趙　博，張雪寧，劉輝佳，李桂來，陳　莉

(天津醫(yī)科大學第二醫(yī)院放射科，天津 300211)

彌散加權成像在新生兒缺氧缺血性腦病中的應用研究

趙博，張雪寧※，劉輝佳，李桂來，陳莉

(天津醫(yī)科大學第二醫(yī)院放射科，天津 300211)

摘要：目的應用彌散加權成像(DWI)技術評價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診斷標準將患兒分為輕度HIE組(24例)和中重度HIE組(14例)，另外選取12例無窒息史的足月新生兒作為對照組。對3組受試者均進行常規(guī)磁共振成像(MRI)和DWI檢查，同時測量額頂葉灰、白質(zhì)、放射冠、尾狀核、豆狀核、內(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，基底核丘腦區(qū)病灶2個，出血性病灶1個，小腦及腦干病灶1個。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)、豆狀核、丘腦及內(nèi)囊后肢的ADC值在對照組與輕度HIE組間比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；各感興趣區(qū)的ADC值在對照組與中重度HIE組間比較差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；額葉灰質(zhì)、頂葉灰質(zhì)、放射冠、尾狀核、豆狀核、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)計學意義(P<0.05)。結(jié)論DWI在檢測HIE深部腦白質(zhì)病灶方面較敏感，通過ADC值測定可以對HIE腦損傷程度作出較為客觀的評價。

關鍵詞：新生兒缺氧缺血性腦?。淮殴舱癯上?；彌散加權成像；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。長期以來，臨床普遍采用Apgar評分作為新生兒有無窒息的診斷依據(jù)。但近年來有學者對此提出疑問，因為很多因素都影響Apgar評分。彌散加權成像(diffusion weighed image,DWI)是近年來應用的磁共振功能成像技術之一，它可以敏感地反映腦組織中的水分子彌散狀態(tài)。本研究應用DWI技術對HIE患兒進行了定量研究，現(xiàn)報道如下。

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診斷標準[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例無窒息史的足月新生兒作為對照組，沒有神經(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統(tǒng)計學意義(P>0.05)，具有可比性。

1.2檢查方法采用美國GE Signa 1.5 T MR掃描機，三組受試者均行T1加權成像、T2加權成像和DWI序列檢查。T1加權成像：快速自旋回波(FSE)序列，重復時間(repetition time,TR) 360.0 ms,回波時間(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，激勵次數(shù)2。T2加權成像：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，激勵次數(shù)2，擴散敏感梯度方向3個，b值為1000 s/mm2，掃描時間為24 s。

1.3數(shù)據(jù)采集掃描結(jié)束后，對所有受試者的MRI資料按照部位、信號改變情況進行分類統(tǒng)計，使用ADW 4.1工作站上的Functool圖像后處理軟件分別測量對稱的9個感興趣區(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，在基底核層面測量尾狀核、豆狀核、內(nèi)囊后肢、丘腦的ADC值。

圖1測量感興趣區(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：示測量尾狀核、豆狀核、內(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，基底核丘腦區(qū)病灶2個，出血性病灶1個，小腦及腦干病灶1個。額葉灰質(zhì)、額葉白質(zhì)、頂葉灰質(zhì)、頂葉白質(zhì)、豆狀核、內(nèi)囊后肢及丘腦的ADC值在輕度HIE組與對照組間比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；各感興趣區(qū)的ADC值在對照組與中重度HIE組間比較差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；中重度HIE組額葉灰質(zhì)、頂葉灰質(zhì)、放射冠、尾狀核、豆狀核、內(nèi)囊后肢及丘腦的ADC值均低于輕度HIE組，比較差異有統(tǒng)計學意義(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值比較差異無統(tǒng)計學意義(P<0.05)。見表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，它是由一系列復雜的病理生理及生化改變所引起的[3-4]，是國內(nèi)外新生兒急救醫(yī)學研究的熱點之一。病變產(chǎn)生的部位、嚴重程度與兩方面的因素有關：①缺氧缺血所持續(xù)的時間；②腦內(nèi)代謝物質(zhì)水平的變化情況。MRI由于對中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變的敏感性，對新生兒HIE的診斷得到越來越多的重視，其中最重要的是DWI技術。研究表明，與常規(guī)MRI比較，DWI能更早地反映腦細胞缺氧缺血改變，應用該技術可以在HIE發(fā)病數(shù)小時內(nèi)早期發(fā)現(xiàn)病變[5-6],同時可以作出早期準確診斷，并指導臨床治療。

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)放射冠尾狀核豆狀核內(nèi)囊后肢丘腦對照組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病因及病理生理機制HIE是圍生期新生兒窒息后引起的最常見和嚴重的并發(fā)癥，90%發(fā)生在出生前和出生時，其中出生前因素約占20%、出生時因素約占70%，出生后因素約占10%[1]。

圍生期缺氧缺血性腦損傷的發(fā)病機制尚未有明確的定論，目前被廣泛接受的觀點是其發(fā)病是一個多因素參與的過程。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)供應的能量明顯減少；當出現(xiàn)這種情況時，大腦為了維持能量供應而被迫采用糖的無氧酵解來供能，糖酵解過程雖然可以供能，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的堆積影響了細胞膜的正常通透性，造成離子在細胞內(nèi)外轉(zhuǎn)運失調(diào)，細胞膜上的離子泵供能障礙，Na+進入細胞內(nèi)，引起細胞內(nèi)水分增多，細胞腫脹，細胞外間隙變窄導致細胞損害和細胞毒性水腫。缺氧還會造成腦血管內(nèi)皮細胞受損腫脹，腦內(nèi)微小血管阻塞，引起腦血流動力學改變，微循環(huán)障礙，進一步加重了腦細胞的缺血缺氧。同時，腦水腫還造成顱內(nèi)壓的增高，引起腦靜脈回流受阻，造成腦血流灌流進一步減少，這也進一步加重了缺血缺氧，形成惡性循環(huán)。在缺氧時，腦組織的能量供應主要依靠糖的無氧酵解途徑，但無氧酵解的產(chǎn)物乳酸會造成腦組織酸中毒。由于堆積的乳酸清除減少和組織內(nèi)緩沖減少，缺血時較缺氧時腦內(nèi)酸中毒更嚴重。另外，缺氧、缺血/再灌注過程中可產(chǎn)生大量自由基，而當缺氧發(fā)生時，體內(nèi)清除自由基的超氧化物歧化酶活性降低，使自由基在細胞內(nèi)蓄積，這些過多的自由基可以對神經(jīng)細胞結(jié)構造成破壞并影響其功能。此外，當血腦屏障被氧自由基破壞后，還可以造成一系列的反應，如血管源性腦水腫，腦水腫的出現(xiàn)進一步加重腦的損傷。當出現(xiàn)新生兒腦缺氧缺血時，腦內(nèi)的一些有害代謝產(chǎn)物，如天冬氨酸、谷氨酸也會大量釋放，這些物質(zhì)能與神經(jīng)細胞膜上的氨基酸受體結(jié)合，引起細胞膜電位的改變，使細胞膜離子通道開放，造成大量Na+、Ca2+內(nèi)流，引起神經(jīng)細胞的興奮毒性反應，導致神經(jīng)元變性、壞死。

新生兒HIE損傷的部位與患兒腦發(fā)育狀況和出生時的胎齡密切相關。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，這些代謝旺盛區(qū)域?qū)θ毖跞毖沧蠲舾?當出現(xiàn)缺血缺氧時也容易引起細胞壞死[6]。而且大腦前、中、后動脈供應區(qū)之間存在一個血管分水嶺區(qū)(即矢狀旁區(qū))，當發(fā)生HIE時，該區(qū)域也易受累[7]。

3.2DWI在HIE診斷中的價值DWI是目前唯一的活體條件下觀察細胞內(nèi)外水分子彌散狀態(tài)的技術，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)細胞出現(xiàn)損害，神經(jīng)纖維束和神經(jīng)元胞體細胞膜上的鈉鉀泵功能出現(xiàn)變化，水分子進入細胞內(nèi)，細胞內(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)構與普通人腦組織結(jié)構不盡相同，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，如果應用DWI技術，由于細胞外水分子在DWI上呈低的背景信號，而缺血區(qū)由于細胞毒性水腫而呈相對高信號，這使病變可以更容易被發(fā)現(xiàn)和識別。

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)、豆狀核、內(nèi)囊后肢及丘腦ADC值較對照組顯著降低，差異有統(tǒng)計學意義。放射冠、尾狀核ADC值在對照組與輕度HIE組間差異無統(tǒng)計學意義，額、頂葉白質(zhì)ADC值在中重度HIE組和輕度HIE組間差異無統(tǒng)計學意義。這可能反映了腦損傷方式的不均勻性。Hunt等[8]報道，內(nèi)囊后肢的ADC值與HIE患兒的存活率密切相關,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預后的客觀指標,內(nèi)囊后肢ADC<0.74 mm2/ms的存活者往往伴有嚴重的神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥。

雖然DWI對HIE較敏感，但其也存在一定的局限性，即ADC值可能存在假性正常化現(xiàn)象。有動物實驗顯示[9]，在早期缺血、缺氧/再灌注損傷的動物模型中，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，時間持續(xù)約5 h。此后，隨著觀察時間的延長ADC值可以出現(xiàn)假性正?；@一時間出現(xiàn)在1~2 d，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因為再灌注損傷引起血腦屏障破壞導致水分在細胞外間隙積聚，使水分子彌散增加致使ADC值升至正常值。對于此現(xiàn)象，在臨床上尚需大樣本資料進行進一步的研究。

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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

中圖分類號：R722

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)10-1860-03