弥散加权成像在新生儿缺氧缺血性脑病中的应用研究

赵　博，张雪宁，刘辉佳，李桂来，陈　莉

(天津医科大学第二医院放射科，天津 300211)

弥散加权成像在新生儿缺氧缺血性脑病中的应用研究

赵博，张雪宁※，刘辉佳，李桂来，陈莉

(天津医科大学第二医院放射科，天津 300211)

摘要：目的应用弥散加权成像(DWI)技术评价足月新生儿缺氧缺血性脑病(HIE)的影像表现。方法选择2012年1~10月天津医科大学第二医院新生儿科住院的足月HIE患儿38例，依据HIE诊断标准将患儿分为轻度HIE组(24例)和中重度HIE组(14例)，另外选取12例无窒息史的足月新生儿作为对照组。对3组受试者均进行常规磁共振成像(MRI)和DWI检查，同时测量额顶叶灰、白质、放射冠、尾状核、豆状核、内囊后肢、丘脑等感兴趣区的表观弥散系数(ADC)值。结果HIE患儿在DWI检查发现深部脑白质病灶16个，基底核丘脑区病灶2个，出血性病灶1个，小脑及脑干病灶1个。感兴趣区ADC值组间两两比较结果显示：额叶灰质、额叶白质、顶叶灰质、顶叶白质、豆状核、丘脑及内囊后肢的ADC值在对照组与轻度HIE组间比较差异有统计学意义(P<0.05)；各感兴趣区的ADC值在对照组与中重度HIE组间比较差异均有统计学意义(P<0.05)；额叶灰质、顶叶灰质、放射冠、尾状核、豆状核、丘脑及内囊后肢的ADC值在轻度HIE组与中重度HIE组间比较差异有统计学意义(P<0.05)。结论DWI在检测HIE深部脑白质病灶方面较敏感，通过ADC值测定可以对HIE脑损伤程度作出较为客观的评价。

关键词：新生儿缺氧缺血性脑病；磁共振成像；弥散加权成像；表观弥散系数

新生儿缺氧缺血性脑病(hypoxic-ischemic encephalopathy，HIE)是目前新生儿死亡及致残的主要疾病之一。其发生率为足月新生儿的1‰~2‰，是目前新生儿期死亡及小儿致残的主要疾病之一[1]。在HIE患儿中，有15%~20%死于新生儿期；30%的存活者患有神经发育障碍，如脑性麻痹、智力发育迟缓[1]。因此，早期正确诊断HIE尤为重要。长期以来，临床普遍采用Apgar评分作为新生儿有无窒息的诊断依据。但近年来有学者对此提出疑问，因为很多因素都影响Apgar评分。弥散加权成像(diffusion weighed image,DWI)是近年来应用的磁共振功能成像技术之一，它可以敏感地反映脑组织中的水分子弥散状态。本研究应用DWI技术对HIE患儿进行了定量研究，现报道如下。

1资料与方法

1.1一般资料选择2012年1~10 月天津医科大学第二医院新生儿科住院的足月HIE患儿38例。按照2004年11月修订的HIE诊断标准[2]将患儿分为两组：轻度HIE组24例，男13例、女11例，胎龄3~43周，平均(39.4±1.5)周；体质量3415~4231 g，平均(3610±320) g；日龄6~8 d，平均(5.4±2.5) d。中重度HIE组14例,男9例、女5例，胎龄38~41周，平均(39.6±1.3)周；体质量3318~4023 g，平均(3615±310) g；日龄5~9 d，平均(5.8±2.3) d。另外选取12例无窒息史的足月新生儿作为对照组，没有神经系统症状与体征，男8例、女4例，胎龄37~41周，平均(39.7±1.4)周；体质量3418~4033 g，平均(3580±315) g,日龄6~11 d，平均(5.9±2.1) d。三组受试者的性别、体质量、胎龄等一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。

1.2检查方法采用美国GE Signa 1.5 T MR扫描机，三组受试者均行T1加权成像、T2加权成像和DWI序列检查。T1加权成像：快速自旋回波(FSE)序列，重复时间(repetition time,TR) 360.0 ms,回波时间(echedelay time,TE)8.0 ms,层厚3 mm，层间距0 mm，视野26 cm×26 cm，矩阵288×256，激励次数2。T2加权成像：FSE序列，TR 2800 ms,TE 90 ms,层厚3 mm，层间距0 mm，视野26 cm×26 cm，矩阵256×224，激励次数2；DWI使用序列，其扫描参数为：TR 6000 ms,TE 70 ms,层厚3 mm，层间距0 mm，视野26 cm×26 cm，矩阵128×128，激励次数2，扩散敏感梯度方向3个，b值为1000 s/mm2，扫描时间为24 s。

1.3数据采集扫描结束后，对所有受试者的MRI资料按照部位、信号改变情况进行分类统计，使用ADW 4.1工作站上的Functool图像后处理软件分别测量对称的9个感兴趣区(图1)：额叶灰质、额叶白质、顶叶灰质、顶叶白质、放射冠的表观弥散系数(apparent diffusion coeffieient,ADC)值，在基底核层面测量尾状核、豆状核、内囊后肢、丘脑的ADC值。

图1测量感兴趣区表观弥散系数(ADC)值示意图a.侧脑室体部层面：示测量额叶灰质、额叶白质、顶叶灰质、顶叶白质、放射冠ADC值示意图；b.基底核层面：示测量尾状核、豆状核、内囊后肢、丘脑ADC值示意图

2结果

HIE患儿在DWI检查发现深部脑白质病灶16个，基底核丘脑区病灶2个，出血性病灶1个，小脑及脑干病灶1个。额叶灰质、额叶白质、顶叶灰质、顶叶白质、豆状核、内囊后肢及丘脑的ADC值在轻度HIE组与对照组间比较差异有统计学意义(P<0.05)；各感兴趣区的ADC值在对照组与中重度HIE组间比较差异均有统计学意义(P<0.05)；中重度HIE组额叶灰质、顶叶灰质、放射冠、尾状核、豆状核、内囊后肢及丘脑的ADC值均低于轻度HIE组，比较差异有统计学意义(P<0.05)；轻度HIE组与中重度HIE组额叶白质和顶叶白质ADC值比较差异无统计学意义(P<0.05)。见表1。

3讨论

HIE是引起新生儿死亡及脑损伤的重要原因，也是新生儿围生期最常见的疾病。新生儿HIE的发生并非单一致病因素所致，它是由一系列复杂的病理生理及生化改变所引起的[3-4]，是国内外新生儿急救医学研究的热点之一。病变产生的部位、严重程度与两方面的因素有关：①缺氧缺血所持续的时间；②脑内代谢物质水平的变化情况。MRI由于对中枢神经系统病变的敏感性，对新生儿HIE的诊断得到越来越多的重视，其中最重要的是DWI技术。研究表明，与常规MRI比较，DWI能更早地反映脑细胞缺氧缺血改变，应用该技术可以在HIE发病数小时内早期发现病变[5-6],同时可以作出早期准确诊断，并指导临床治疗。

表1各组感兴趣区的平均表观弥散系数值比较

组别例数额叶灰质额叶白质顶叶灰质顶叶白质放射冠尾状核豆状核内囊后肢丘脑对照组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轻度HIE组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组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：新生儿缺氧缺血性脑病；a与对照组比较，P<0.05；b与轻度HIE组比较，P<0.05

3.1HIE病因及病理生理机制HIE是围生期新生儿窒息后引起的最常见和严重的并发症，90%发生在出生前和出生时，其中出生前因素约占20%、出生时因素约占70%，出生后因素约占10%[1]。

围生期缺氧缺血性脑损伤的发病机制尚未有明确的定论，目前被广泛接受的观点是其发病是一个多因素参与的过程。在新生儿脑缺氧发生的最初阶段，正常的由三羧酸循环供应的能量明显减少；当出现这种情况时，大脑为了维持能量供应而被迫采用糖的无氧酵解来供能，糖酵解过程虽然可以供能，但其代谢糖酵解产生大量乳酸使乳酸堆积，局部乳酸和CO2的堆积影响了细胞膜的正常通透性，造成离子在细胞内外转运失调，细胞膜上的离子泵供能障碍，Na+进入细胞内，引起细胞内水分增多，细胞肿胀，细胞外间隙变窄导致细胞损害和细胞毒性水肿。缺氧还会造成脑血管内皮细胞受损肿胀，脑内微小血管阻塞，引起脑血流动力学改变，微循环障碍，进一步加重了脑细胞的缺血缺氧。同时，脑水肿还造成颅内压的增高，引起脑静脉回流受阻，造成脑血流灌流进一步减少，这也进一步加重了缺血缺氧，形成恶性循环。在缺氧时，脑组织的能量供应主要依靠糖的无氧酵解途径，但无氧酵解的产物乳酸会造成脑组织酸中毒。由于堆积的乳酸清除减少和组织内缓冲减少，缺血时较缺氧时脑内酸中毒更严重。另外，缺氧、缺血/再灌注过程中可产生大量自由基，而当缺氧发生时，体内清除自由基的超氧化物歧化酶活性降低，使自由基在细胞内蓄积，这些过多的自由基可以对神经细胞结构造成破坏并影响其功能。此外，当血脑屏障被氧自由基破坏后，还可以造成一系列的反应，如血管源性脑水肿，脑水肿的出现进一步加重脑的损伤。当出现新生儿脑缺氧缺血时，脑内的一些有害代谢产物，如天冬氨酸、谷氨酸也会大量释放，这些物质能与神经细胞膜上的氨基酸受体结合，引起细胞膜电位的改变，使细胞膜离子通道开放，造成大量Na+、Ca2+内流，引起神经细胞的兴奋毒性反应，导致神经元变性、坏死。

新生儿HIE损伤的部位与患儿脑发育状况和出生时的胎龄密切相关。足月新生儿脑组织内的髓鞘形成十分活跃,主要的区域分布在大脑基底节、皮质中央前后回、丘脑的腹外侧等处,这些代谢旺盛区域的需氧量最高；同时，这些代谢旺盛区域对缺氧缺血也最敏感,当出现缺血缺氧时也容易引起细胞坏死[6]。而且大脑前、中、后动脉供应区之间存在一个血管分水岭区(即矢状旁区)，当发生HIE时，该区域也易受累[7]。

3.2DWI在HIE诊断中的价值DWI是目前唯一的活体条件下观察细胞内外水分子弥散状态的技术，它可以敏感地反映脑组织水分子的弥散特性。在HIE早期，神经细胞出现损害，神经纤维束和神经元胞体细胞膜上的钠钾泵功能出现变化，水分子进入细胞内，细胞内水分子含量增高，水分子的弥散率和弥散方向发生变化。由于新生儿脑结构与普通人脑组织结构不尽相同，其脑组织的含水量更高，常规MRI采用的T1和T2加权成像方法在早期很难发现新生儿的脑缺血灶，然而，如果应用DWI技术，由于细胞外水分子在DWI上呈低的背景信号，而缺血区由于细胞毒性水肿而呈相对高信号，这使病变可以更容易被发现和识别。

本研究结果的DWI上，异常的影像多位于深部脑白质(放射冠、额叶深部白质及侧脑室三角旁白质)、基底节丘脑区及脑干等部位。造成这一现象的原因是这些区域的缺氧导致髓鞘破坏。本研究结果显示，轻度HIE组和中重度HIE组患儿额顶叶灰质、额叶白质、豆状核、内囊后肢及丘脑ADC值较对照组显著降低，差异有统计学意义。放射冠、尾状核ADC值在对照组与轻度HIE组间差异无统计学意义，额、顶叶白质ADC值在中重度HIE组和轻度HIE组间差异无统计学意义。这可能反映了脑损伤方式的不均匀性。Hunt等[8]报道，内囊后肢的ADC值与HIE患儿的存活率密切相关,存活者的ADC值为(0.89±0.17) mm2/ms，明显大于死亡者的ADC值(0.75±0.17) mm2/ms，而且存活者的ADC值是判断HIE预后的客观指标,内囊后肢ADC<0.74 mm2/ms的存活者往往伴有严重的神经系统后遗症。

虽然DWI对HIE较敏感，但其也存在一定的局限性，即ADC值可能存在假性正常化现象。有动物实验显示[9]，在早期缺血、缺氧/再灌注损伤的动物模型中，其弥散状态的异常可以呈双向改变。在缺血后数分钟、皮质灰质及白质、基底节的ADC值出现下降，时间持续约5 h。此后，随着观察时间的延长ADC值可以出现假性正常化，这一时间出现在1~2 d，产生这种现象的原因为再灌注损伤引起血脑屏障破坏导致水分在细胞外间隙积聚，使水分子弥散增加致使ADC值升至正常值。对于此现象，在临床上尚需大样本资料进行进一步的研究。

参考文献

[1]韩玉昆,许植元,虞人杰.新生儿缺氧缺血性脑病[M].北京:人民卫生出版社,2000：94-98.

[2]中华医学会儿科学分会新生儿学组.新生儿缺氧缺血性脑病诊断标准[J].中国当代儿科杂志,2005,7(2):97-98.

[3]Yasin D,Ahmet KF,Hakki MK,etal.Clinical outcomes of neonatal hypoxic ischemic encephalopathy evaluated with diffusion-weighted magnetic resonance imaging[J].Diagn Interv Radiol,2006,12(3):109-114.

[4]丁学勤,张美玉,吴明昌,等.宫内缺氧所致Apgar评分正常的新生儿缺氧缺血性脑病[J].中华围产医学杂志,2004,7(3):139-141.

[5]Cabaj A,Bekiesińska-Figatowska M,Mądzik J.MRI patterns of hypoxic-ischemic brain injury in preterm and full term infants-classical and less common MR findings[J].Pol J Radiol,2012,77(3):71-76.

[6]Tuor UI,Qiao M,Morgunov M,etal.Magnetization transfer and diffusion imaging of acute axonal damage in the cerebral peduncle following hypoxia-ischemia in neonatal rats[J].Pediatr Res,2013,73(3):325-331.

[7]van Laerhoven H,de Haan TR,Offringa M,etal.Prognostic tests in term neonates with hypoxic-ischemic encephalopathy:a systematic review[J].Pediatrics,2013,131(1):88-98.

[8]Hunt RW,Neil JJ,Coleman LT,etal.Apparent diffusion coefficient in the posterior limb of the internal capsule predicts outcome after perinatal asphyxia[J].Pediatrics,2004,114(4):999-1003.

[9]Zhang F,Guo RM,Yang M,etal.A stable focal cerebral ischemia injury model in adult mice:assessment using 7T MR imaging[J].AJNR 2012,33(5):935-939.

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编辑：伊姗

基金项目：天津市卫生局科技基金(2012KZ085)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.10.049

中图分类号：R722

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)10-1860-03