3.0 T MAGIC弛豫時間定量技術(shù)在新生兒急性膽紅素腦病中的應用價值

李艷，張小羽，劉嶺嶺，李鵬，劉世莉，陳志強，2*，張社寧，邱銀萍，楊萍

0 前言

新生兒急性膽紅素腦病（acute bilirubin encephalopathy, ABE）是一種由血清中游離高膽紅素透過血腦屏障進入腦內(nèi)，并導致神經(jīng)細胞中毒變性，從而引起的腦損害疾病[1-2]。雙側(cè)蒼白球?qū)ΨQ性T1WI高信號是當前國內(nèi)外公認的ABE特征性表現(xiàn)[3-9]，但這種高信號受到諸多因素影響，如新生兒本身的髓鞘化、不同檢查設(shè)備、掃描參數(shù)不一致等，甚至高膽紅素血癥患兒也可出現(xiàn)蒼白球T1對稱性高信號，因此這種肉眼觀察的高信號存在主觀差異[10]，在一定程度上導致了假陽性率出現(xiàn)[3]。當前國內(nèi)外關(guān)于膽紅素神經(jīng)毒性的影像學評價多停留在腦灰質(zhì)核團膽紅素的沉積、易損區(qū)代謝物的積累、水分子擴散受限的評價[11-12]，而鮮有對神經(jīng)纖維及白質(zhì)髓鞘細微結(jié)構(gòu)損傷的研究。MAGIC序列是一種多層面激發(fā)、多回波、多飽和延遲的快速自旋回波序列，是一種多模態(tài)定量MRI 技術(shù)，一次成像可生成5個定量弛豫圖譜和10種對比圖，不僅能夠提供常規(guī)影像學診斷所需的圖像，同時可獲得組織最佳的弛豫時間（T1、T2）值及質(zhì)子密度（proton density, PD）值，可作為生物標記物反映組織的微結(jié)構(gòu)改變[13-16]。本研究基于MAGIC弛豫時間定量技術(shù)，測量ABE幾個灰質(zhì)核團及白質(zhì)區(qū)的T1、T2值及PD值，評價該技術(shù)早期定量診斷ABE價值，為臨床早期診治提供客觀影像學支持。

1 材料與方法

1.1 一般資料

本研究遵守《赫爾辛基宣言》，經(jīng)寧夏醫(yī)科大學總醫(yī)院倫理委員會批準（批準文號：KYLL-2021-887），檢查前患兒家長均簽署知情同意書。前瞻性納入我院2020年10月至2022年6月PICU因皮膚黃染收住院高膽紅素血癥患兒103例，32例有明確腦損傷證據(jù)的患兒作為ABE 組，余71 例無明確腦損傷患兒作為高膽組。再選擇同期44例因呼吸、消化、泌尿系統(tǒng)異常就診進行MRI檢查的患兒作為對照組。對照組胎齡、體質(zhì)量、性別與ABE組及高膽組匹配，所有研究對象胎齡在37～42周、體質(zhì)量2496～3965 g，男女比例約為1∶1。

病例組納入標準：（1）ABE組符合如下ABE的診斷標準。①血清總膽紅素（total serum bilirubin,TSB＞220.5 μmol/L），且以間接膽紅素升高為主；②患兒同時伴有腦干聽覺誘發(fā)電位異常和激惹、肌張力增高、角弓反張、嗜睡、拒食、哭聲尖銳、抽搐、雙眼凝視等神經(jīng)系統(tǒng)癥狀中的至少2 項[17]。（2）高膽組TSB＞220.5 μmol/L，但無明顯神經(jīng)系統(tǒng)癥狀；（3）無明確嚴重缺氧、低血糖病史；（4）生后10 d 內(nèi)在我院完成頭顱MRI 檢查，且檢查時間距離TSB 峰值時間一般＜3 d。排除標準：（1）未達到黃疸高峰期（日齡＜3 d）自動出院者；（2）圖像存在偽影、圖像不清晰；（3）黃疸合并嚴重新生兒顱內(nèi)感染，存在缺氧缺血性腦病、遺傳代謝病、先天性腦發(fā)育畸形、嚴重低血糖等。

對照組納入標準：（1）入院48 h內(nèi)因不排除顱腦損傷行頭顱MRI檢查；（2）入院時間為生后10 d內(nèi)。排除標準：（1）臨床資料不完整；（2）圖像存在偽影、不清晰；（3）伴遺傳代謝性疾病、先天性腦發(fā)育畸形等。

1.2 檢查方法

所有患兒在檢查前30 min 左右口服或灌腸10%水合氯醛（0.5 mL/kg）充分鎮(zhèn)靜[8,18],待新生兒入睡后包裹在襁褓中放置在MRI掃描床上，檢查過程中注意新生兒保暖及聽力保護，患兒頭顱位于線圈中心，定位線對準聽眥線，外耳道置隔音棉塞，并用塑性海綿墊固定頭顱，掃描期間家屬與醫(yī)生全程陪同。采用美國GE SIGNA Architect 3.0 T MRI 48 通道頭顱相控陣表面線圈行MAGIC（Magnetic Resonance Image Compilation）掃描。掃描參數(shù)：軸位MAGIC 序列，F(xiàn)OV 20 cm×20 cm，TE 22.9 ms，TR 4431 ms，矩陣320×224，層厚 5 mm，層間距1 mm，激勵次數(shù)1，掃描時間 3 min 40 s。

1.3 ROI選擇及測量

采用GE SIGNA Architect 3.0 T MRI （MAGIC v100.1.1）后處理軟件對原始圖像進行后處理分析生成定量圖譜及對比圖，并在T1 圖像上手動勾畫ROI，如圖1～3，分別測量雙側(cè)蒼白球、殼核、丘腦腹外側(cè)核、內(nèi)囊后肢、內(nèi)囊前肢、大腦腳T1、T2 及PD 值，大小根據(jù)不同解剖位置、形態(tài)調(diào)整（10±2）mm2，每個位置重復測量3次取平均值，以上工作由放射科兩名5年以上主治資質(zhì)醫(yī)生協(xié)商一致完成。

圖1 女，39+4周，6 d，血清膽紅素（TSB）：97 μmol/L，生理性黃疸新生兒（對照組）。1A：T1 雙側(cè)蒼白球?qū)ΨQ性等信號；1B：T2 雙側(cè)蒼白球?qū)ΨQ性等信號；1C：T1 mapping圖，蒼白球輕度藍染；1D：T2 mapping圖，蒼白球輕度藍染。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.

圖2 女，40+1周，3 d，血清膽紅素（TSB）：349 μmol/L，高膽紅素血癥患兒。2A：T1 雙側(cè)蒼白球?qū)ΨQ性稍高信號，邊界欠清晰；2B：T2 雙側(cè)蒼白球?qū)ΨQ性等信號；2C：T1 mapping圖雙側(cè)蒼白球中度藍染；2D：T2 mapping圖雙側(cè)蒼白球中度藍染。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.

圖3 男，39+6周，4 d，血清膽紅素（TSB）：504 μmol/L，急性膽紅素腦病患兒。3A：T1雙側(cè)蒼白球?qū)ΨQ性明顯高信號，蒼白球輪廓、邊界清晰；3B：T2雙側(cè)蒼白球?qū)ΨQ性等信號；3C：T1 mapping圖雙側(cè)蒼白球明顯藍染；3D：T2 mapping圖雙側(cè)蒼白球明顯藍染。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 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 26.0 統(tǒng)計學分析軟件。使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intra-class correlation coefficient,ICC）法檢測數(shù)據(jù)一致性，ICC＞0.75 為一致性高，0.4＜ICC≤0.75 為一致性較好，ICC≤0.4 為一致性差。計量資料行正態(tài)性檢驗及方差齊性檢驗，符合正態(tài)分布時以均數(shù)±標準差（）表示。各組蒼白球、殼核、丘腦腹外側(cè)核、內(nèi)囊后肢、內(nèi)囊前肢、大腦腳T1、T2 及PD 值及TSB 組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用SNK 法。繪制ROC 曲線，比較組間差異有統(tǒng)計學意義的ROI 各參數(shù)的AUC，并計算其最佳臨界值、敏感度、特異度及約登指數(shù)。各ROI 的T1、T2、PD 值與TSB 的相關(guān)性運用Person 相關(guān)性分析。P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 一致性檢驗

兩名觀察者間測量T1、T2 及PD 值的一致性均較好，ICC 分別為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 各組不同ROI定量參數(shù)值（T1、T2、PD）的比較

ABE組、高膽組與對照組各ROI T1、T2、PD值統(tǒng)計結(jié)果見表1～3。蒼白球T1、T2 值在三組間比較差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），在ABE 組最低，高膽組次之，對照組最高（圖1～3）。內(nèi)囊后肢T1、T2值及大腦腳T1 值在三組間差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），ABE最高，高膽組次之，對照組最低。殼核、丘腦腹外側(cè)核、內(nèi)囊前肢T1、T2值在各組間差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。ABE 組、高膽組與對照組各ROI PD 值差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

表1 ABE組、高膽組、對照組各ROI T1值Tab.1 T1 values of each ROI in ABE group, hyperbilirubinemia group and control group

表2 ABE組、高膽組、對照組各ROI T2值Tab.2 T2 values of each ROI in ABE group, hyperbilirubinemia group and control group

表3 ABE組、高膽組、對照組各ROI PD值Tab.3 PD values of each ROI in ABE group, hyperbilirubinemia group and control group

2.3 各定量參數(shù)值（T1、T2、PD）的診斷效能

蒼白球T1、T2 值、內(nèi)囊后肢T1、T2 值及大腦腳T1值診斷膽紅素腦病AUC、最佳臨界值、敏感度、特異度、約登指數(shù)結(jié)果見表4 及圖4。T1 值蒼白球AUC（0.977）最高,且敏感度（95.3%）、特異度（92.0%）也最高，內(nèi)囊后肢、大腦腳次之；而T2 值蒼白球AUC（0.880）、內(nèi)囊后肢AUC（0.857）相近，蒼白球特異度略高（82.1%），內(nèi)囊后肢敏感度略高（79.1%）。

圖4 各參數(shù)診斷新生兒急性膽紅素腦病的ROC 曲線。4A：蒼白球、內(nèi)囊后肢、大腦腳T1值診斷新生兒急性膽紅素腦病的ROC 曲線；4B：蒼白球、內(nèi)囊后肢T2值診斷新生兒急性膽紅素腦病的ROC曲線。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 各定量參數(shù)值（T1、T2、PD）與TSB相關(guān)性分析

ABE組TSB為（484.97±70.19）μmol/L，高膽組TSB為（377.56±47.28）μmol/L，對照組TSB 為（108.97±70.19）μmol/L，TSB 在三組間差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。Person相關(guān)性分析結(jié)果：蒼白球T1值與TSB呈負相關(guān)（r=-0.541,P＜0.05），內(nèi)囊后肢、大腦腳T1 值與TSB呈正相關(guān)（r=0.503、0.384,P均＜0.05)。

3 討論

較高的膽紅素水平及長時間暴露是導致新生兒ABE 的重要因素，如果在膽紅素暴露初期給予適當?shù)母深A，則很大程度上阻斷了從高膽紅素血癥發(fā)展為ABE 的可能，因此及早診斷對臨床治療方案的制訂具有重要意義。本研究采用MAGIC技術(shù)，測量了大腦若干個灰質(zhì)核團及白質(zhì)區(qū)T1 、T2 值及PD 值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)蒼白球T1、T2 值及內(nèi)囊后肢T1、T2 值在組間存在差異；ROC 曲線分析顯示蒼白球與內(nèi)囊后肢T1 值對早期診斷ABE均有較高診斷效能。由此，我們得出高膽紅素神經(jīng)毒性不僅損傷特定的灰質(zhì)神經(jīng)核團，同時還作用于腦白質(zhì)[19-20]，造成腦白質(zhì)纖維髓鞘的破壞、脫失。本研究首次量化證實內(nèi)囊后肢與蒼白球弛豫值對早期診斷ABE有較高的診斷效能，一定程度上拓展了當前膽紅素超選擇性沉積于蒼白球的認知局限，為臨床早期診療提供了較有價值的影像學客觀依據(jù)。

3.1 各組不同ROI定量參數(shù)值（T1、T2、PD）的比較

本研究結(jié)果表明，蒼白球、內(nèi)囊后肢T1、T2 值及大腦腳T1 值在各組間差異有統(tǒng)計學意義，且蒼白球T1、T2 值在ABE 組明顯低于對照組，而內(nèi)囊后肢T1、T2在ABE組明顯高于對照組，蒼白球研究結(jié)果與國內(nèi)一些學者[21-22]研究結(jié)果一致，而關(guān)于內(nèi)囊后肢的研究結(jié)果卻不同于上述學者。筆者推測蒼白球是ABE 患兒高膽紅素超選擇沉積的部位，T1、T2 值減低與膽紅素沉積阻斷了線粒體生物氧化作用[23]，影響其神經(jīng)通路、細胞膜等功能，使鈣顆粒沉積在受損神經(jīng)元內(nèi)[24]，而鈉離子潴留于細胞內(nèi)，造成細胞毒性水腫，胞外間隙狹窄、細胞外液減少關(guān)；此外，蒼白球T1、T2降低的另一種原因還可能與游離膽紅素順磁性效應影響周圍質(zhì)子的進動頻率有關(guān)[25-26]。關(guān)于內(nèi)囊后肢、大腦腳筆者認為其內(nèi)富含髓鞘，是神經(jīng)纖維密集區(qū)，且這些部位在出生時已完成髓鞘化，當一定量的膽紅素沉積于這些部位時，促進了髓鞘堿性蛋白基因的激活，導致髓鞘磷脂的破壞、丟失、髓鞘化破壞，髓鞘本身的滲透性發(fā)生改變，使這些腦區(qū)的細胞外大分子變少，細胞外液增多，最終導致間質(zhì)含水量增加[27]，導致了T1、T2 值升高；而李文和黎星等的研究結(jié)果表明ABE 組內(nèi)囊后肢T1 值明顯低于對照組，他們推測T1 值縮短可能較少地反映了髓鞘化破壞或髓鞘形成不良，而更多的是反映了對神經(jīng)元及神經(jīng)膠質(zhì)細胞的損傷和順磁性物質(zhì)如鐵的積累有關(guān)[25,28]。關(guān)于內(nèi)囊后肢兩種完全不同的研究結(jié)果考慮可能與納入樣本量、納入標準、ROI大小及形狀（因內(nèi)囊后肢相對其他腦區(qū)范圍較局限，受部分容積效應影響大）不同有關(guān)，后期需擴大樣本量并多中心統(tǒng)一病例納入標準、規(guī)范ROI的測量進一步驗證。殼核、丘腦腹外側(cè)核、內(nèi)囊前肢弛豫值及PD值在各組間差異無統(tǒng)計學意義，筆者分析殼核、丘腦腹外側(cè)核位于大腦中心基底節(jié)區(qū)，屬于灰質(zhì)核團，較中央白質(zhì)對外界危險因素有更高的耐受性，而內(nèi)囊前肢在新生兒期尚未髓鞘化，對外界高危因素不敏感，推測可能與髓鞘化成熟階段有關(guān)。

3.2 各定量參數(shù)值（T1、T2、PD）的診斷效能

本研究結(jié)果表明蒼白球、內(nèi)囊后肢、大腦腳T1值對膽紅素所致腦損傷均表現(xiàn)出不同程度的預測效能，平均AUC在0.729～0.977之間。T1值蒼白球AUC（0.953）最高且敏感度（91.7%）、特異度（92.0%）也最高，內(nèi)囊后肢、大腦腳次之；而T2 值蒼白球AUC（0.880）、內(nèi)囊后肢AUC（0.857）相近，蒼白球特異度略高（82.1%），內(nèi)囊后肢敏感度略高（79.1%）。本研究結(jié)果表明高膽紅素不僅對蒼白球有超選擇性損傷[5,29]，同時也對內(nèi)囊后肢及大腦腳這些白質(zhì)纖維束造成不同程度損傷，究其原因可能與皮質(zhì)脊髓束、視輻射及聽輻射下行途徑內(nèi)囊后肢及大腦腳有關(guān)，當遭遇外界損傷因子時其髓鞘化進程易被打破，致髓鞘形成障礙，表現(xiàn)出神經(jīng)系統(tǒng)損傷的表現(xiàn)，這與VANDERHASSELT等[30]的研究結(jié)果相似，圍產(chǎn)期各種高危因素導致新生兒局部白質(zhì)損傷時，其白質(zhì)纖維弛豫時間可延長，且內(nèi)囊后肢預測高危狀態(tài)的準確性最高。

3.3 各定量參數(shù)值（T1、T2、PD）與TSB相關(guān)性分析

本研究蒼白球T1 值與TSB 存在一定的負相關(guān)，而內(nèi)囊后肢及大腦腳T1 值與TSB 存在一定的正相關(guān)。其原因可能為血清總膽紅素水平越高，進入腦內(nèi)的未結(jié)合膽紅素也隨之增多并沿著某特定的神經(jīng)通路沉積，進而影響周圍質(zhì)子的進動頻率，造成通路中相應腦區(qū)的縱向弛豫時間變短，T1 值降低，與李文等[21]、黎星等[22]研究結(jié)果一致；而內(nèi)囊后肢、大腦腳T1值與TSB呈正相關(guān)，原因可能為膽紅素引起神經(jīng)膠質(zhì)細胞受損時，神經(jīng)纖維出現(xiàn)一定程度的髓鞘化不良，使這些腦區(qū)的大分子物質(zhì)減少，而細胞液及游離水分子比例增多，水分子通透性增加，從而導致 T1弛豫時間延長，T1值增加。ABE一般發(fā)生在重度高膽紅素水平（TSB＞342 μmol/L）患兒[9,20]，但本研究有3 例ABE 患兒TSB 均小于342 μmol/L，因此TSB 水平高低并非是ABE腦損傷嚴重程度的唯一條件，它對大腦的神經(jīng)毒性受膽紅素沉積時間、膽紅素與白蛋白結(jié)合能力以及內(nèi)環(huán)境等多種因素影響，需要綜合臨床表現(xiàn)及其他相關(guān)輔助檢查進行評估。

3.4 本研究的局限性與展望

本研究仍存在一些不足之處。（1）膽紅素腦病組樣本量偏小，分組不均，測量結(jié)果可能存在一定局限性，后期研究將繼續(xù)擴大樣本量，對確診ABE患兒再進一步依膽紅素水平細化分層研究，比較不同水平膽紅素ABE患兒大腦各ROI的差異；（2）當前研究主要選擇了位于大腦中心區(qū)域部分ROI測量，后期將展開對全腦的整體分析，尤其是外周白質(zhì)區(qū)，以明確高膽紅素血癥對新生兒大腦的整體影響，在影像學方面為臨床提供更加充足的證據(jù)；（3）弛豫定量分析存在其局限性，后期會同時運用其他技術(shù)手段（如擴散峰度成像、擴散張量成像、擴散加權(quán)成像），多參數(shù)聯(lián)合比較其在量化高膽紅素血癥對新生兒大腦損傷的優(yōu)勢；（4）后續(xù)將對患兒做預后隨訪及加入多中心性研究。

4 結(jié)論

綜上所述，通過測量蒼白球、內(nèi)囊后肢及大腦腳的弛豫值，并分析其與TSB 水平的相關(guān)性，證實了集成MRI 技術(shù)突破了以往傳統(tǒng)的通過肉眼觀察定性是否患有膽紅素腦病的局限性，達到了可定量評估高膽紅素血癥腦損傷的程度，為臨床提供更多有價值的客觀指標和影像學依據(jù)。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。

作者貢獻聲明：陳志強設(shè)計本研究的方案，對稿件的重要內(nèi)容進行了修改，對最終要發(fā)表的論文版本進行了全面的審閱和把關(guān)，獲得了寧夏回族自治區(qū)重點研發(fā)計劃項目及寧夏回族自治區(qū)自然科學基金的資助；李艷獲取、分析或解釋本研究的數(shù)據(jù)，起草和撰寫稿件，獲得寧夏醫(yī)科大學校級課題的基金資助；張小羽、劉嶺嶺、劉世莉、李鵬、邱銀萍、楊萍、張社寧參與圖像數(shù)據(jù)的采集、處理和分析，并對稿件重要內(nèi)容進行了修改；全體作者都同意發(fā)表最后的修改稿，同意對本研究的所有方面負責，確保本研究的準確性和誠信。