磁共振成像技术在新生儿脑损伤应用的研究进展

张海龙，刘利军，陈少林

(内蒙古科技大学包头医学院附属包钢集团第三职工医院新生儿科，内蒙古 包头014010)

磁共振成像技术在新生儿脑损伤应用的研究进展

张海龙，刘利军，陈少林

(内蒙古科技大学包头医学院附属包钢集团第三职工医院新生儿科，内蒙古 包头014010)

新生儿脑损伤(NBI)是围产期新生儿的常见疾病，可以引起早期死亡，继发永久性神经功能障碍，具有病情重、病死率高的临床特点。近年来，在新生儿脑损伤的影像检查中，特别是扩散加权成像、磁敏感加权成像、磁共振波谱及体素不相干运动成像等新技术的应用对新生儿脑损伤的准确诊断及预后判定有着极其重要的意义。现对磁共振成像常规技术及新技术在新生儿脑损伤中的应用研究及进展进行综述。

新生儿；脑损伤；弥散加权成像；磁敏感加权成像；磁共振波谱；体素不相干运动成像

近年来，随着新生儿医学的发展，危重新生儿救治成功率明显提高，而神经系统后遗症发生率却居高不下[1]，其主要原因是存在不同程度的新生儿脑损伤(neonatal brain injury，NBI)。通过病史、临床表现及体格检查很难对新生儿脑损伤类型和程度做出诊断及评估。磁共振成像(MRI)能够多方位成像，可以直观地反映颅内病变的程度、类型及演变过程。临床观点认为MRI在显示颅脑形态学分辨率方面达到了很高水平，在显示脑室周围白质软化、脑动脉梗死及基底节区、脑实质出血等方面明显优于计算机断层扫描(CT)、B超[2]，特别是在观察小儿脑髓鞘化进程上有明显优势[3]。随着磁共振设备的改进及检查扫描技术的发展，必将在新生儿脑损伤类型及程度的早期诊断、预后随访等方面起到重要作用。

1 正常新生儿脑组织生理及磁共振信号变化特点

正常新生儿脑发育尚未成熟，脑组织含水量高于成人，新生儿脑白质纤维束髓鞘化缺乏，从5个月至2岁有序的形成髓鞘化，新生儿脑白质在T1加权像(T1WI)中呈低信号，T2加权像(T2WI)呈高信号，脑灰质在T1WI中呈高信号，T2WI呈低信号，这种信号特点与成人脑MRI信号相反。随着新生儿脑的不断发育，脑组织含水量减低，髓鞘化进程的推进，T1、T2值变短，接近成人水平。弥散张量成像能在活体上直接观察到脑髓鞘形成及神经束走形的方法[4]。在磁共振波谱上，由于新生儿神经元发育不成熟，N-乙酰天门冬氨酸(N-acetyl-l-aspartic acid，NAA)不是第1高峰而是第2高峰，随着年龄增长6个月后NAA成为显著波峰[5]。

2 新生儿脑损伤类型及病理生理

新生儿脑损伤主要包括“缺氧缺血性脑损伤(hypoxic-ischemic brain damage，HIBD)”和“出血性脑损伤(hemorrhagic brain injury，HBI)”，新生儿脑损伤中的HIBD主要是围生期窒息所致，缺氧合并缺血是脑损伤的前提条件[6-7]；缺氧产生如钙通道开放和细胞内钙超载、再灌注损伤及氧自由基对脑细胞损害、兴奋性氨基酸毒性等作用，最终导致细胞死亡。缺氧往往伴随缺血的存在，窒息所引起的部分或完全缺氧，使脑血流减少或中断，导致局部的缺血产生趋化分子及致炎细胞因子，引起脑的能量代谢紊乱到能量衰竭的连锁反应，最终使得神经元坏死或脑组织梗死[8]。新生儿出血性脑损伤主要与围生期窒息和产伤密切相关，不同原因所致新生儿颅内出血会导致周围脑组织血液循环障碍，代谢紊乱如酸中毒、血管运动麻痹、血脑屏障受损及血液分解产物释放多种生物活性物质对脑组织的损害，严重者可致新生儿早期死亡或造成不可逆的脑损伤[9]。

3 不同磁共振扫描序列在新生儿脑损伤诊断中的特点

3.1 常规T1加权像、T2加权像、液体衰减反转恢复序列成像

常规MRI是诊断新生儿脑损伤的基础序列，能描述脑损伤的受损范围及损伤类型，但需要结合病程，生后2天的患儿即可在MRI常规扫描序列中出现异常信号，并且持续数周。Kaur等[10]研究发现，当缺氧缺血性损伤时：皮层、皮层下及深部白质T1WI呈迂曲条状、点状高信号；基底节、丘脑T1WI表现为不均匀高信号，内囊后肢高信号消失；弥漫性脑水肿以白质病变为主，表现为脑白质T2WI弥漫性高信号，灰白质界限不清；脑室周围白质软化，表现为侧脑室周围小斑片状T1WI低信号，T2WI高信号病灶，边界清楚；脑梗死表现为大脑边缘片状、楔形病灶，T1WI低信号，T2WI高信号。水抑制序列能抑制脑脊液及类似脑脊液的空洞信号，更清晰地显示病灶，提高病灶的检出率[11]。出血性脑损伤时：颅内出血，包括蛛网膜下腔出血、硬膜下出血、脑室内出血及脑实质出血表现为T1WI高信号，T2WI低信号。常规磁共振(MR)序列在新生儿脑白质髓鞘化进程中，皮层下及深部白质在T2WI灰白质分辨不清，对早期12小时内的急性新生儿脑损伤存在局限性，需结合MR其他序列做出更准确的判断。

3.2 扩散加权成像

扩散加权成像(diffusion weighted weightedimaging，DWI)是反映水分子在组织内不规则运动(扩散)的成像技术，大多数学者认为DWI较常规磁共振成像能更早期发现缺氧缺血所致的脑损伤。Twomey 等[11]研究表明，DWI对新生儿脑梗死(neonatal cerebral infarction，NCI)病后5d内首次完成检查(最早12h)，全部患儿DWI均表现为受累区域的异常高信号[12]。Brissaud 等[13]一项研究表明，DWI及ADC图同时应用较常规MRI则可更加精确的评价早期脑损伤程度。HIBD通过DWI能够在6h内显示基底节、丘脑及脑干背侧的高信号，而常规T1、T2未见异常信号，此时双侧基底节、丘脑ADC值降低，而大脑灰白质及小脑ADC值正常，至32h脑内大部分区域ADC值均降低[14]。DWI评价新生儿脑损伤也存在局限,①假阴性：新生儿较成人脑组织含水量高，因此，缺血所致区域性水分子扩散降低在新生儿DWI图像不明显，图像空间分辨率较低；②低估脑损伤程度：在脑损伤后24小时内，由于此时尚未发生继发性损伤，DWI经常低估脑损伤的最终程度和范围，且脑损伤的时间未知，变化过程与成人存在差异。

3.3 磁共振波谱分析

磁共振波谱分析(Magnetic resonance spectroscopy，MRS)作为一种新型的功能分析诊断方法，是目前唯一可以检测活体中某一特定组织区域中化学成分的无损伤技术，其利用磁共振现象和化学位移作用对特定原子核及其化合物进行定量分析，通过不同化合物中相同原子共振频率不同，在波谱线频率轴上不同位置形成不同的峰[15]。近年来，1H-MRS作为许多细胞内代谢产物的生物化学信息的提供者，其在体内生化和组织代谢的无创检测中发挥重要作用。目前用于MRS检测的核素有1H、31P、19F、13C、23Na。而广泛应用于临床且在人体组织中含量最丰富、敏感性最高的为1H-MRS，其共振峰主要包括N-乙酰天门冬氨酸(NAA)、磷酸胆碱和磷酸乙酰胆碱(Cho)、肌酸和磷酸肌酸(Cr-Pcr)、乳酸(Lac)、肌醇(MI)、谷氨酰胺和谷氨酸复合物。在新生儿脑损伤的研究中主要使用1H-MRS检测某一特定组织区域中上述物质含量的变化，间接反映损伤性质及程度。其中以Lac和NAA意义相对明确，Lac峰的出现代表梗死区无氧代谢，NAA是由神经元细胞合成并释放，因此其含量变化可反映脑组织缺氧程度及神经元功能状况。当脑组织出现缺氧缺血时，神经元内的NAA就会出现释放减少或者功能障碍，导致神经元发生不可逆性坏死[16]。Lac在正常组织的细胞外液含量很少，脑缺血后会出现Lac升高，而NAA则在数小时后开始下降；Lac值升高而NAA值无明显下降的区域可能为缺血后尚可挽救的组织，既缺血性半暗带。NAA水平及NAA/Cr比值与远期神经运动发育密切相关，NAA/Cho和NAA/Cr比值降低提示神经元出现损伤和功能障碍，比值持续下降则提示出现神经元缺失或不可逆性脑损伤[17]。Lac/Cr值是衡量脑内乳酸含量的重要指标之一，能够反映病变发展程度，其比值如持续增高说明患儿预后不良，神经系统后遗症发生几率大。MRS的兴趣区主要为双侧基底核与丘脑；其多体素兴趣区主要为双侧基底核、丘脑以及部分额顶叶白质，但较新的文献报道病变区域灰质的代谢物测定更有价值[18]。通过对MRS兴趣区化学成分变化的研究，判定新生儿脑损伤性质和程度，是目前在新生儿脑损伤方面研究的突破点之一。

3.4 磁敏感加权成像

磁敏感加权成像(Susceptibility weighted imaging，SWI)作为一个高分辨率3D梯度回波成像的序列，通过相位后处理显示血液产物的顺磁性特性，因此该序列对静脉内去氧血红蛋白和血管外血液产物的检测更为敏感[19]。SWI以其对出血的高敏感性和扫描时间短(3～4min)的优势，广泛应用于脑外伤、脑梗塞、血管畸形、钙化等疾病中。Wu等[20]研究发现SWI新技术目前主要应用于中枢神经系统，其利用磁敏感性差异，产生静脉内最大信号抵消，结合相位信息调整最终影像的对比，通过磁场的不均匀敏感性使其更清晰地显示出血部位。相关临床研究表明，SWI不仅可以准确显示颅内出血部位、出血灶数目、大小及不同时期的改变[21]，而且能够显示小静脉出血(尤其是直径小于5mm微小出血)、出血产物及铁沉积，并且在患者出现症状2.5小时内显示出血病灶，显示出血病灶的敏感度、特异度和准确度均能达到100%[22]。近年来，国内外开始有了关于SWI在新生儿颅内出血、HIE及早产儿脑白质损伤中应用的研究报道。Haacke等[23]研究显示SWI与常规MRI相比，除显示硬膜下血肿和硬膜外血肿以外，SWI对新生儿出血性脑损伤的检出阳性率和清晰度方面均优于其他序列。

SWI还可通过显示缺血区内氧摄取的增加以提示急性脑梗死的发生。Sun 等[24]发现在脑梗死区的周围可见异常增多的、可见度明显增高的深髓静脉，这主要是因为脱氧血红细胞浓度明显高于含氧血红细胞浓度，说明该区域内的氧摄取增加，提示急性脑缺血的存在。

3.5 体素内不一致运动磁共振成像

体素内不一致运动磁共振成像(introvoxelinco-herent motion MR imaging，IVIM-MRI)这一概念由Le Bihan等于1986年首次提出的，是用于描述体素的微观运动的一种成像方法。研究证明生物体的微观运动包括水分子的单纯扩散运动和毛细血管内血液的微循环(即灌注) 。IVIM技术是以假设血液的微循环和灌注是一种非一致性、无条理的随机运动为前提，血液受磁化矢量影响相位位移而导致信号衰减，通过非线性最小二乘法整合出表面扩散系数(ADC)[25]。

新生儿缺血缺氧时，会造成微血管管腔狭窄和微血流的各种障碍，微血管壁的完整及伸展性严重破坏，导致微血管血流变慢局部扩张，同时局部酸中毒、渗透压升高及组胺等因子的作用使得毛细血管通透性升高，血液成分大量外渗，导致有效循环血量减少和血液浓缩，加重微循环障碍[26]。利用IVIM不同扩散敏感系数(b值)下观察到的信号衰减来测定脑组织微循环情况，安全、无创的评估灌注及弥散状况。

4 展望

综上所述，MRI无辐射且软组织分辨率高，已被认为是对新生儿脑损伤敏感性及特异性最高的影像学检查方式，常规MRI能明确新生儿脑损伤的病变部位、范围、性质及与周围结构的关系；DWI对脑细胞缺氧缺血反应更灵敏、更特异。MRS则能检测脑内具体代谢物质水平，从定量的角度反映更多生化指标的变化，进而判定脑损伤性质及程度。SWI可在新生儿颅内出血、HIE及早产儿脑白质损伤等方面做出准确评价。IVIM能够根据组织内的微循环血流灌注变化，来反映组织缺血缺氧情况。

新生儿脑损伤的发病机理、病理改变及磁共振成像研究问题相当复杂，尚须做深入细致研究。随着MR新技术的不断出现，各种磁共振成像技术联合应用将会为临床早期诊断、及时治疗、评价预后提供客观依据。

[1]Wilkinson D. MRI and with drawal of life support from newborn infants with hypoxic-ischemic encephalopathy[J].Pediatrics,2010,126(2):e451-e458.

[2]Van Wezel-Meijler G，Steggerda S J，Leijser L M.Semin Perinatol.Cranial ultrasonography in neonates: Role and limitations[J].Seminars in perinatology,2010,34(1):28-38.

[3]Xu D,Mukherjee P,Barkovich A J,etal.Pediatric brain injury:Can DTI scalars predict functional outcome?[J].Pediatric radiology,2013,43(1):55-59.

[4]Rose J,Butler E E,Lamont L E,etal.Neonatal brain structure on MRI and diffusion tensor imaging, sex, and neurodevelopment in very-low-birthweight preterm children[J].Developmental Medicine and Child Neurology,2009,51(7):526-535.

[5]Musson R E,Batty R, Mordekar S R,etal.Diffusion-weighted imaging and magnetic resonance spectroscopy findings in a case of neonatal hypoglycaemia[J].Developmental Medicine and Child Neurology, 2009, 51(8): 653-654.

[6]De Vries L S,Groenendaal F. Patterns of neonatal hypoxic-ischemie brain injury[J]. Neuoradiology,2010,52(6):555-566．

[7]Parikh N A,Lasky R E,Garza C N,etal.Volumetric and anatomical MRI for hypoxic-ischemic encephalopathy:Relationship to hypothermia therapy and neurosensory impairments[J].J Perinatol, 2009,29(2): 143-149.

[8]Lequin M H,Dudink J,Tong K A,etal．Magnetic resonance imaging in neonatal stroke[J].Semin Fetal Neonatal Med,2009,14(5):299-310.

[9]Mittal S, Wu Z, Neelavalli J,etal．Susceptibility-weighted imaging：Technical aspects and clinical applications-part 2[J].AJNR Am J Neuroradiol,2009,30(2):232-252.

[10]Kaur C,Ling E A.Periventricular white matter damage in the hypoxic neonatal brain:Role of microglialcells[J].Progress in Neurobiology,2009,87(4):264-280.

[11]Twomey E,Twomey A, Ryan S,etal.MR imaging of terminfants with hypoxic-ischemic encephalopathy as a predictor of neurodevelopmental outcome and late MRI appearances[J]. Pediatrics Radiology,2010,40(9):1526-1535.

[12]Chiaretti A,Barone G, Riccardi R,etal.NGF, DCX and NSE upregulation correlates with severity and outcome of head trauma in children[J].Neurology,2009,72(7):609-616.

[13]Brissaud O,Amirault M,Villega F,etal.Efficiency of fractional anisotropy and apparent diffusion coefficient on diffusion tensor imaging in prognosis of neonates with hypoxic-ischemic encephalopathy:A methodologic prospective pilot study[J].American Journal of Neuroradiology,2010,31(2):282-287.

[14]Liauw L,van-Wezel-Meijler G,Veen S,etal. Do apparent diffusion coefficient measurements predict outcome in children with neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy?[J].American Journal of Neuroradiology,2009,30(2):264-270.

[15]Thayyil S,Chandrasekaran M,Taylor A,etal.Cerbal magnetic resonance biomakers in neonatal encephalopathy:A meta-analysis[J]. Pediatrics,2010,125(2):e382-e395．

[16]Semenova N A,Akhadov T A,Petryaykin A V,etal.Metabolic Dysfunction and Relationship in Human Frontoparietal Cortex in Severe Traumatic Brain Injury: Single-Voxel -1H Magnetic Resonance Spectroscopy Study[J].Biochemistry, 2012,77(4):388-394.

[17]Bennetl L, Booth L, Gunn A J.Potential biomarkers for hypoxic-ischemic encephalopathy[J].Semin Fetal Neonatal Med,2010,15(5):253-260.

[18]Doormaal P J, Meiners L C,Horst H J,etal.Spectroscopy determined metabolite levels in white and grey matter brain tissue for adverse outcome in term newborns following perinatal as-phyxia[J].Eur Radiol,2012,22(4):772-778.

[19]Rutherford M A,Supramaniam V, Ederies A. Magnetic resonance imaging of white matter diseases of prematurity[J].Neuroradiology,2010,52(6):505-521.

[20]Wu Z,Mittal S,Kish K. Identification of calcification with MRI using susceptibility-weighted imaging:Acasestudy[J].Journal of Magnetic Resonance Imaging,2009,29(1):177-182.

[21]Kao H W, Alexandru D, Kim R,etal.Value of susceptibility-weighted imaging in acute hemorrhagic leukoencephalitis[J].Journal of Clinical Neuroscience, 2012,19(12):1740-1741.

[22]Beauchamp M H, Beare R,Ditchfield M,etal.Susceptibility weighted imaging and its relationship to outcome after pediatric traumatic brain injury[J].Cortex, 2013,49(2):591-598.

[23]Haacke E M, Ye Y.The role of susceptibility weighted imaging in functional MRI[J].NeuroImage,2012,62(2):923-929.

[24]Sun J,Soo Y O,Lam W W,etal.Different Distribution Patterns of Cerebral Microbleeds in Acute Ischemic Stroke Patients with and without Hypertension[J].Eur Neurol,2009,62(5):298-303.

[25]Chandarana H, Lee V S, Hecht E,etal.Comparison of biexponential and monoexponential model of diffusion weighted imaging in evaluation of renal lesions:Preliminary experience[J].Investigative Radiology, 2011, 46(5):285-291.

[26]Shinmoto H,Tamura C,Soga S,etal.An intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging study of prostate cancer[J]．AJR,2012,199(4):W496-W500.

[专业责任编辑：周熙慧]

Research progress on the application of magnetic resonance imaging (MRI) scan technology in neonatal brain injury

ZHANG Hai-long，LIU Li-jun，CHEN Shao-lin

(DepartmentofNeonatology,TheThirdStaffHospitalofBaogangGroupAffiliatedtoBaotouMedicalCollege,InnerMongoliaBaotou014010,China)

Neonatal brain injury (NBI) is a common disease with clinical features of severe illness and high mortality in perinatal infants, which can lead to early death and secondary permanent neurological dysfunction. In recent years, the application of magnetic resonance imaging (MRI), especially diffusion-weighted imaging, magnetic susceptibility-weighted imaging, magnetic resonance spectroscopy and voxel irrelevant motion imaging has important significance on the accurate diagnosis of NBI and the prognosis. The article reviewed the research progress on the application of MRI conventional techniques and new technology in NBI.

newborn; brain damage; diffusion-weighted imaging; magnetic susceptibility-weighted imaging; magnetic resonance spectroscopy; voxel irrelevant motion imaging

2014-08-28

张海龙(1986-)，男，住院医师，医学硕士，主要从事新生儿疾病的诊疗工作。

刘利军，主任医师。

10.3969/j.issn.1673-5293.2015.01.062

R722.1；R445.2

A

1673-5293(2015)01-0155-03