扩散峰度成像和三维增强T2*加权血管成像评估早产儿缺血缺氧性脑损伤

摘要

第一部分磁共振扩散峰度成像在早产儿脑发育中的应用研究
　　目的：探索早产儿脑发育过程中扩散峰度成像(diffusional kurtosis imaging，DKI)参数值的变化特点。
　　材料和方法：收集35例早产儿和10例足月儿行常规磁共振和扩散峰度成像，其中早产儿胎龄（gestational age，GA）为29-36周，MR扫描时的纠正胎龄（postmenstrual age，PMA）为33-44周；足月儿胎龄为37.4-40.7周，MR扫描时的纠正胎龄为38.3-42.9周。手动放置ROI于双侧内囊后肢、胼胝体膝压部、放射冠、额顶叶白质和相应的皮层灰质、豆状核、丘脑。在相应的参数图上计算出各向异性分数（fractional anisotropy，FA）、平均扩散度（mean diffusivity，MD）、平均峰度（mean kurtosis，MK）、轴向峰度（axial kurtosis，KA）和径向峰度（radial kurtosis，KR）。比较不同脑区的DKI参数值随PMA的变化规律，同一受试者不同白质区发育程度的差异，并比较纠正足月的早产儿与足月儿之间的发育差异。
　　结果：大多数白质区域(如内囊后肢和胼胝体压部)的MK值和FA值与PMA呈正相关，MK值的变化主要与KR值变化有关。深部灰质核团的MK值与PMA的相关性较FA值与PMA的相关性高（早产儿组豆状核区域r=0.783 vs0.346；丘脑区域r=0.719 vs0.648）。皮层灰质的MK值与 PMA呈负相关（早产儿组额叶皮层灰质 r=-0.453；顶叶皮层灰质r=-0.608），而FA值与PMA没有相关性。MK值从内囊后肢到脑叶白质逐渐减低（0.44-0.21），较FA值更符合组织学上的脑白质发育顺序。另外，早产儿组的DKI参数在顶叶白质和顶叶皮层灰质表现出细微的差异。
　　结论：MK值的变化受到相对成熟髓鞘化的影响较大，可作为观察白质髓鞘化发育较为可靠的指标，并且有助于理解灰质发育特点。
　　第二部分应用扩散峰度成像基于ROI和基于纤维束示踪的空间统计方法显示纠正足月早产儿白质纤维束微结构异常
　　目的：研究扩散峰度成像（diffusional kurtosis imaging，DKI）检测早产儿缺血缺氧性脑损伤（hypoxic-ischemic injury, HI）的可行性。
　　材料和方法：30例纠正足月的早产儿和13例足月儿行常规磁共振和扩散峰度成像，分别应用手动测量感兴趣区（regions of interest，ROI）和全脑基于纤维束示踪空间统计（tract based spatial statistic，TBSS）两种后处理方法分析两组间DKI参数的差异。ROI放置参考文献描述的常见损伤部位，分别于胼胝体压部、基底节层面内囊后肢和枕叶白质、半卵圆中心层面额顶叶白质和中心白质区。主要的DKI参数包括各向异性分数（fractional anisotropy，FA）、平均扩散度（mean diffusivity，MD）、平均峰度（mean kurtosis，MK）轴向扩散峰度值（Axial Kurtosis，KA）和径向扩散峰度值（Radial Kurtosis，KR）。
　　结果：早产儿组病变区域白质损伤主要表现为FA值减低、D值升高及K值的减低。ROI法所示受累部位主要位于半卵圆中心白质和顶叶白质区。TBSS后处理方法显示双侧额枕下束（Inferior fronto-occipital fasciculus, IFOF）、双侧下纵束（Inferior longitudinal fasciculus, ILF）、双侧上纵束（Superior longitudinal fasciculus, SLF）、左侧扣带（Cingulum）、左侧钩束（Uncinate fasciculus, UNC）、左侧皮质脊髓束（Corticospinal tract, CST）、左侧丘脑前辐射（Anterior thalamic radiation, ATR）、胼胝体辐射线枕部（Forceps major）的FA值减低；双侧额枕下束、双侧下纵束、左侧上纵束、双侧扣带、双侧钩束、双侧皮质脊髓束、双侧丘脑前辐射、胼胝体辐射线枕部、胼胝体体部和胼胝体压部的MD值升高；右侧丘脑前辐射、双侧扣带、右侧皮质脊髓束、右侧上放射冠（Superior corona radiate，SCR）、胼胝体辐射线枕部、胼胝体体部和胼胝体压部的KR值减低。两组之间的MK和KA值没有统计学差异。另外，ROI法尚可见病例组胼胝体压部的MK值减低、左枕叶白质的MD值减低以及额叶白质FA值和KA值升高。
　　结论：应用ROI方法和TBSS法均可有效检测到早产儿缺血缺氧性脑损伤所致的白质微结构改变。早产儿缺血缺氧性损伤可广泛累及脑内白质纤维束，包括主要的联合纤维（额枕下束、下纵束、上纵束、扣带、钩束）、连合纤维（胼胝体体部和胼胝体压部）和投射纤维（皮质脊髓束、丘脑前辐射），这些白质纤维束的细微损伤可以由扩散峰度成像评估，主要表现为径向扩散参数的变化，提示少突胶质细胞前体细胞损伤，进而影响其进一步分化为成熟的髓鞘。
　　第三部分三维增强T2*加权血管成像评估早产儿缺血缺氧脑损伤后深部髓静脉受累情况
　　目的：早产儿缺血缺氧性脑损伤的预后与损伤形式和损伤程度有关，应用三维增强T2*加权血管成像(enhanced T2*weighted angiography，ESWAN)，评估不同程度早产儿缺血缺氧脑损伤后深部髓静脉(deep medullary veins，DMVs)受累情况。
　　材料和方法：50例纠正足月的早产儿行常规磁共振扫描、弥散加权成像以及三维增强T2*加权血管成像。根据常规磁共振成像评估缺血缺氧性脑损伤的损伤形式和损伤程度，并以损伤程度进行分组。在ESWAN序列相位图上的侧脑室体部及半卵圆中心层面，应用七分法评估深部髓静脉。同时在表观扩散系数图（apparent diffusion coefficient，ADC）上测量半卵圆中心层面前额叶白质、中心白质和顶叶白质的ADC值。比较不同损伤程度的早产儿组之间、早产儿组与足月对照组之间DMVs评分的差异，并比较相应区域ADC值的变化。
　　结果：根据常规磁共振将早产儿组分为基底节损伤组（basal ganglia injury，BGI）、多发点状白质损伤/囊性侧脑室周围白质软化/弥漫性脑白质高信号组（multiple punctate white matter lesions/periventricular leukomalacia/diffuse excessive high signal intensity，PWML/PVL/DEHSI）、脑出血III-IV度组（hemorrhage III-IV，HE III-IV）、脑出血I-II度组（hemorrhage I-II，HE I-II）以及正常早产儿脑表现组（normal-appearing，NA）。BGI组、PWML/PVL/DEHSI组及HE III-IV组的DMVs评分低于HE I-II组和NA组，且缺血缺氧性脑损伤早产儿组的DMVs评分均低于足月对照组。另外，缺血缺氧性脑损伤早产儿组半卵圆中心的ADC值低于足月对照组，但是很难通过ADC值将不同损伤程度的早产儿组之间区分开来。
　　结论：深部髓静脉的表现是评估缺血缺氧性脑损伤的很有意义的指标之一，评分较低能直接反映缺血缺氧性脑损伤患儿血液动力学的改变，间接提示髓鞘化进程受损/延迟。在临床实践中可用以辅助弥散加权成像进行预后判断。

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第一部分 磁共振扩散峰度成像在早产儿脑发育中的应用研究

前言

材料和方法

结果

讨论

参考文献

第二部分 应用扩散峰度成像基于ROI和基于纤维束示踪的空间统计方法显示纠正足月早产儿白质纤维束微结构异常

前言

材料和方法

结果

讨论

参考文献

第三部分三维增强T2*加权血管成像评估早产儿缺血缺氧脑损伤后深部髓静脉受累情况

前言

材料和方法

结果

讨论

参考文献

综述: 早产儿脑发育及缺血缺氧性脑损伤的磁共振研究进展

附录 博士在读期间发表的文章及参加的国内外会议

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