磁共振成像表觀擴散系數(shù)變化對新生兒化膿性腦膜炎腦損傷縱向評估

陳 斌 吳菲瀟 曹 云 喬中偉

新生兒化膿性腦膜炎是導致新生兒嚴重腦損傷的重要致病因素。本研究團隊前期研究發(fā)現(xiàn)，新生兒化膿性腦膜炎嚴重并發(fā)癥包括腦梗死、腦膿腫、腦積水、散在或彌漫性腦白質(zhì)病灶、硬膜下積膿等，其中近1/3患兒MR形態(tài)學未發(fā)現(xiàn)明顯異常[1]，易被臨床輕視。MR 彌散加權(quán)成像(DWI)是一種可以定量分析腦組織微觀病變的檢查方法，通過表觀彌散系數(shù)(ADC)值量化腦組織的彌散程度。新生兒腦組織ADC值較高，隨著腦發(fā)育，特別是髓鞘化形成，ADC值逐步下降。新生兒腦病可以出現(xiàn)腦細胞水腫，MR DWI顯示新生兒缺氧缺血性腦病(HIE)、腦炎、腦梗死等疾病早期急性腦損傷病灶，表現(xiàn)為ADC值下降；隨著疾病變化，病變區(qū)ADC與周圍正常腦組織相比呈等信號(DWI假正常化)；進一步隨訪可出現(xiàn)病變區(qū)腦組織ADC值較正常區(qū)域增高，代表局部腦組織破壞，或新生兒髓鞘化進程延遲[2-7]。既往文獻報道[8]化膿性腦膜炎在腦室周圍白質(zhì)ADC值減小，且在病程1個月左右ADC值恢復至正常水平。

本研究通過回顧性總結(jié)新生兒化膿性腦膜炎在發(fā)病后不同病程階段的頭顱MR，分析不同顱腦并發(fā)癥下無顯著病變的腦組織ADC值隨病程的變化規(guī)律，并探討髓鞘化過程在疾病中的作用。

1 方法

1.1 研究設計 病例對照研究。以新生兒化膿性腦膜炎患兒并行MR檢查為病例組，以正常健康兒童并行MR檢查為對照組，分析對照組和病例組不同顱腦并發(fā)癥下腦組織ADC值4個月的縱向變化趨勢。

1.2 病例組納入和排除標準 ①2014至2018年復旦大學附屬兒科醫(yī)院(我院)HIS系統(tǒng)病歷首頁診斷為新生兒化膿性腦膜炎[9](排除早產(chǎn)兒)并行頭顱MR檢查的病歷，排除同時伴有先天性TORCH感染、病毒性腦膜炎、神經(jīng)梅毒、結(jié)核性腦膜炎、真菌性腦膜炎、新生兒窒息、HIE和代謝性腦病的病歷；②同時期我院放射醫(yī)學影像管理與傳輸系統(tǒng)中MR報告診斷為新生兒化膿性腦膜炎的報告，排除伴有先天性腦積水、先天性顱腦畸形、顱內(nèi)腫瘤的報告；③對①和②通過住院病歷號去重。

1.3 對照組納入標準 ①與病例組同時期在我院因生理性黃疸、紅細胞增多癥、意外吸入異物致肺部感染行常規(guī)MR檢查的兒童；②臨床檢查未發(fā)現(xiàn)任何其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病史及相關(guān)體征；③常規(guī)頭顱MR未觀察到異常病變。

1.4 MR檢查

1.4.1 MR檢查方法 ①MR設備為德國西門子Avanto 1.5T。②常規(guī)序列包括軸位TSE T2加權(quán)成像、軸位SE/FLASH T1加權(quán)成像、矢狀位SE T1加權(quán)成像、軸位TIRM Dark-Fluid T2加權(quán)成像；軸位DWI采用單次激發(fā)EPI技術(shù)，b值為0和1 000 s·m-2。③MRI檢查前30 min予10%水合氯醛0.5 mL·kg-1口服鎮(zhèn)靜。④進行MR檢查前均獲得家長知情同意。

1.4.2 MR圖像分析 ①在GE AW工作站使用軟件包FuncTool得到ADC圖；②手動放置ROI：額葉皮質(zhì)、頂葉皮質(zhì)、顳葉皮質(zhì)、額葉白質(zhì)、頂葉白質(zhì)、顳葉白質(zhì)、背側(cè)丘腦、豆狀核、內(nèi)囊后肢、胼胝體壓部；③盡量對同一結(jié)構(gòu)的雙側(cè)對稱部位進行測量，ROI范圍為10～15 mm2，避開常規(guī)MR圖像中觀察到的病變區(qū)；④ADC值測量工作由2位放射科醫(yī)師獨立進行。

1.4.3 頭顱MR并發(fā)癥評估 影像科1位醫(yī)生對患兒顱腦并發(fā)癥進行評估，另1位醫(yī)生復核；有分歧時討論后給出一致結(jié)果。評估內(nèi)容包括腦實質(zhì)非囊性信號灶、腦實質(zhì)軟化灶、腦梗死、腦膿腫、腦積水、腦室積膿/出血、顱內(nèi)腦外間隙異常(積血/積膿/出血)。MR顱腦并發(fā)癥評估時，例如1次MR檢查有2個腦實質(zhì)非囊性信號灶計為腦實質(zhì)非囊性信號灶1個。

腦積水診斷標準[10, 11]，符合以下任意1項：①Evan's指數(shù)(雙側(cè)側(cè)腦室軸位最大額角橫徑/雙頂徑)>0.3，②雙側(cè)側(cè)腦室軸位最大額角橫徑>45 mm，③第三腦室寬度>6 mm，④第四腦室寬度>12 mm。

1.5 亞組考慮

1.5.1 依據(jù)大腦髓鞘化程度 根據(jù)新生兒大腦髓鞘化進程及生長發(fā)育特征，將檢查日齡分為0～14 d、～28 d、～60 d、～120 d。

1.5.2 根據(jù)是否存在腦實質(zhì)損傷灶和腦積水 病例1組：無腦實質(zhì)損傷灶和腦積水；病例2組：有腦實質(zhì)損傷灶，無腦積水；病例3組：有腦積水、無腦實質(zhì)損傷灶；病例4組：有腦實質(zhì)損傷灶和腦積水。

1.5.3 根據(jù)MR檢查時的腦膜炎病程 本文腦膜炎病程指發(fā)病至頭顱MR檢查的間隔時間，發(fā)病時間以病史記錄為準，如不能從病史中獲得明確的發(fā)病時間，以距腰椎穿刺陽性結(jié)果最近的相關(guān)癥狀出現(xiàn)時間為發(fā)病時間。分為病程A組(0～7 d)、病程B組(～30 d)、病程C組(～60 d)、病程D組(～120 d)。在病程A組根據(jù)MR檢查日齡0～14 d和～28 d分為病程A1組和病程A2組，在病程B組根據(jù)MR檢查日齡～28 d和～60 d分為病程B1組和病程B2組。

1.5.4 對照組 病程A2組、病程B1組的日齡均為～28 d，病程B2組和病程C組的日齡均為～60 d，相同日齡匹配一個對照組，故病程A1組、病程A2組或病程B1組、病程B2組或病程C組、病程D組中，每組匹配20例(對照組與病例組性別相同，日齡相近)，共80例。

1.6 資料收集 病例組患兒和對照組兒童的性別、胎齡、出生體重；病例組病原學培養(yǎng)結(jié)果，腦脊液檢查結(jié)果等；病例組MR檢查次數(shù)，每次MR檢查腦實質(zhì)損傷灶和腦積水判斷結(jié)局，每次MR檢查的ADC值；對照組MR檢查的 ADC值。

1.7 統(tǒng)計學分析 對2名放射科醫(yī)生獲取的ADC值行組間相關(guān)系數(shù)(ICC)計算，對相同部位附近感興趣區(qū)ADC值取平均值。對各病程下(相同日齡)對照組、病例1～4組的ADC值進行比較，對相同病程、不同日齡的病例組ADC值進行比較。對計量資料行Shapiro-Wilk正態(tài)性檢驗，符合正態(tài)分布的2組連續(xù)變量行t檢驗，>2組連續(xù)變量行方差檢驗，以xˉ±s描述；不符合正態(tài)分布的連續(xù)變量組間行非參數(shù)檢驗，以中位數(shù)(四分位數(shù)間距)描述。兩組間計數(shù)資料比較采用卡方檢驗，以n(%)描述。

2 結(jié)果

2.1 一般情況 符合本文病例組納入和排除標準的新生兒化膿性腦膜炎173例，男96例(55.2%)，女77例，胎齡39.3(37.0～41.7)周，出生體重3.4(2.5～4.2)kg。符合本文對照組納入標準80例，男48例(60%)，女32例；胎齡39(37.0～41.9)周，出生體重3.4(2.6 ～4.2)kg。

173例新生兒化膿性腦膜炎，病原學培養(yǎng)陽性69例(40.2%)，其中腦脊液培養(yǎng)陽性39例，血培養(yǎng)陽性48例，兩者均陽性18例；大腸埃希菌27例(38.6%)、無乳鏈球菌23例(32.9%)。104例為臨床確診的新生兒化膿性腦膜炎。

2.2 MR檢查例次 病例組MR檢查302例次，1次87例、2次55例、3次20例、4次10例、5次1例。腦積水72例次，腦實質(zhì)損傷灶70例次(其中腦實質(zhì)非囊性信號灶64例次、腦實質(zhì)軟化灶43例次、腦梗死4例次、腦膿腫3例次)，腦室積膿/出血57例次，顱內(nèi)腦外間隙異常(積液/積膿/出血)121例次；其中，11例患兒(含34例次MR)多次隨訪的MR經(jīng)顱腦并發(fā)癥評估后被歸入不同的病例組，本文旨在分析相同MR評估結(jié)果下髓鞘化進程在不同病例組的ADC值，故在分析不同病例組ADC值時，上述1,1例患兒數(shù)據(jù)不納入計算，162例(268例次MR)進入后續(xù)分析。圖1為病例組162例患兒的268例次MR檢查病程日齡散點圖，新生兒化膿性腦膜炎病程0～109 d，日齡2～120 d，4個紅色矩形區(qū)域從左往右分別為病程A1組、病程B1組、病程C組、病程D組，病程A1組和病程B1組正上方的綠色矩形區(qū)域分別為病程A2組、病程B2組，詳細MR檢查次數(shù)見表1；需要說明的是，病程A2組正上方(9例，MR檢查9次)、病程B1組正下方(9例，MR檢查9次)、病程C組正上方(8例，MR檢查9次) 不納入本文分析。

表1顯示，基于241例次MR檢查在不同病例組和不同病程的分布狀況，鑒于病例4組MR檢查11次，故不再行不同病程和檢查日齡的分層分析。

圖1 病例組病程120 d內(nèi)MR檢查的病程-日齡散點圖

表1 病例1～4組MR檢查例數(shù)和例次[例次(例)]

2.3 ADC值測量一致性檢驗 我院2名放射科醫(yī)生分別行MR的ADC測量，一致性檢驗ICC均>0.8，選取測量結(jié)果的平均值。

2.4 各病程中(相同日齡下)病例組和對照組ADC值比較 表2顯示，隨著日齡的增加，ADC值呈下降趨勢。除外胼胝體壓部，在病程～60 d的病例3組ADC值明顯低于對照組，差異有統(tǒng)計學意義。大腦皮質(zhì)、內(nèi)囊后肢和胼胝體壓部在不同病程中，病例1～3組和對照組ADC值差異均無統(tǒng)計學意義。額葉白質(zhì)、頂葉白質(zhì)、顳葉白質(zhì)在病程～60 d，病例2、3組ADC值明顯低于對照組，病例3組及部分病程中的病例2組ADC值明顯低于病例1組。額葉白質(zhì)、頂葉白質(zhì)、顳葉白質(zhì)在病程～120 d，病例2、3組和對照組ADC值差異無統(tǒng)計學意義，病例1組ADC值明顯高于對照組。背側(cè)丘腦、豆狀核在病程～30 d，病例1～3組ADC值明顯低于對照組；除外豆狀核，病程A1組病例1組和對照組ADC值差異無統(tǒng)計學意義。背側(cè)丘腦、豆狀核在病程～120 d，病例1～3組和對照組ADC值差異均無統(tǒng)計學意義。

圖2顯示，皮層下白質(zhì)(額葉白質(zhì)、頂葉白質(zhì)、顳葉白質(zhì))在病程0～7 d、～30 d和～60 d，病例2、3組與病例1組和對照組ADC值比較差異均有統(tǒng)計學意義。深部灰質(zhì)(背側(cè)丘腦和豆狀核)在病程0～7 d和～30 d，病例1～3組與對照組ADC值比較差異均有統(tǒng)計學意義。

2.5 相同病程、不同日齡下病例組ADC值比較 表3顯示，對照組皮質(zhì)、白質(zhì)、深部灰質(zhì)、內(nèi)囊后肢和胼胝體壓部ADC值，病例1組皮質(zhì)、白質(zhì)、豆狀核、內(nèi)囊后肢和胼胝體壓部ADC值，病例2組額葉皮質(zhì)、顳葉白質(zhì)ADC值，病例3組背側(cè)丘腦、內(nèi)囊后肢ADC值，均病程A1組>病程A2組，差異均有統(tǒng)計學意義；表4顯示，對照組頂葉皮質(zhì)、顳葉皮質(zhì)、白質(zhì)、深部灰質(zhì)、內(nèi)囊后肢ADC值，病例1組頂葉皮質(zhì)、顳葉皮質(zhì)、白質(zhì)、豆狀核、內(nèi)囊后肢ADC值，病例2組顳葉皮質(zhì)、顳葉白質(zhì)、胼胝體壓部ADC值，均病程B1組>病程B2組，差異均有統(tǒng)計學意義。

表2 病例組不同病程和/或日齡與相應對照組在腦組織不同分區(qū)ADC值比較(×10-6 mm2·s-1)

表3 對照組與病例組病程A組的不同日齡(0～14 d vs ～28 d)ADC值比較(×10-6 mm2·s-1)

3 討論

本研究按照顱腦病變對腦內(nèi)ADC值的影響程度不同[12-14]，對新生兒化膿性腦膜炎進行分組，分析了不同病程腦組織ADC值變化。新生兒化膿性腦膜炎常規(guī)MR圖像上的正常腦結(jié)構(gòu)區(qū)域中，病例2和3組在病程2個月內(nèi)大腦白質(zhì)ADC值低于正常對照，差異有統(tǒng)計學意義，病例1組與正常對照組差異無統(tǒng)計學意義；在病程第3～4個月與正常對照組差異無統(tǒng)計學意義，病例1組與正常對照組差異有統(tǒng)計學意義。病例1～3組在病程1個月內(nèi)大腦深部灰質(zhì)核團(基底節(jié)和丘腦)ADC值低于正常對照，差異有統(tǒng)計學意義，在病程第2～4個月時ADC值與正常對照組，差異無統(tǒng)計學意義。

在新生兒化膿性腦膜炎腦組織正常區(qū)域，大腦白質(zhì)和深部灰質(zhì)核團ADC值出現(xiàn)不同的變化模式，首先和腦發(fā)育有關(guān)。正常新生兒腦發(fā)育過程中，伴隨著髓鞘化進程，腦組織的ADC值呈持續(xù)性下降。由于髓鞘化主要發(fā)生在大腦白質(zhì)神經(jīng)纖維，因此ADC隨發(fā)育年齡逐漸下降的趨勢在大腦白質(zhì)更為顯著。本研究結(jié)果顯示，不論是對照組或病例1～3組，在4個月觀察期內(nèi)，大腦白質(zhì)ADC值均呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，符合新生兒大腦白質(zhì)髓鞘化在出生后快速進展的發(fā)育特征[15, 16]。但是同時也發(fā)現(xiàn)，病例1組在病程第61～120 d，大腦白質(zhì)ADC值出現(xiàn)了高于對照組的結(jié)果，考慮與新生兒化膿性腦膜炎引起大腦白質(zhì)髓鞘化進程受阻有關(guān)，導致了ADC增高現(xiàn)象。然而，該現(xiàn)象并沒有在深部白質(zhì)中出現(xiàn)，考慮與腦髓鞘化順序有關(guān)，深部白質(zhì)(內(nèi)囊后肢、胼胝體壓部)在出生前已經(jīng)進行部分的髓鞘化[17]，而頂葉白質(zhì)髓鞘化發(fā)生時間也早于額葉白質(zhì)、顳葉白質(zhì)[18, 19]，所以對腦膜炎損傷的易感性相對較低。病例2～3組在病程2個月內(nèi)大腦白質(zhì)ADC值低于正常對照組，考慮是腦損傷導致ADC值降低[20, 21]；在病程3～4個月時，ADC值與正常對照之間無顯著差異，可能是一種假正?；憩F(xiàn)。在腦組織損傷后的修復過程中，組織水腫減輕，少突膠質(zhì)細胞增生，組織結(jié)構(gòu)重塑[4, 22, 23]，表現(xiàn)為ADC值正常、稍高(髓鞘化延遲和膠質(zhì)細胞增生)或明顯升高(代表腦軟化)。

大腦深部核團(基底節(jié)和丘腦)的ADC變化規(guī)律與大腦白質(zhì)不同，取決于腦發(fā)育和損傷的機制不同。大腦深部核團以腦灰質(zhì)結(jié)構(gòu)為主，包含了皮質(zhì)脊髓束等腦白質(zhì)纖維束。由于該結(jié)構(gòu)腦灰質(zhì)的容量遠遠高于白質(zhì)纖維，因此出生后ADC值本就低于大腦白質(zhì)。本文結(jié)果顯示對照組在出生2周內(nèi)ADC值 [(1 065 ±30)×10-6mm2·s-1]，遠小于同期對照組大腦白質(zhì)ADC 值[1 503(69)×10-6mm2·s-1]，與文獻報道大致相仿[15, 16, 24]。如前所述，出生后大腦白質(zhì)神經(jīng)纖維束髓鞘化進展，大腦白質(zhì)ADC快速下降，本文對照組數(shù)據(jù)顯示大腦白質(zhì)ADC平均值從出生后的1 503下降到第3～4個月齡時的1 139，下降約24.2%。而對照組深部灰質(zhì)核團ADC隨著年齡增大也出現(xiàn)了下降趨勢，但是這種趨勢遠小于大腦白質(zhì)，從出生后的1 065下降到第3～4個月齡時的907，下降約14.8%。相比對照組，病例組的深部灰質(zhì)核團在病程0～30 d ADC值出現(xiàn)了明顯降低，可能的機制是疾病導致了供應深部灰質(zhì)核團的微小動脈發(fā)生了供血障礙，深部灰質(zhì)核團出現(xiàn)了腦細胞腫脹，導致ADC值下降。這一點和HIE導致的深部灰質(zhì)核團[TBG(丘腦基底節(jié))類型]損傷機制相仿[25, 26]。比較有意思的是，病例1～3組之間深部灰質(zhì)核團ADC值的差異無統(tǒng)計學意義，說明不管是腦實質(zhì)損傷灶、腦積水或者是其他對腦內(nèi)水分子擴散影響不明顯的并發(fā)癥，患兒常規(guī)MR大體結(jié)構(gòu)正常的深部灰質(zhì)核團發(fā)生的損傷改變是類似的。隨著病程的進展，發(fā)現(xiàn)大腦深部灰質(zhì)核團ADC值與正常對照差異有統(tǒng)計學意義。根據(jù)HIE損傷后ADC值出現(xiàn)假正?；瘷C制，這種情況可能是少突膠質(zhì)細胞增生和腦組織修復的過程?？梢酝茰y，隨著時間推移，ADC值可能表現(xiàn)為等信號或高信號，其病理基礎是神經(jīng)膠質(zhì)增生、神經(jīng)元丟失和皮質(zhì)脊髓束脫髓鞘，臨床上常表現(xiàn)為TBG損傷后運動功能障礙[27]。

本研究聚焦在對常規(guī)MR上無顯著異常的腦組織行ADC值變化的定量分析，是本研究團隊前期研究[1]的進一步推進。之前研究發(fā)現(xiàn)，新生兒腦膜炎腦損傷主要出現(xiàn)大腦灰質(zhì)損傷、大腦白質(zhì)損傷和非腦實質(zhì)損傷等并發(fā)癥，小腦和腦干損傷比較少見。對腦損傷灶進行了半定量分析，統(tǒng)計分析早產(chǎn)兒和足月兒之間的腦損傷差異，以及對新生兒出院結(jié)局的影響，發(fā)現(xiàn)早產(chǎn)兒腦白質(zhì)損傷評分高，預示早產(chǎn)兒出院結(jié)局不良；而足月兒腦白質(zhì)損傷評分低，與出院結(jié)局不良預后無顯著相關(guān)性，認為早產(chǎn)兒腦白質(zhì)對腦膜炎損傷易感性高，可能是因為早產(chǎn)兒腦成熟度不夠，白質(zhì)纖維束髓鞘化不完善。在本文中，通過對比具有相同病程、不同日齡患兒ADC值可以發(fā)現(xiàn)，正常對照新生兒因日齡不同(髓鞘化程度不同)而存在的ADC值差異，如文中ADC值(日齡0～14 d)>ADC值(日齡～28 d)>ADC值(日齡～60 d)，在腦膜炎患兒中，ADC值差異在縮小，在發(fā)病日齡越小的患兒中ADC值降低越明顯(尤其是病例2和3組)，進一步在足月患兒中證明了髓鞘化程度與腦組織易損性的關(guān)系。另外，定量的ADC研究進一步證實了新生兒化膿性腦膜炎不但是早期就影響到白質(zhì)纖維束(ADC值下降)，在隨訪3～4個月后，也發(fā)現(xiàn)了ADC值異常(病例1組發(fā)現(xiàn)了ADC值增高)，極大可能是影響了白質(zhì)髓鞘化的進程。

本研究不足之處：①隨訪時間120 d，未追蹤到腦損傷和/或腦積水的最終臨床結(jié)局。②未對大體損傷進行半定量評分下行ADC值變化規(guī)律研究，而是基于常規(guī)MR大體上沒有發(fā)現(xiàn)病變的腦組織，MR DWI定量ADC值可能會提供有參考價值的信息，對于常規(guī)MR沒有發(fā)現(xiàn)顯著病灶的新生兒腦膜炎患兒，在出院后隨訪中，需要重視ADC值量化MR檢查對評價腦損傷的潛在價值。