磁共振彌散張量成像技術(shù)在新生兒腦白質(zhì)發(fā)育中的研究

劉嶺嶺，孛茹婷，楊文君，李艷，田淑萍，邱穎萍，陳志強(qiáng)*

1.寧夏醫(yī)科大學(xué)，銀川 750004

2.寧夏醫(yī)科大學(xué)生育力保持教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川 750004

3.寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院放射科，銀川750004

4.寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院新生兒科，銀川 750004

腦發(fā)育是一個(gè)持久、有序、動(dòng)態(tài)的復(fù)雜過(guò)程，從胎兒期直到成年，新生兒期是腦白質(zhì)髓鞘化重要的階段。髓鞘發(fā)育已經(jīng)被證實(shí)與人類(lèi)的認(rèn)知發(fā)育密切相關(guān)[1]，常規(guī)MRI腦白質(zhì)許多宏觀結(jié)構(gòu)的改變是由于髓鞘損傷或發(fā)育不良導(dǎo)致的，故研究新生兒期髓鞘的發(fā)育具有重要的臨床價(jià)值。磁共振彌散張量成像(diffusion tensor imanging, DTI)是在彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imanging,DWI)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)，能無(wú)創(chuàng)、定量反映活體白質(zhì)內(nèi)水分子的彌散狀態(tài)，從而間接判斷髓鞘發(fā)育與完整性。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取我院新生兒科住院的44例新生兒為研究對(duì)象，包括23例適于胎齡早產(chǎn)兒和21例正常出生體重足月兒，均為生理性黃疸、臍炎、皮膚感染或咽下綜合征收住的患兒。6例因DTI圖像質(zhì)量欠佳，予以排除，剩余38例按胎齡分為3組，Ⅰ組為33～36 w，共12例，平均胎齡為(34.77±0.7) w；Ⅱ組為36～39 w，共12例，平均胎齡為(37.03±0.9) w；Ⅲ組為39～42 w，共14例，平均胎齡為(40.26±0.9) w。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，檢查前均取得受試者家屬同意，并與之簽訂知情同意書(shū)。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)所有研究對(duì)象均無(wú)神經(jīng)功能障礙的臨床表現(xiàn)及窒息史。(2)所有新生兒均接受常規(guī)MRI、DWI和DTI檢查，以滿(mǎn)足臨床診斷。(3)根據(jù)臨床表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)室檢查以及影像學(xué)表現(xiàn)，排除先天代謝性疾病、顱內(nèi)感染、膽紅素腦病、先天性畸形、腦白質(zhì)病變、腦出血及腦梗塞等疾病。(4)所有研究對(duì)象均在校正胎齡12個(gè)月時(shí)在門(mén)診復(fù)查，由兒科一名經(jīng)驗(yàn)豐富的副主任醫(yī)師采用Gesell發(fā)育量表對(duì)其進(jìn)行評(píng)估，包括適應(yīng)性、大運(yùn)動(dòng)、精細(xì)運(yùn)動(dòng)、語(yǔ)言、個(gè)人-社會(huì)5項(xiàng)，其發(fā)育商(developmental quotient, DQ)均≥85。

1.2 檢查方法

采用GE SignaTwin Speed 1.5 T MR掃描儀。于患兒深度睡眠時(shí)進(jìn)行掃描，不能入睡者給予5%水合氯醛50 mg/kg口服鎮(zhèn)靜，在檢查過(guò)程中注意受檢查的聽(tīng)力保護(hù)與保暖。先行常規(guī)軸位T1WI、T2WI、T2FLAIR、矢狀位T1WI及DWI掃描。DTI應(yīng)用單激發(fā)自旋平面回波成像(SE-EPI)序列進(jìn)行掃描，掃描參數(shù)：TR/TE=7000 ms/85.7 ms，F(xiàn)OV=24 cm×24 cm，彌散敏感梯度方向?yàn)?5，彌散敏感系數(shù)b值分別為0及1000 s/mm2，層厚4 mm，層間距0.5 mm，矩陣128×128，NEX=2。

在GE ADW 4.4工作站，利用FunctoolⅡ軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，自動(dòng)生成b=0 s/mm2圖與FA圖，以b=0 s/mm2圖及T1WI為解剖參照，選取雙側(cè)內(nèi)囊前肢、內(nèi)囊后肢、胼胝體膝部、胼胝體壓部、半卵圓中心層面前、中、后白質(zhì)為興趣區(qū)(region of interest, ROI)，每個(gè)ROI大小為(18±1)mm2，為了減少測(cè)量誤差，每個(gè)興趣區(qū)均測(cè)3次，然后取其平均值。

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

采用SPSS 19.0軟件包對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，F(xiàn)A值以±s表示，獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析左右大腦半球同一部位FA值有無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，腦白質(zhì)不同區(qū)域之間及相同部位不同胎齡組間FA值的差異運(yùn)用單因素方差分析，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

Ⅰ組檢查時(shí)間為3～14 d，平均為(7±3.57) d，Ⅱ組檢查時(shí)間為3～12 d，平均為(6.58±2.54) d，Ⅲ組檢查時(shí)間為3～13 d，平均為(7.57±3.55) d，3組行DTI檢查時(shí)間(F=0.30，P=0.74)無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

左右大腦半球相同部位的FA值差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)，故取兩側(cè)平均值進(jìn)行FA值分析。各胎齡組不同部位的FA值見(jiàn)表1。

除了半卵圓中心層面中部白質(zhì)外，深部腦白質(zhì)的FA值均高于外周腦白質(zhì)，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。各組中，胼胝體壓部FA值最高，內(nèi)囊后肢次之，內(nèi)囊前肢最低，除了Ⅰ組胼胝體壓部外，深部腦白質(zhì)各興趣區(qū)兩兩比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。在外周腦白質(zhì)中，半卵圓中心層面前、后部腦白質(zhì)FA值的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)，中部腦白質(zhì)FA值均高于前、后部腦白質(zhì)，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(除Ⅲ組半卵圓中心層面后部腦白質(zhì)外)，見(jiàn)表2（如圖1～3）。

Ⅲ組各興趣區(qū)FA值均高于Ⅰ組，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。Ⅰ組與Ⅱ組相比，半卵圓中心前部白質(zhì)、內(nèi)囊后肢、前肢、胼胝體壓部有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；Ⅱ組與Ⅲ組相比，半卵圓中心前、后部白質(zhì)、胼胝體膝部有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，見(jiàn)表3。

表1 各胎齡組不同部位的FA值Tab.1 Different regions of the fractional anisotropy values for each gestational age group

圖1 正常男性早產(chǎn)兒，年齡4天，胎齡35+3周 圖2 正常男性足月兒，年齡5天，胎齡37+3周 圖3 正常男性足月兒，年齡3天，40+5周圖(1～3)A、B圖為T(mén)1WI各興趣區(qū)取值層面，圖(1～3)C、D圖為與之相應(yīng)的FA圖層面，圖C、D示雙側(cè)內(nèi)囊與胼胝體呈各向異性較高的紅色，半卵圓中心各向異性次之，呈綠色，周?chē)X組織各向異性最低，呈藍(lán)色。隨著胎齡的增長(zhǎng)，半卵圓中心及基底節(jié)層面纖維束走形區(qū)紅色與綠色增多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 同胎齡組不同部位FA值之間的比較(P值)Tab.2 Comparisons of different regional FA in the same gestational age group(P values)

3 討論

髓鞘是由少突膠質(zhì)細(xì)胞逐漸向鄰近的軸突延伸并融合形成的一層原生質(zhì)膜，隨著年齡的增長(zhǎng)，圍繞軸突的少突膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)目逐漸增多，呈同心圓狀包裹軸突。出生后軸突數(shù)量不再增加，因此髓鞘化是新生兒腦發(fā)育成熟的標(biāo)志之一，是腦發(fā)育過(guò)程的重要組成部分。FA值隨髓鞘化的進(jìn)展逐漸升高，可以反映成熟度[2]。國(guó)內(nèi)外有相關(guān)研究[3-4]運(yùn)用DTI評(píng)估嬰幼兒或2歲以?xún)?nèi)小兒腦白質(zhì)發(fā)育規(guī)律，但其組內(nèi)年齡跨度較大，沒(méi)有詳細(xì)研究新生兒腦發(fā)育，本研究將新生兒胎齡細(xì)分，使其研究結(jié)果更具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

表3 不同胎齡組相同部位FA值之間的比較(P值)Tab.3 Comparisons of the same regional FA between the different gestational age groups(P values)

嬰幼兒腦白質(zhì)發(fā)育分為兩個(gè)階段，預(yù)髓鞘化階段及髓鞘化階段，預(yù)髓鞘化階段FA值快速增加與軸突細(xì)胞骨架微管蛋白的成熟、軸突直徑增加、Na+離子通道活性的增加以及少突細(xì)胞增殖形成髓鞘前體等因素有關(guān)，髓鞘化階段FA值增加與白質(zhì)區(qū)髓鞘的逐漸修飾成熟及細(xì)胞外間隙縮小相一致[5]。本研究結(jié)果顯示Ⅲ組的FA值明顯高于Ⅰ組，此結(jié)果與上述腦白質(zhì)發(fā)育過(guò)程相一致，但相鄰胎齡組比較時(shí)，只有部分興趣區(qū)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，且Ⅰ與Ⅱ、Ⅱ與Ⅲ相比，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的解剖部位也不相同，筆者分析除了各組間胎齡差距較小外，還可能與各組樣本量不足有關(guān)。

本研究資料顯示，除了半卵圓中心層面中部白質(zhì)外，外周腦白質(zhì)FA值均低于深部腦白質(zhì)。孕中期時(shí)，深部白質(zhì)軸突已經(jīng)開(kāi)始有序排列，而外周白質(zhì)幾乎無(wú)髓鞘化，且排列疏松[6]，故深部腦白質(zhì)各向異性程度高，相應(yīng)FA值較高。在深部腦白質(zhì)中，胼胝體壓部FA值最高，內(nèi)囊后肢次之，除Ⅰ組外，胼胝體壓部與內(nèi)囊后肢之間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。Dubois等[7]在研究中提到內(nèi)囊后肢髓鞘化開(kāi)始于孕晚期，而胼胝體在出生后才開(kāi)始逐漸髓鞘化。Sadeghi等[8]在研究早期腦白質(zhì)發(fā)育規(guī)律時(shí)，發(fā)現(xiàn)胼胝體壓部垂直彌散張量較內(nèi)囊后肢高，提出胼胝體壓部FA值較高可能與此處纖維排列較緊密有關(guān)。此外，本研究結(jié)果中內(nèi)囊后肢FA值高于內(nèi)囊前肢，胼胝體壓部高于膝部，這與新生兒腦髓鞘發(fā)育規(guī)律相一致。Barkovich等[9]運(yùn)用常規(guī)MRI評(píng)估正常新生兒和嬰幼兒腦白質(zhì)發(fā)育時(shí)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)囊后肢先發(fā)育，2～3個(gè)月時(shí)，髓鞘化逐漸涉及到內(nèi)囊前肢。Miao等[10]等運(yùn)用DTI技術(shù)研究新生兒腦白質(zhì)發(fā)育時(shí)，亦得出內(nèi)囊后肢FA值高于內(nèi)囊前肢。胼胝體纖維與腦功能區(qū)有對(duì)應(yīng)關(guān)系，膝部纖維主要連接兩側(cè)額葉前部，壓部主要接受來(lái)自顳枕葉及部分頂葉的纖維，胼胝體壓部纖維與枕葉的視覺(jué)區(qū)有關(guān)，視覺(jué)功能的發(fā)育早于額葉前部高級(jí)功能區(qū)[11],相應(yīng)連接雙側(cè)功能區(qū)的纖維發(fā)育較早，故胼胝體壓部發(fā)育早于膝部。在外周腦白質(zhì)中，半卵圓中心層面中部的FA值高于前、后部白質(zhì)，前、后部白質(zhì)之間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。Provenzale等[6]在研究新生兒期腦白質(zhì)發(fā)育狀態(tài)時(shí)，亦發(fā)現(xiàn)額葉和頂葉皮層下白質(zhì)的FA值之間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在半卵圓中心層面，中部白質(zhì)FA值較高可能與內(nèi)囊纖維束在此走行較集中有關(guān)。

本研究結(jié)果顯示左右大腦半球?qū)ΨQ(chēng)部位FA值均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但雙側(cè)大腦半球在一些功能方面是不對(duì)稱(chēng)的，如語(yǔ)言中樞大多數(shù)位于左側(cè)大腦半球，右側(cè)大腦半球主要感知非語(yǔ)言信息、圖像、文字及時(shí)空概念。Nagy等人[12]對(duì)23名正常兒童及青少年進(jìn)行白質(zhì)成熟與認(rèn)知功能發(fā)育相關(guān)性研究時(shí)，也發(fā)現(xiàn)功能區(qū)的不對(duì)稱(chēng)性，如工作記憶能力與左額葉兩個(gè)腦區(qū)的FA值呈正相關(guān)，閱讀能力只與左顳葉FA值呈正相關(guān)。功能是由結(jié)構(gòu)決定的，故雙側(cè)大腦半球在結(jié)構(gòu)上也應(yīng)該存在不對(duì)稱(chēng)性。Hopkins WD等人[13]運(yùn)用MRI成像技術(shù)研究黑猩猩皮層厚度時(shí)，發(fā)現(xiàn)在大腦皮層諸多興趣區(qū)中，右側(cè)皮層厚度大于左側(cè)，而左側(cè)的白質(zhì)體積大于右側(cè)。Rilling等人[14]采用彌散張量成像及概率跟蹤算法比較成年黑猩猩背部及腹部語(yǔ)言通路時(shí)，得出黑猩猩左側(cè)連接顳上回及額下回的弓狀纖維束較右側(cè)占優(yōu)勢(shì)的結(jié)論。本結(jié)果中的FA值沒(méi)能反映出雙側(cè)大腦半球微小解剖結(jié)構(gòu)的差異，后續(xù)研究將結(jié)合軸位彌散張量和垂直彌散張量,以反映髓鞘更為精細(xì)的解剖結(jié)構(gòu)的變化[15]。

綜上所述，新生兒腦組織FA值隨胎齡增長(zhǎng)逐漸增高，不同部位的FA值不同，可表現(xiàn)出一定的發(fā)育次序，因此DTI可以定量評(píng)估腦白質(zhì)的發(fā)育程度。但本研究中FA值沒(méi)能反應(yīng)出腦白質(zhì)的細(xì)微差異，后續(xù)將借助更先進(jìn)的后處理軟件進(jìn)一步深入研究新生兒腦白質(zhì)發(fā)育。

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