徐 慧 鮑 超 朱美嬌 楊 明 王樹杰 孫 鈺 邊傳振

痙攣型雙癱（spastic diplegia，SD）是腦癱中最常見的一類臨床分型，約占腦癱患兒總數(shù)的1/3［1］，其被公認(rèn)的最常見病因是早產(chǎn)兒缺氧缺血或出血性腦損傷［2］，雙下肢痙攣及功能障礙重于雙上肢為其最主要的臨床表現(xiàn)［3］。腦損傷新生患兒的死亡率隨著圍生期醫(yī)學(xué)技術(shù)水平的快速進(jìn)步及新生兒重癥技術(shù)的不斷發(fā)展逐年下降，可是部分患兒卻遺留下各種后遺癥，腦癱是其中最常見的一種神經(jīng)功能障礙。如何采用無創(chuàng)的影像學(xué)方法對(duì)該病所致的大腦運(yùn)動(dòng)功能障礙進(jìn)行客觀、量化評(píng)估是當(dāng)前的熱點(diǎn)。本研究采用表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）直方圖的方法來評(píng)估SD患兒的腦變化，用數(shù)值的方式量化腦損傷并與運(yùn)動(dòng)能力進(jìn)行相關(guān)，擬為SD患兒運(yùn)動(dòng)功能受損的狀態(tài)提供客觀、量化的腦部MRI影像學(xué)依據(jù)，從而更深入理解其發(fā)病機(jī)制。

方 法

1. 研究對(duì)象

選取2017年6月至2019年12月在江蘇省中醫(yī)院針灸康復(fù)科確診為痙攣型雙癱，并在南京醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院診治并經(jīng)MRI掃描儀獲得的31例患兒腦MRI常規(guī)圖像（雙癱組），同時(shí)從我院PACS系統(tǒng)里抽取匹配的顱內(nèi)表現(xiàn)為正常的腦MRI圖像31例（對(duì)照組）。

31例痙攣型雙癱組年齡為（32.87±13.71）個(gè)月，其中男21例，女10例，MRI掃描時(shí)平均體重（13.60±2.97）kg；正常對(duì)照組31例，年齡（32.77±13.64）個(gè)月，其中男15例，女16例，MRI掃描時(shí)平均體重（14.21±3.34）kg，臨床表現(xiàn)為發(fā)熱伴抽搐21例，發(fā)熱伴抽搐及咳嗽6例，發(fā)熱3例，發(fā)熱伴心肌酶譜高1例。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)審核通過后進(jìn)行。

入組標(biāo)準(zhǔn)：雙癱組：①臨床確診的痙攣型雙癱患兒；②無其他（如遺傳性基因異常等）相關(guān)疾病病史；③年齡2～6周歲；④MRI圖像質(zhì)量滿足診斷要求；⑤無MRI掃描禁忌證（如病情嚴(yán)重不能進(jìn)入MRI室掃描）。對(duì)照組：①發(fā)育正常、在我院進(jìn)行頭部MRI檢查，結(jié)果為正常患兒；②無遺傳性疾病等相關(guān)腦病病史；③與SD組患兒相匹配的年齡、性別；④MRI圖像質(zhì)量滿足診斷要求；以上所有受試者家屬均簽署知情同意書。

2. 檢查方法

應(yīng)用Philips Ingenia 3.0 T磁共振成像儀，DS head coil 3.0 T數(shù)字頭顱線圈進(jìn)行數(shù)字采集，頭部?jī)蓚?cè)用海綿墊固定以減少運(yùn)動(dòng)，并佩戴專用耳機(jī)保護(hù)聽力。不能配合檢查的患兒在掃描前口服5%水合氯醛（1 mL/kg），待其熟睡后取仰臥位行頭顱磁共振檢查。掃描序列如下：

（1）軸位液體抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)（FLAIR）序列：層厚5 mm，層間距1 mm，TR 9 000 ms，TE 125 ms，矩陣308×136，F(xiàn)OV 200 mm×160 mm，共20層；

（2）全腦T1WI三維磁化預(yù)快速采集梯度回波(t hree-dimensional magnetization-prepared rapid acquisition gradient echo，3D-MP RAGE）序列：TR 7.9 ms，TE 3.5 ms，翻轉(zhuǎn)角7.8°，F(xiàn)OV 230 mm×178 mm，矩陣232×178，層數(shù)340，層厚1 mm，層間距為-0.5 mm；

（3）軸位T2WI序列：TR 3 000 ms，TE 80 ms，層厚5.0 mm，層間距1 mm，F(xiàn)OV 200 mm×181 mm，共20層；

（4）軸位彌散加權(quán)成像（DWI）序列：TR 3 200 ms，TE 99 ms，翻轉(zhuǎn)角150°，F(xiàn)OV 180 mm×180 mm，層厚4.5 mm，共20層，b值取0和800 s/mm2，ADC圖利用磁共振掃描儀上的標(biāo)準(zhǔn)單指數(shù)擬合自動(dòng)計(jì)算處理生成。

3. 圖像處理

選取最大的雙側(cè)腦室前后角基底節(jié)內(nèi)囊后肢層面單層ADC圖，導(dǎo)入MRIcron軟件（圖1、2），沿腦表面手動(dòng)勾畫該層面去除腦脊液的整體腦區(qū)作為感興趣區(qū)域（ROI）重建直方圖，并用ImgJ軟件獲得10%～95%每間隔5%的各百分比ADC值、ADC均值（ADCmean）、ADC最小值（ADCmin）、ADC峰值（ADCpeak）、偏度、峰度、熵及方差。

4. 量表評(píng)估

采用GESELL量表評(píng)估患兒粗大及精細(xì)運(yùn)動(dòng)功能，分級(jí)依據(jù)發(fā)育商（development quotient，DQ；DQ=實(shí)際發(fā)育水平的年齡/實(shí)際年齡）進(jìn)行，GESELL量表的適用年齡是0～6歲的兒童，除適用于幼兒的發(fā)展水平測(cè)量外，相對(duì)于其他量表還更適用于傷殘兒，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下：正常（0），DQ＞75；輕度（1），55≤DQ≤75；中度（2），40≤DQ≤54；重度（3），25≤DQ≤39；極重度（4），DQ＜25。

為了評(píng)估臨床總體運(yùn)動(dòng)功能水平，對(duì)所有31名SD患兒進(jìn)行了臨床檢查。粗大運(yùn)動(dòng)功能測(cè)量評(píng)分表（GMFM-88）主要用于評(píng)定腦癱患兒隨著時(shí)間或干預(yù)而出現(xiàn)的粗大運(yùn)動(dòng)功能改變，可采用該量表初始評(píng)估SD患兒的功能狀態(tài)，它包括88個(gè)項(xiàng)目和5個(gè)功能區(qū)域（A～E）。A區(qū)是躺和翻身（17項(xiàng)）；B區(qū)是坐位（20項(xiàng)）；C區(qū)是爬和跪（14項(xiàng)）；D區(qū)是站立（13項(xiàng)）；E區(qū)是走跑跳（24項(xiàng)）?？偡质?個(gè)功能區(qū)的得分總和的平均得分。GMFM總分從0到100分。用分值的高低代表功能的好壞，各區(qū)得分及總分的高低與粗大運(yùn)動(dòng)功能分級(jí)呈反比。

5. 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有測(cè)量數(shù)據(jù)都以表格數(shù)據(jù)的形式輸入數(shù)據(jù)庫，采用SPSS 25統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用卡方檢驗(yàn)確定患者性別是否存在差異，再用t檢驗(yàn)分析年齡及MRI掃描時(shí)平均體重是否存在差異。首先找出極端值用平均值代替。然后測(cè)試數(shù)據(jù)的正態(tài)性和均質(zhì)性，2組參數(shù)值是否符合正態(tài)分布采用夏皮洛-威爾克檢驗(yàn)方法分析。通過Mann-WhitneyU檢驗(yàn)測(cè)量不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，用中位數(shù)及四分位數(shù)來表示；應(yīng)用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)方法分析符合正態(tài)分布的2組測(cè)量值，結(jié)果用±s描述；P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。然后運(yùn)用Pearson相關(guān)分析分別計(jì)算SD組有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的直方圖參數(shù)值與粗大運(yùn)動(dòng)分級(jí)、精細(xì)運(yùn)動(dòng)分級(jí)和GMFM5個(gè)功能區(qū)的相關(guān)性，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。最后建立ROC曲線以確定差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)值診斷效能。

結(jié) 果

1.入組雙癱組和對(duì)照組基本人口學(xué)資料

2組臨床資料包括性別、年齡及MRI掃描時(shí)平均體重均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05），結(jié)果詳見表1。

表1 2組基本人口學(xué)資料

2.所有入組SD患兒MRI影像學(xué)表現(xiàn)

所有SD患兒圖像由2名放射科醫(yī)師同時(shí)觀察討論，其中一人為副主任及以上醫(yī)師，如果有不同意見，則進(jìn)行討論并最終得出一致結(jié)果。MRI圖像顯示，12例患兒有側(cè)腦室旁白質(zhì)軟化，其中1例伴有腦穿通畸形，4例側(cè)腦室旁白質(zhì)軟化可能，1例伴有小腦萎縮及發(fā)育不良，9例腦內(nèi)未見明顯異常信號(hào)，4例雙側(cè)腦室明顯擴(kuò)張，1例有多囊性腦軟化伴雙側(cè)腦室增寬。

3.SD患兒及正常對(duì)照組間直方圖參數(shù)值差異對(duì)比

正常組和雙癱組各31人，每人ADC圖均獲得27個(gè)特征參數(shù)值，每組共計(jì)獲得31×27=837個(gè)值中，兩組中分別有11個(gè)和12個(gè)極端值，將極端值用平均值代替后進(jìn)行2組間比較。

2組間80th、85th、90th及95th ADC值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），余各級(jí)別ADC值、ADCmean、ADCpeak及ADCmin未見顯著差異性（P＞0.05）。2組峰度、偏度均為頻數(shù)分布不對(duì)稱的正偏態(tài)分布，但對(duì)照組相對(duì)于SD組峰值分布更陡峭，右邊的尾部更長。2組ADC直方圖偏度、峰度、方差及熵的量化結(jié)果均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。詳見表2。

表2 2組ADC直方圖各參數(shù)值的結(jié)果比較

4.粗大、精細(xì)運(yùn)動(dòng)功能分級(jí)及GMFM-88評(píng)分與SD組ADC參數(shù)值的相關(guān)性分析

SD組有意義直方圖參數(shù)值與粗大運(yùn)動(dòng)分級(jí)、精細(xì)運(yùn)動(dòng)分級(jí)及GMFM中的臥位和翻身評(píng)分均無明顯相關(guān)性（表3）。但是熵與GMFM中的坐位、爬和跪、站立、走跑跳評(píng)分和總分有顯著相關(guān)性，方差及95th ADC與坐位、爬和跪評(píng)分有相關(guān)性，80th ADC、85th ADC和90th ADC與坐位有顯著相關(guān)性（表3）。

表3 ADC直方圖參數(shù)值與運(yùn)動(dòng)功能分級(jí)及GMFM-88中的5個(gè)功能區(qū)評(píng)分相關(guān)性

5. 診斷效能比較

ROC曲線顯示95th ADC值的ROC曲線下面積最大，為0.723，診斷效能最高（表4，圖3）。

表4 不同ADC直方圖參數(shù)的曲線下面積

討 論

目前國際平均腦癱發(fā)病率約為22.11‰［4］，并且隨著圍生醫(yī)學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展及新生兒重癥技術(shù)的開展仍在逐年遞增。痙攣型雙癱在腦癱的分類中最常見，它是由發(fā)育不成熟的大腦非進(jìn)行性腦損傷（包括先天性發(fā)育缺陷或獲得性原因）所致，以椎體系受損為主，主要表現(xiàn)為牽張反射亢進(jìn)，雙下肢痙攣及功能障礙重于雙上肢，常導(dǎo)致患兒運(yùn)動(dòng)障礙和姿勢(shì)異常，因而正常的日常活動(dòng)進(jìn)行困難，造成家庭和社會(huì)的沉重的負(fù)擔(dān)。因此，如何對(duì)腦癱患者進(jìn)行有效、量化、客觀的評(píng)估，判斷腦癱的嚴(yán)重程度及療效觀察是非常重要的課題。

MRI已經(jīng)成為診斷SD兒童的最重要的檢查方法。雖然，常規(guī)MRI可很好地獲得人腦的結(jié)構(gòu)解剖圖像，對(duì)明顯的器質(zhì)性灰白質(zhì)損傷情況有良好的定位和定性作用。但是，無法量化獲得大腦功能區(qū)域的細(xì)微變化，與患兒行為學(xué)改變的內(nèi)在聯(lián)系尚不明確，在當(dāng)前SD兒童的診斷和療效評(píng)價(jià)中價(jià)值有限。當(dāng)前新的MRI技術(shù)如功能MRI技術(shù)彌散張量成像（DTI），在SD患兒的診斷和預(yù)后方面提供了腦組織微結(jié)構(gòu)及功能變化的更多信息［5］。然而，這些圖像所需要的掃描時(shí)間較長、數(shù)據(jù)后處理較復(fù)雜，不能在臨床廣泛推廣應(yīng)用。因此，如何基于常規(guī)MRI圖像進(jìn)行客觀、量化評(píng)估SD患兒更加符合臨床實(shí)際的需要。

隨著影像組學(xué)的快速發(fā)展，采用體素出現(xiàn)頻率的直方圖表示ROI內(nèi)的所有體素的特征值，可快速獲得ROI的分布特征曲線和和相應(yīng)的定量參數(shù)，能量化獲得ROI的更多的信息，在當(dāng)前的臨床實(shí)踐中展示出了相當(dāng)好的臨床應(yīng)用前景。其中的彌散加權(quán)成像（DWI）是一種能夠通過水分子的彌散運(yùn)動(dòng)受限的程度和方向來體現(xiàn)微環(huán)境所在狀態(tài)的成像序列，ADC值能真實(shí)反映水分子做不規(guī)則彌散運(yùn)動(dòng)的范圍和速度，能夠從微觀水平反映患兒腦細(xì)胞排列致密程度及細(xì)胞膜的完整性，在臨床腫瘤與非腫瘤疾病的研究中發(fā)揮了重要的作用。腫瘤研究方面，如：Bao等［6］的研究認(rèn)為ADC的全腫瘤直方圖和正常腦血容量（nCBV）分析對(duì)區(qū)分原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤（PCNSL）和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）客觀而有價(jià)值，可以作為其有意義的診斷方法。非腫瘤研究方面，Wang等［7］對(duì)多發(fā)性硬化（MS）患者新發(fā)白質(zhì)（WM）強(qiáng)化病變（ELs）和非強(qiáng)化病變（NELs）的研究發(fā)現(xiàn)，T2-FLAIR直方圖參數(shù)在NELs與ELs中無顯著性差異，但在ADC直方圖參數(shù)中，ELs（包括最大值和平均值）均顯著高于NELs，且在所有T2-FLAIR直方圖參數(shù)中標(biāo)準(zhǔn)偏差具有最高的診斷效能。對(duì)于有釓禁忌證或有釓腦沉積問題的患者，可考慮將ADC和T2-FLAIR作為評(píng)價(jià)活動(dòng)性MS病變的潛在非增強(qiáng)方法。然而，目前直方圖技術(shù)在兒童的研究中報(bào)道較少，僅見少量應(yīng)用于無灶性腦癱［8］及先天性心臟病患兒腦發(fā)育［9］等研究，在SD患兒的研究中尚未見報(bào)道。

本研究結(jié)果（表2）顯示，痙攣型雙癱組80th、85th、90th及95th ADC值與對(duì)照組間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，這可能與痙攣型雙癱組腦組織髓鞘形成異常，視丘下核、蒼白球?qū)ΨQ性髓鞘脫失、神經(jīng)細(xì)胞融解變性及丟失，腦組織膠質(zhì)細(xì)胞增生及大腦皮質(zhì)結(jié)構(gòu)萎縮等改變有關(guān)［10］。ROC曲線分析結(jié)果（圖3）顯示，具有最優(yōu)診斷效能的為95th ADC值，這與Payabvash等［11］以往的研究一致，他們的研究發(fā)現(xiàn)，90th ADC在血管母細(xì)胞瘤和轉(zhuǎn)移瘤之間有顯著差異，能最好區(qū)分這兩種腫瘤，這說明在過去的研究中，較高百分?jǐn)?shù)ADC直方圖參數(shù)值在表征某些疾病中可能更有價(jià)值。

直方圖的偏度系數(shù)主要衡量變量值相對(duì)于均值分布的不對(duì)稱程度。體現(xiàn)了分布主體集中位置，其非對(duì)稱尾部?jī)A向于主體集中位置一側(cè)的較大值或較小值。分布的越不對(duì)稱說明偏態(tài)的絕對(duì)值越大［12］?；叶戎狈綀D峰度體現(xiàn)的是總體中各值分布的陡緩程度，它表征了相對(duì)于正態(tài)分布的某一分布是趨于尖銳或平坦。正峰分布比其更尖銳，負(fù)峰分布比其更平坦。偏度、峰度在過去關(guān)于直方圖的各種研究中得出不同的結(jié)論，Surov等［13］用直方圖方法鑒別低級(jí)與中高級(jí)腦膜瘤，結(jié)果顯示偏度與峰度均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。而本研究中的兩組偏度及峰度雖均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表2），但其檢驗(yàn)效能不及80th～95th ADC值，有待進(jìn)一步探索其診斷價(jià)值。

Cauley等［14］認(rèn)為新生兒缺血性損傷可優(yōu)先影響基底節(jié)和丘腦等深部灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，而中央灰質(zhì)損傷是導(dǎo)致死亡和腦癱的重要原因，因此本組研究選擇此層面的ADC圖作為感興趣區(qū)觀察兩組兒童的ADC值特征，并將SD組有意義的直方圖參數(shù)值與兩類運(yùn)動(dòng)功能分級(jí)及GMFM中的5個(gè)功能區(qū)域分別進(jìn)行相關(guān)，發(fā)現(xiàn)熵與GMFM中的坐位、爬和跪、站立、走跑跳和總分有顯著相關(guān)性，方差及95th ADC與坐位、爬和跪有相關(guān)性，80th ADC、85th ADC和90th ADC與坐位有顯著相關(guān)性（表3）；而與粗大、精細(xì)運(yùn)動(dòng)功能分級(jí)及GMFM中的臥位和翻身均無明顯相關(guān)性（表3），這說明部分ADC直方圖的特征參數(shù)可反映SD患兒某些特定的運(yùn)動(dòng)能力。以往的文獻(xiàn)顯示［15］，內(nèi)囊水平皮質(zhì)脊髓束的損傷情況，與SD患兒相關(guān)運(yùn)動(dòng)障礙的GMFCS分級(jí)存在明顯相關(guān)性。而本研究首次用ADC直方圖的方法分析內(nèi)囊所在層面所有大腦組織作為ROI，和SD患兒的運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行相關(guān)，方法更加簡(jiǎn)便，但是由于影像組學(xué)存在的語義鴻溝，其具體的內(nèi)在之間的關(guān)系還需要進(jìn)一步的討論。

本研究存在一定局限性：①樣本量中等。本研究共完成145例腦癱患兒掃描，其中包括痙攣型雙癱患兒56例，去除年齡小于1歲患兒6例，合并腦部異?；純?1例，圖像質(zhì)量不符合要求8例，剩余入組患兒31例，未來將繼續(xù)擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步研究。②為了簡(jiǎn)化操作并增加臨床的可行性，僅評(píng)估了單個(gè)層面的ADC圖，可能存在對(duì)SD患兒的評(píng)估不全面。③由于鎮(zhèn)靜等一系列原因完全健康的新生兒很難收集，故本研究納入因其他疾病需做頭部MRI檢查、且腦內(nèi)MRI表現(xiàn)正常的患兒作為對(duì)照組，這可能存在一定偏倚。④只對(duì)SD患兒某一特定時(shí)期的ADC參數(shù)值進(jìn)行了對(duì)比，缺乏時(shí)間上的縱向比較。關(guān)于ADC直方圖與患兒行為學(xué)變化之間的關(guān)系，尚不能明確。

總之，ADC直方圖作為一種快速簡(jiǎn)單可操作性強(qiáng)的影像組學(xué)定量分析方法，在臨床應(yīng)用上具有實(shí)用性及可行性，通過把常規(guī)臨床頭部MRI圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息來量化評(píng)價(jià)患兒腦組織的細(xì)微變化，為痙攣型雙癱患兒腦損傷的定量診斷及療效評(píng)估提供了更多有價(jià)值的信息。在今后的研究中可以進(jìn)一步縮小范圍，僅取內(nèi)囊后肢區(qū)域的ROI來進(jìn)一步精確分析臨床資料與運(yùn)動(dòng)功能之間的關(guān)系。