磁共振弥散张量成像技术在新生儿脑白质发育中的研究

刘岭岭，孛茹婷，杨文君，李艳，田淑萍，邱颖萍，陈志强*

1.宁夏医科大学，银川 750004

2.宁夏医科大学生育力保持教育部重点实验室，银川 750004

3.宁夏医科大学总医院放射科，银川750004

4.宁夏医科大学总医院新生儿科，银川 750004

脑发育是一个持久、有序、动态的复杂过程，从胎儿期直到成年，新生儿期是脑白质髓鞘化重要的阶段。髓鞘发育已经被证实与人类的认知发育密切相关[1]，常规MRI脑白质许多宏观结构的改变是由于髓鞘损伤或发育不良导致的，故研究新生儿期髓鞘的发育具有重要的临床价值。磁共振弥散张量成像(diffusion tensor imanging, DTI)是在弥散加权成像(diffusion weighted imanging,DWI)的基础上发展起来的一门新兴技术，能无创、定量反映活体白质内水分子的弥散状态，从而间接判断髓鞘发育与完整性。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取我院新生儿科住院的44例新生儿为研究对象，包括23例适于胎龄早产儿和21例正常出生体重足月儿，均为生理性黄疸、脐炎、皮肤感染或咽下综合征收住的患儿。6例因DTI图像质量欠佳，予以排除，剩余38例按胎龄分为3组，Ⅰ组为33～36 w，共12例，平均胎龄为(34.77±0.7) w；Ⅱ组为36～39 w，共12例，平均胎龄为(37.03±0.9) w；Ⅲ组为39～42 w，共14例，平均胎龄为(40.26±0.9) w。本研究经医院伦理委员会批准，检查前均取得受试者家属同意，并与之签订知情同意书。纳入标准：(1)所有研究对象均无神经功能障碍的临床表现及窒息史。(2)所有新生儿均接受常规MRI、DWI和DTI检查，以满足临床诊断。(3)根据临床表现、实验室检查以及影像学表现，排除先天代谢性疾病、颅内感染、胆红素脑病、先天性畸形、脑白质病变、脑出血及脑梗塞等疾病。(4)所有研究对象均在校正胎龄12个月时在门诊复查，由儿科一名经验丰富的副主任医师采用Gesell发育量表对其进行评估，包括适应性、大运动、精细运动、语言、个人-社会5项，其发育商(developmental quotient, DQ)均≥85。

1.2 检查方法

采用GE SignaTwin Speed 1.5 T MR扫描仪。于患儿深度睡眠时进行扫描，不能入睡者给予5%水合氯醛50 mg/kg口服镇静，在检查过程中注意受检查的听力保护与保暖。先行常规轴位T1WI、T2WI、T2FLAIR、矢状位T1WI及DWI扫描。DTI应用单激发自旋平面回波成像(SE-EPI)序列进行扫描，扫描参数：TR/TE=7000 ms/85.7 ms，FOV=24 cm×24 cm，弥散敏感梯度方向为25，弥散敏感系数b值分别为0及1000 s/mm2，层厚4 mm，层间距0.5 mm，矩阵128×128，NEX=2。

在GE ADW 4.4工作站，利用FunctoolⅡ软件对原始数据进行后处理，自动生成b=0 s/mm2图与FA图，以b=0 s/mm2图及T1WI为解剖参照，选取双侧内囊前肢、内囊后肢、胼胝体膝部、胼胝体压部、半卵圆中心层面前、中、后白质为兴趣区(region of interest, ROI)，每个ROI大小为(18±1)mm2，为了减少测量误差，每个兴趣区均测3次，然后取其平均值。

1.3 统计方法

采用SPSS 19.0软件包对所得数据进行统计分析，FA值以±s表示，独立样本t检验分析左右大脑半球同一部位FA值有无统计学差异，脑白质不同区域之间及相同部位不同胎龄组间FA值的差异运用单因素方差分析，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

Ⅰ组检查时间为3～14 d，平均为(7±3.57) d，Ⅱ组检查时间为3～12 d，平均为(6.58±2.54) d，Ⅲ组检查时间为3～13 d，平均为(7.57±3.55) d，3组行DTI检查时间(F=0.30，P=0.74)无统计学差异。

左右大脑半球相同部位的FA值差异均无统计学意义(P＞0.05)，故取两侧平均值进行FA值分析。各胎龄组不同部位的FA值见表1。

除了半卵圆中心层面中部白质外，深部脑白质的FA值均高于外周脑白质，且差异有统计学意义(P＜0.05)。各组中，胼胝体压部FA值最高，内囊后肢次之，内囊前肢最低，除了Ⅰ组胼胝体压部外，深部脑白质各兴趣区两两比较，差异均有统计学意义(P＜0.05)。在外周脑白质中，半卵圆中心层面前、后部脑白质FA值的差异无统计学意义(P＞0.05)，中部脑白质FA值均高于前、后部脑白质，且差异有统计学意义(除Ⅲ组半卵圆中心层面后部脑白质外)，见表2（如图1～3）。

Ⅲ组各兴趣区FA值均高于Ⅰ组，且差异有统计学意义(P＜0.05)。Ⅰ组与Ⅱ组相比，半卵圆中心前部白质、内囊后肢、前肢、胼胝体压部有统计学差异；Ⅱ组与Ⅲ组相比，半卵圆中心前、后部白质、胼胝体膝部有统计学差异，见表3。

表1 各胎龄组不同部位的FA值Tab.1 Different regions of the fractional anisotropy values for each gestational age group

图1 正常男性早产儿，年龄4天，胎龄35+3周 图2 正常男性足月儿，年龄5天，胎龄37+3周 图3 正常男性足月儿，年龄3天，40+5周图(1～3)A、B图为T1WI各兴趣区取值层面，图(1～3)C、D图为与之相应的FA图层面，图C、D示双侧内囊与胼胝体呈各向异性较高的红色，半卵圆中心各向异性次之，呈绿色，周围脑组织各向异性最低，呈蓝色。随着胎龄的增长，半卵圆中心及基底节层面纤维束走形区红色与绿色增多Fig.1 Normal male premature infant, four days, 35+3 weeks. Fig.2 Normal male full-term infant, fi ve days, 37+3 weeks. Fig.3 Normal male full-term infant, three days, 40+5 weeks. Fig.(1—3)A and B T1-weighted MR image shows the region of interest placement. Fig.(1—3)C and D Fractional anisotropy maps at the same level. Fig C and D Internal capsule and corpus callosum shows red, and fractional anisotropy is highest, central semiovale is followed,and shows green, fractional anisotropy for peripheral brain tissue is lowest, and the color is blue.With the growth of gestational age, the fi ber bundles in central semiovale and the level of basal ganglia show more red and green.

表2 同胎龄组不同部位FA值之间的比较(P值)Tab.2 Comparisons of different regional FA in the same gestational age group(P values)

3 讨论

髓鞘是由少突胶质细胞逐渐向邻近的轴突延伸并融合形成的一层原生质膜，随着年龄的增长，围绕轴突的少突胶质细胞数目逐渐增多，呈同心圆状包裹轴突。出生后轴突数量不再增加，因此髓鞘化是新生儿脑发育成熟的标志之一，是脑发育过程的重要组成部分。FA值随髓鞘化的进展逐渐升高，可以反映成熟度[2]。国内外有相关研究[3-4]运用DTI评估婴幼儿或2岁以内小儿脑白质发育规律，但其组内年龄跨度较大，没有详细研究新生儿脑发育，本研究将新生儿胎龄细分，使其研究结果更具有实际指导意义。

表3 不同胎龄组相同部位FA值之间的比较(P值)Tab.3 Comparisons of the same regional FA between the different gestational age groups(P values)

婴幼儿脑白质发育分为两个阶段，预髓鞘化阶段及髓鞘化阶段，预髓鞘化阶段FA值快速增加与轴突细胞骨架微管蛋白的成熟、轴突直径增加、Na+离子通道活性的增加以及少突细胞增殖形成髓鞘前体等因素有关，髓鞘化阶段FA值增加与白质区髓鞘的逐渐修饰成熟及细胞外间隙缩小相一致[5]。本研究结果显示Ⅲ组的FA值明显高于Ⅰ组，此结果与上述脑白质发育过程相一致，但相邻胎龄组比较时，只有部分兴趣区有统计学差异，且Ⅰ与Ⅱ、Ⅱ与Ⅲ相比，有统计学差异的解剖部位也不相同，笔者分析除了各组间胎龄差距较小外，还可能与各组样本量不足有关。

本研究资料显示，除了半卵圆中心层面中部白质外，外周脑白质FA值均低于深部脑白质。孕中期时，深部白质轴突已经开始有序排列，而外周白质几乎无髓鞘化，且排列疏松[6]，故深部脑白质各向异性程度高，相应FA值较高。在深部脑白质中，胼胝体压部FA值最高，内囊后肢次之，除Ⅰ组外，胼胝体压部与内囊后肢之间差异均有统计学差异。Dubois等[7]在研究中提到内囊后肢髓鞘化开始于孕晚期，而胼胝体在出生后才开始逐渐髓鞘化。Sadeghi等[8]在研究早期脑白质发育规律时，发现胼胝体压部垂直弥散张量较内囊后肢高，提出胼胝体压部FA值较高可能与此处纤维排列较紧密有关。此外，本研究结果中内囊后肢FA值高于内囊前肢，胼胝体压部高于膝部，这与新生儿脑髓鞘发育规律相一致。Barkovich等[9]运用常规MRI评估正常新生儿和婴幼儿脑白质发育时，发现内囊后肢先发育，2～3个月时，髓鞘化逐渐涉及到内囊前肢。Miao等[10]等运用DTI技术研究新生儿脑白质发育时，亦得出内囊后肢FA值高于内囊前肢。胼胝体纤维与脑功能区有对应关系，膝部纤维主要连接两侧额叶前部，压部主要接受来自颞枕叶及部分顶叶的纤维，胼胝体压部纤维与枕叶的视觉区有关，视觉功能的发育早于额叶前部高级功能区[11],相应连接双侧功能区的纤维发育较早，故胼胝体压部发育早于膝部。在外周脑白质中，半卵圆中心层面中部的FA值高于前、后部白质，前、后部白质之间无统计学差异。Provenzale等[6]在研究新生儿期脑白质发育状态时，亦发现额叶和顶叶皮层下白质的FA值之间无统计学意义。在半卵圆中心层面，中部白质FA值较高可能与内囊纤维束在此走行较集中有关。

本研究结果显示左右大脑半球对称部位FA值均无统计学差异，但双侧大脑半球在一些功能方面是不对称的，如语言中枢大多数位于左侧大脑半球，右侧大脑半球主要感知非语言信息、图像、文字及时空概念。Nagy等人[12]对23名正常儿童及青少年进行白质成熟与认知功能发育相关性研究时，也发现功能区的不对称性，如工作记忆能力与左额叶两个脑区的FA值呈正相关，阅读能力只与左颞叶FA值呈正相关。功能是由结构决定的，故双侧大脑半球在结构上也应该存在不对称性。Hopkins WD等人[13]运用MRI成像技术研究黑猩猩皮层厚度时，发现在大脑皮层诸多兴趣区中，右侧皮层厚度大于左侧，而左侧的白质体积大于右侧。Rilling等人[14]采用弥散张量成像及概率跟踪算法比较成年黑猩猩背部及腹部语言通路时，得出黑猩猩左侧连接颞上回及额下回的弓状纤维束较右侧占优势的结论。本结果中的FA值没能反映出双侧大脑半球微小解剖结构的差异，后续研究将结合轴位弥散张量和垂直弥散张量,以反映髓鞘更为精细的解剖结构的变化[15]。

综上所述，新生儿脑组织FA值随胎龄增长逐渐增高，不同部位的FA值不同，可表现出一定的发育次序，因此DTI可以定量评估脑白质的发育程度。但本研究中FA值没能反应出脑白质的细微差异，后续将借助更先进的后处理软件进一步深入研究新生儿脑白质发育。

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