信號(hào)影； b) 橫軸面T2WI示病變呈稍低信號(hào)； c) 橫軸面DWI示病變呈明顯高信號(hào)； d) 彩色編碼張量圖示胼胝體壓部纖維束顏色明顯變淡，除外豆?fàn)詈恕?nèi)囊后肢及胼胝體膝部的余興趣區(qū)FA值均降低。 圖4 女，胎齡39周，14d，重度HIE。a) 橫軸面T1WI示雙側(cè)基底節(jié)區(qū)、雙側(cè)丘腦對(duì)稱性片狀高信號(hào)灶，示病變呈低信號(hào)； b) 橫軸面T2WI序列圖，示病變呈稍低信號(hào)； c) 橫軸面DWI示上述病變呈稍高信號(hào)； d) 彩色編碼張量圖示腦內(nèi)白質(zhì)纖維束顏色混雜，胼胝體膝部、壓部顏色明顯變淡，內(nèi)囊前肢、胼胝體膝部邊緣不光整，除外豆?fàn)詈?，余興趣區(qū)FA值顯著下降。

圖5 各興趣區(qū)FA值的ROC曲線。

由上所述，同常規(guī)MRI序列相比，DTI能夠早期、定量、客觀地評(píng)價(jià)足月HIE患兒腦損傷的情況，在足月HIE的早期診斷中發(fā)揮重要的作用。FA值能定量評(píng)價(jià)HIE患兒的腦白質(zhì)損傷情況，可為臨床提供較為準(zhǔn)確的腦白質(zhì)損傷情況，指導(dǎo)臨床制定合理的治療措施。