MR磁化传递对比成像观察新生儿轻度窒息

井清清，王建腾，林建忠，杨天和，马小敏，张 杰，冯 浩，赵 锋，黄 鑫

(1.厦门大学附属妇女儿童医院 厦门市妇幼保健院放射科，福建 厦门 361004；2.厦门大学附属中山医院磁共振科，福建 厦门 361004)

新生儿窒息可致新生儿缺氧缺血性脑病(hypoxic-ischemic encephalopathy, HIE)，为新生儿死亡及儿童智力低下、致残的主要原因之一[1]。Apgar评分结合脐动脉血气分析可诊断新生儿窒息，并评估其严重程度[2]。轻度窒息新生儿中枢系统常规MRI多无异常，且新生儿脑白质T2WI呈高信号，与早期或轻微白质水肿信号存在重叠，故常规MRI诊断轻度窒息困难。MR磁化传递对比(magnetization transfer contrast, MTC)成像又称磁化转移，通过物理方法，无需对比剂即可增加图像对比度，其本质是分析氢质子在自由水、结合水及蛋白大分子之间的能量传递过程。本研究观察MTC成像在轻度窒息新生儿中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2019年9月—2020年7月41例接受头部MR检查的新生儿，其中16例轻度窒息(存在气促等缺氧症状，Apgar评分<10分，病例组)，1例图像伪影融合失败而剔除，最终纳入15例。以同期25名正常新生儿为对照组，Apgar评分10分、脐动脉血气分析正常。2组出生孕周、性别、出生体质量、出生至接受MR检查时间差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表1。本研究经院医学伦理委员会批准授权，且监护人均签署知情同意书。

表1 2组新生儿基本资料比较

1.2 仪器与方法 采用GE Signa HDxt 1.5T MR机，8HRBRAIN头阵相控线圈。扫描前15 min予口服(0.5 ml/kg体质量)水合氯醛(100 g/L)，待新生儿睡熟后将其裹紧安置于检查床，双外耳道塞降噪棉，以海绵固定头部，并予心电监护。先行常规T1W等扫描，除外脑部发育畸形和出血等，之后采集3D-T1WI及 MTC-T1WI。T1WI及MTC-T1WI参数均为TR 390 ms、TE 9 ms，矩阵320×224，FOV 180 mm×180 mm，层厚4 mm、层间距2 mm；3D-T1WI采用快速扰相梯度回波(fast spoiled gradient echo， FSPGR)序列，TR 9.2 ms、TE 2.9 ms，矩阵256×256，FOV 240 mm×240 mm，层厚1.2 mm，无间隔扫描。

1.3 图像处理及分析 将T1WI、MTC-T1WI和3D-T1WI转换为三维NII文件，以牛津大学FSL 6.01(https://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki)软件进行后处理：①将MTC刚性配准到正常MTC(normal MTC，

NMTC)模板，计算磁化传递率(magnetization transfer ratio， MTR)：MTR=(S0-Smt)/S0(S0、Smt表示MTC成像前后组织信号强度)；②将NMTC刚性配准到自身3D T1WI，获得刚性变换矩阵；③将3D T1WI非线性配准到UNC Infant 0-1-2 Atlases(https://www.med.unc.edu/bric/ideagroup/free-softwares/unc-infant-0-1-2-atlases)新生儿脑模板，获得非线性变换矩阵；④根据②、③得到空间标准化MTR图像，高斯平滑核尺寸为3 mm。而后进行图像分析：①采用AFNI(https://afni.nimh.nih.gov/)软件进行组间独立样本t检验，提取差异脑区MTR值；②采用3dRegAna(AFNI插件)对病例组进行MTR与Apgar评分回归分析，行AlphaSim校正，获得P<0.05、簇>100体素的差异脑区；③按簇于病例组左右侧异常脑区中自大到小分别选取14个脑区(最小簇体素>60 mm3)，以t检验对比两侧异常脑区体素差异，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 组间MTR差异脑区 相比对照组，病例组MTR降低脑区包括右颞极、左颞下回、左额上回、右缘上回、右眶额皮质、左额中叶、右额中回及左上额叶；MTR显著增加脑区集中于右侧，包括右梭状回、右顶叶下回、右枕中回、右颞中回、右颞下回、右颞上极、右楔叶、右角回、右舌回及右颞上回。见表2及图1、2。

图1 组间各脑区MTR比较 (橙色为病例组，蓝色为对照组)

表2 组间MTR差异有统计学意义脑区坐标及体素

2.2 相关性 回归分析显示，病例组MTR与Apgar评分呈正相关脑区包括左中央后回、右颞下叶(前)、右额中回、右颞上极、左眶额皮质及右颞下叶(后)；呈负相关脑区包括右壳核、右眶额皮质、左杏仁核、右颞下回、左舌回、右舌回、左颞中回、左枕中回、延髓及右梭状回。见表3及图3、4。

表3 病例组MTR与Apgar评分相关脑区坐标及体素

图2 组间MTR差异有统计学意义的脑区分布图 (黄色为病例组MTR降低脑区，蓝色为病例组MTR增高脑区)

图3 病例组MTR与Apgar评分相关脑区分布图 (红色为正相关脑区，绿色为负相关脑区)

图4 病例组各脑区MTR与Apgar评分相关性散点图

2.3 左右脑差异 病例组右侧异常脑区体素为(271.21±82.86)mm3，左侧为(109.86±74.05)mm3(t=2.04，P=0.04)。

组间MTR差异有统计学意义、且病例组MTR与Apgar评分呈正相关脑区为右额中叶、右颞极，呈负相关脑区则包括右舌叶及右梭状回(图5)。

图5 组间MTR差异有统计学意义、且病例组MTR与Apgar评分相关脑区 1a、1b、1c分别为轴位、矢状位、冠状位右颞极(红)重建图； 2a、2b、2c分别为轴位、矢状位、冠状位右额中回(红)重建图； 3a、3b、3c分别为轴位、矢状位、冠状位右舌叶(蓝色)重建图； 4a、4b、4c分别为轴位、矢状位、冠状位右梭状回(绿色)重建图

3 讨论

人脑白质髓鞘化始于胚胎期第6个月，生后2岁时髓鞘化程度接近成人的90%。在此过程中，T2信号从未髓鞘化的高信号转变为髓鞘化后的低信号。新生儿脑绝大部分白质尚未髓鞘化，T2WI呈高信号[3]。足月新生儿脑血供来源于两类动脉，包括趋脑室动脉(大脑前、中、后动脉皮质支穿支动脉自脑表面走行至脑室)和离脑室动脉(深部穿支动脉及脉络膜动脉自脑室外进入大脑)，缺氧缺血易引起分水岭区及皮层下白质损伤[4]，表现为T1WI低信号和T2WI高信号。T2WI高信号病灶易被未髓鞘化脑白质的高信号所掩盖，导致常规MRI难以诊断HIE。MTC技术可基于大分子蛋白结合水质子与自由水质子之间存在磁化传递作用而早期反映髓鞘及轴索变化。

本研究发现新生儿局部脑区MTR值为负值，可能为新生儿脑白质未完全髓鞘化而缺乏疏水性胆固醇和糖脂蛋白，致蛋白质分子和结合水含量升高或周围分子共振频率与质子共振频率接近，加速其T1弛豫所致。病例组受累脑区以右侧半球居多。髓鞘化始于脊髓，其形成方向大致自下至上、从中心到周边。RATNARAJAH等[5]认为髓鞘发育受多种因素影响，且存在左右半球不对称性，新生儿大脑左半球白质轴突连接高于右半球，左半球大脑区域较右半球髓鞘连接更好。新生儿大脑左半球发育较好、脑区受缺氧影响较小，而右侧异常脑区明显多于左侧，可能与此有关。

本研究病例组右侧舌回和梭状回MTR值高于对照组，且均与Apgar评分呈负相关，提示缺氧缺血程度越轻，髓鞘化越好。舌叶是初级视觉皮层的主要部分，VARGA等6]发现围产期新生儿缺氧性损害以枕叶初级视觉皮层损害最常见。梭状回与舌回均处于颞枕叶连接区，梭状回与枕叶、舌叶均有紧密白质连接[7]。舌回和梭状回主要与视觉功能相关。舌回为视觉初级处理中枢，梭状回则主要负责处理颜色信息以及识别人脸、文字等高阶视觉信息。新生儿从脱离母体开始视觉功能进入快速发展期，耗氧量增大，故该脑区对缺氧损害更敏感。

本研究病例组右额中回和右颞极MTR值低于对照组，且均与Apgar评分呈正相关，提示该脑区髓鞘化程度高于正常新生儿，即轻度缺血缺氧对该脑区髓鞘化具有促进作用。尽管新生儿尚未完全建立脑功能区，但其听觉从宫腔内接收声音时已开始发育[8-9]。额中回与颞叶听觉皮层的发育使胎儿能对母体的声音做出特定反应，闻及母体声音时，新生儿两侧额颞网络功能连接均增强[10]，故这部分脑区有优先发育可能。FAN等[11]发现年轻人经历短暂低氧可促进部分脑白质发育，但对其机制尚能做出合理解释。

轻度新生儿窒息脑损伤临床表现缺乏特异性。本研究病例组额叶、颞叶和枕叶多个脑区存在影像学异常表现，与TRIVEVDI等[12]研究结果相符，但后者观察对象为中重度HIE新生儿，常规MRI可见脑异常信号。本研究观察对象均为轻度窒息新生儿，常规MRI基本无异常，仅在采用MTC技术后相关受损脑区才显现，提示MTC适用于检查轻度窒息新生儿。

此外，本研究还发现轻度窒息新生儿存在额颞叶其他脑区损害，如左眶额皮质和左颞下回。眶额皮质功能主要为控制情绪，包括自动反应及复杂的喜怒哀乐等刺激反应。颞下回参与学习记忆及情绪控制。新生儿期颞叶功能尚未完全建立[13]，其功能损伤呈短暂性及可逆性。由于本研究收集的临床数据较少，无法对上述脑区改变进行合理解释。此外，本研究未充分考虑新生儿个体差异，且主要数据来自T1WI，亦未能排除水合氯醛对观察结果的影响。总之，MTC技术能检测轻度窒息新生儿缺血缺氧脑区；缺血缺氧主要导致新生儿右侧脑损害。