MR磁化傳遞對(duì)比成像觀察新生兒輕度窒息

井清清，王建騰，林建忠，楊天和，馬小敏，張 杰，馮 浩，趙 鋒，黃 鑫

(1.廈門大學(xué)附屬婦女兒童醫(yī)院 廈門市婦幼保健院放射科，福建 廈門 361004；2.廈門大學(xué)附屬中山醫(yī)院磁共振科，福建 廈門 361004)

新生兒窒息可致新生兒缺氧缺血性腦病(hypoxic-ischemic encephalopathy, HIE)，為新生兒死亡及兒童智力低下、致殘的主要原因之一[1]。Apgar評(píng)分結(jié)合臍動(dòng)脈血?dú)夥治隹稍\斷新生兒窒息，并評(píng)估其嚴(yán)重程度[2]。輕度窒息新生兒中樞系統(tǒng)常規(guī)MRI多無異常，且新生兒腦白質(zhì)T2WI呈高信號(hào)，與早期或輕微白質(zhì)水腫信號(hào)存在重疊，故常規(guī)MRI診斷輕度窒息困難。MR磁化傳遞對(duì)比(magnetization transfer contrast, MTC)成像又稱磁化轉(zhuǎn)移，通過物理方法，無需對(duì)比劑即可增加圖像對(duì)比度，其本質(zhì)是分析氫質(zhì)子在自由水、結(jié)合水及蛋白大分子之間的能量傳遞過程。本研究觀察MTC成像在輕度窒息新生兒中的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2019年9月—2020年7月41例接受頭部MR檢查的新生兒，其中16例輕度窒息(存在氣促等缺氧癥狀，Apgar評(píng)分<10分，病例組)，1例圖像偽影融合失敗而剔除，最終納入15例。以同期25名正常新生兒為對(duì)照組，Apgar評(píng)分10分、臍動(dòng)脈血?dú)夥治稣！?組出生孕周、性別、出生體質(zhì)量、出生至接受MR檢查時(shí)間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，見表1。本研究經(jīng)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)授權(quán)，且監(jiān)護(hù)人均簽署知情同意書。

表1 2組新生兒基本資料比較

1.2 儀器與方法 采用GE Signa HDxt 1.5T MR機(jī)，8HRBRAIN頭陣相控線圈。掃描前15 min予口服(0.5 ml/kg體質(zhì)量)水合氯醛(100 g/L)，待新生兒睡熟后將其裹緊安置于檢查床，雙外耳道塞降噪棉，以海綿固定頭部，并予心電監(jiān)護(hù)。先行常規(guī)T1W等掃描，除外腦部發(fā)育畸形和出血等，之后采集3D-T1WI及 MTC-T1WI。T1WI及MTC-T1WI參數(shù)均為TR 390 ms、TE 9 ms，矩陣320×224，F(xiàn)OV 180 mm×180 mm，層厚4 mm、層間距2 mm；3D-T1WI采用快速擾相梯度回波(fast spoiled gradient echo， FSPGR)序列，TR 9.2 ms、TE 2.9 ms，矩陣256×256，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，層厚1.2 mm，無間隔掃描。

1.3 圖像處理及分析 將T1WI、MTC-T1WI和3D-T1WI轉(zhuǎn)換為三維NII文件，以牛津大學(xué)FSL 6.01(https://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki)軟件進(jìn)行后處理：①將MTC剛性配準(zhǔn)到正常MTC(normal MTC，

NMTC)模板，計(jì)算磁化傳遞率(magnetization transfer ratio， MTR)：MTR=(S0-Smt)/S0(S0、Smt表示MTC成像前后組織信號(hào)強(qiáng)度)；②將NMTC剛性配準(zhǔn)到自身3D T1WI，獲得剛性變換矩陣；③將3D T1WI非線性配準(zhǔn)到UNC Infant 0-1-2 Atlases(https://www.med.unc.edu/bric/ideagroup/free-softwares/unc-infant-0-1-2-atlases)新生兒腦模板，獲得非線性變換矩陣；④根據(jù)②、③得到空間標(biāo)準(zhǔn)化MTR圖像，高斯平滑核尺寸為3 mm。而后進(jìn)行圖像分析：①采用AFNI(https://afni.nimh.nih.gov/)軟件進(jìn)行組間獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，提取差異腦區(qū)MTR值；②采用3dRegAna(AFNI插件)對(duì)病例組進(jìn)行MTR與Apgar評(píng)分回歸分析，行AlphaSim校正，獲得P<0.05、簇>100體素的差異腦區(qū)；③按簇于病例組左右側(cè)異常腦區(qū)中自大到小分別選取14個(gè)腦區(qū)(最小簇體素>60 mm3)，以t檢驗(yàn)對(duì)比兩側(cè)異常腦區(qū)體素差異，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 組間MTR差異腦區(qū) 相比對(duì)照組，病例組MTR降低腦區(qū)包括右顳極、左顳下回、左額上回、右緣上回、右眶額皮質(zhì)、左額中葉、右額中回及左上額葉；MTR顯著增加腦區(qū)集中于右側(cè)，包括右梭狀回、右頂葉下回、右枕中回、右顳中回、右顳下回、右顳上極、右楔葉、右角回、右舌回及右顳上回。見表2及圖1、2。

圖1 組間各腦區(qū)MTR比較 (橙色為病例組，藍(lán)色為對(duì)照組)

表2 組間MTR差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義腦區(qū)坐標(biāo)及體素

2.2 相關(guān)性 回歸分析顯示，病例組MTR與Apgar評(píng)分呈正相關(guān)腦區(qū)包括左中央后回、右顳下葉(前)、右額中回、右顳上極、左眶額皮質(zhì)及右顳下葉(后)；呈負(fù)相關(guān)腦區(qū)包括右殼核、右眶額皮質(zhì)、左杏仁核、右顳下回、左舌回、右舌回、左顳中回、左枕中回、延髓及右梭狀回。見表3及圖3、4。

表3 病例組MTR與Apgar評(píng)分相關(guān)腦區(qū)坐標(biāo)及體素

圖2 組間MTR差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的腦區(qū)分布圖 (黃色為病例組MTR降低腦區(qū)，藍(lán)色為病例組MTR增高腦區(qū))

圖3 病例組MTR與Apgar評(píng)分相關(guān)腦區(qū)分布圖 (紅色為正相關(guān)腦區(qū)，綠色為負(fù)相關(guān)腦區(qū))

圖4 病例組各腦區(qū)MTR與Apgar評(píng)分相關(guān)性散點(diǎn)圖

2.3 左右腦差異 病例組右側(cè)異常腦區(qū)體素為(271.21±82.86)mm3，左側(cè)為(109.86±74.05)mm3(t=2.04，P=0.04)。

組間MTR差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義、且病例組MTR與Apgar評(píng)分呈正相關(guān)腦區(qū)為右額中葉、右顳極，呈負(fù)相關(guān)腦區(qū)則包括右舌葉及右梭狀回(圖5)。

圖5 組間MTR差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義、且病例組MTR與Apgar評(píng)分相關(guān)腦區(qū) 1a、1b、1c分別為軸位、矢狀位、冠狀位右顳極(紅)重建圖； 2a、2b、2c分別為軸位、矢狀位、冠狀位右額中回(紅)重建圖； 3a、3b、3c分別為軸位、矢狀位、冠狀位右舌葉(藍(lán)色)重建圖； 4a、4b、4c分別為軸位、矢狀位、冠狀位右梭狀回(綠色)重建圖

3 討論

人腦白質(zhì)髓鞘化始于胚胎期第6個(gè)月，生后2歲時(shí)髓鞘化程度接近成人的90%。在此過程中，T2信號(hào)從未髓鞘化的高信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樗枨驶蟮牡托盘?hào)。新生兒腦絕大部分白質(zhì)尚未髓鞘化，T2WI呈高信號(hào)[3]。足月新生兒腦血供來源于兩類動(dòng)脈，包括趨腦室動(dòng)脈(大腦前、中、后動(dòng)脈皮質(zhì)支穿支動(dòng)脈自腦表面走行至腦室)和離腦室動(dòng)脈(深部穿支動(dòng)脈及脈絡(luò)膜動(dòng)脈自腦室外進(jìn)入大腦)，缺氧缺血易引起分水嶺區(qū)及皮層下白質(zhì)損傷[4]，表現(xiàn)為T1WI低信號(hào)和T2WI高信號(hào)。T2WI高信號(hào)病灶易被未髓鞘化腦白質(zhì)的高信號(hào)所掩蓋，導(dǎo)致常規(guī)MRI難以診斷HIE。MTC技術(shù)可基于大分子蛋白結(jié)合水質(zhì)子與自由水質(zhì)子之間存在磁化傳遞作用而早期反映髓鞘及軸索變化。

本研究發(fā)現(xiàn)新生兒局部腦區(qū)MTR值為負(fù)值，可能為新生兒腦白質(zhì)未完全髓鞘化而缺乏疏水性膽固醇和糖脂蛋白，致蛋白質(zhì)分子和結(jié)合水含量升高或周圍分子共振頻率與質(zhì)子共振頻率接近，加速其T1弛豫所致。病例組受累腦區(qū)以右側(cè)半球居多。髓鞘化始于脊髓，其形成方向大致自下至上、從中心到周邊。RATNARAJAH等[5]認(rèn)為髓鞘發(fā)育受多種因素影響，且存在左右半球不對(duì)稱性，新生兒大腦左半球白質(zhì)軸突連接高于右半球，左半球大腦區(qū)域較右半球髓鞘連接更好。新生兒大腦左半球發(fā)育較好、腦區(qū)受缺氧影響較小，而右側(cè)異常腦區(qū)明顯多于左側(cè)，可能與此有關(guān)。

本研究病例組右側(cè)舌回和梭狀回MTR值高于對(duì)照組，且均與Apgar評(píng)分呈負(fù)相關(guān)，提示缺氧缺血程度越輕，髓鞘化越好。舌葉是初級(jí)視覺皮層的主要部分，VARGA等6]發(fā)現(xiàn)圍產(chǎn)期新生兒缺氧性損害以枕葉初級(jí)視覺皮層損害最常見。梭狀回與舌回均處于顳枕葉連接區(qū)，梭狀回與枕葉、舌葉均有緊密白質(zhì)連接[7]。舌回和梭狀回主要與視覺功能相關(guān)。舌回為視覺初級(jí)處理中樞，梭狀回則主要負(fù)責(zé)處理顏色信息以及識(shí)別人臉、文字等高階視覺信息。新生兒從脫離母體開始視覺功能進(jìn)入快速發(fā)展期，耗氧量增大，故該腦區(qū)對(duì)缺氧損害更敏感。

本研究病例組右額中回和右顳極MTR值低于對(duì)照組，且均與Apgar評(píng)分呈正相關(guān)，提示該腦區(qū)髓鞘化程度高于正常新生兒，即輕度缺血缺氧對(duì)該腦區(qū)髓鞘化具有促進(jìn)作用。盡管新生兒尚未完全建立腦功能區(qū)，但其聽覺從宮腔內(nèi)接收聲音時(shí)已開始發(fā)育[8-9]。額中回與顳葉聽覺皮層的發(fā)育使胎兒能對(duì)母體的聲音做出特定反應(yīng)，聞及母體聲音時(shí)，新生兒兩側(cè)額顳網(wǎng)絡(luò)功能連接均增強(qiáng)[10]，故這部分腦區(qū)有優(yōu)先發(fā)育可能。FAN等[11]發(fā)現(xiàn)年輕人經(jīng)歷短暫低氧可促進(jìn)部分腦白質(zhì)發(fā)育，但對(duì)其機(jī)制尚能做出合理解釋。

輕度新生兒窒息腦損傷臨床表現(xiàn)缺乏特異性。本研究病例組額葉、顳葉和枕葉多個(gè)腦區(qū)存在影像學(xué)異常表現(xiàn)，與TRIVEVDI等[12]研究結(jié)果相符，但后者觀察對(duì)象為中重度HIE新生兒，常規(guī)MRI可見腦異常信號(hào)。本研究觀察對(duì)象均為輕度窒息新生兒，常規(guī)MRI基本無異常，僅在采用MTC技術(shù)后相關(guān)受損腦區(qū)才顯現(xiàn)，提示MTC適用于檢查輕度窒息新生兒。

此外，本研究還發(fā)現(xiàn)輕度窒息新生兒存在額顳葉其他腦區(qū)損害，如左眶額皮質(zhì)和左顳下回。眶額皮質(zhì)功能主要為控制情緒，包括自動(dòng)反應(yīng)及復(fù)雜的喜怒哀樂等刺激反應(yīng)。顳下回參與學(xué)習(xí)記憶及情緒控制。新生兒期顳葉功能尚未完全建立[13]，其功能損傷呈短暫性及可逆性。由于本研究收集的臨床數(shù)據(jù)較少，無法對(duì)上述腦區(qū)改變進(jìn)行合理解釋。此外，本研究未充分考慮新生兒個(gè)體差異，且主要數(shù)據(jù)來自T1WI，亦未能排除水合氯醛對(duì)觀察結(jié)果的影響?？傊琈TC技術(shù)能檢測輕度窒息新生兒缺血缺氧腦區(qū)；缺血缺氧主要導(dǎo)致新生兒右側(cè)腦損害。