表觀擴(kuò)散系數(shù)直方圖在評(píng)估無(wú)灶性腦癱患兒腦損傷的應(yīng)用價(jià)值*

邊傳振 朱美嬌 鮑 超 陳 棟 楊 明*

腦癱(cerebral palsy，CP)，又稱腦性癱瘓，是由大腦先天性發(fā)育缺陷或獲得性非進(jìn)行性腦損傷所致，患病率約為2.0‰～3.5‰[1]。CP的腦部病理改變主要是腦白質(zhì)損傷，腦部發(fā)育異常、顱內(nèi)出血及腦部缺氧引起腦損傷的重要因素，對(duì)于某些進(jìn)行常規(guī)CT和磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)檢查，未見異常病變征象，但有較明顯的相關(guān)臨床癥狀的患兒，稱之為無(wú)灶性CP[2-3]。目前，對(duì)無(wú)灶性CP的磁共振研究主要集中在彌散張量成像(diffusion tensor image，DTI)及血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent，BOLD)等腦功能[4]方面，尚未見采用表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)直方圖技術(shù)觀察無(wú)灶性CP患兒腦改變的報(bào)道。基于此，本研究采用ADC直方圖技術(shù)分析CP患兒的腦改變，從而以數(shù)值方式評(píng)估其腦損傷程度，為CP患兒發(fā)病機(jī)理的研究提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017年1月至2019年6月在南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院針灸康復(fù)科確診為CP，并在南京醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院診治行MRI檢查的36例1～5歲患兒頭顱MRI圖像為CP組；同期選取35名無(wú)中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變的1～5歲兒童的MRI頭部圖像為對(duì)照組。CP組中男性患兒19例，女性患兒17例；平均年齡為(2.68±0.55)歲。對(duì)照組中男性患兒16例，女性患兒19例；平均年齡為(3.09±0.46)歲；兩組間性別差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，具有可比性。本研究經(jīng)南京醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院倫理委員會(huì)審批通過(guò)后進(jìn)行，所有受試者家屬均簽署知情同意書。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 CP組

(1)納入標(biāo)準(zhǔn)：①有CP相關(guān)的臨床癥狀；②患兒在接受補(bǔ)腎健腦針法前行MRI檢查；③年齡在1～5歲之間；④圖像質(zhì)量滿足診斷需求且常規(guī)圖像無(wú)法顯示顱腦病變。

(2)排除標(biāo)準(zhǔn)：①由于肌肉或骨骼病變引起的類似CP癥狀的患兒；②合并中樞神經(jīng)系統(tǒng)器質(zhì)性病變的患兒；③合并有先天性心臟病、腦水腫、顱高壓、肝腎功能不全、精神病的患兒；④其他不符合納入標(biāo)準(zhǔn)的患兒。

1.2.2 對(duì)照組

(1)納入標(biāo)準(zhǔn)：①由南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院針灸康復(fù)科確診為周圍神經(jīng)病變引起的面神經(jīng)麻痹或面癱的患兒；②由南京醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院眼科確診為視神經(jīng)或眼內(nèi)肌肉病變引起的斜視或視力異常的患兒；③顱面部包塊無(wú)其他病史的患兒；④圖像質(zhì)量滿足診斷需求；⑤年齡1～5歲且除上述癥狀外無(wú)其他病史。

(2)排除標(biāo)準(zhǔn)：①由中樞神經(jīng)系統(tǒng)器質(zhì)性病變引起上述癥狀的患兒；②合并有其他基礎(chǔ)病變的患兒；③其他不符合納入標(biāo)準(zhǔn)的患兒。

1.3 設(shè)備儀器

采用Philips Ingenia 3.0T MRI掃描儀(荷蘭飛利浦公司)，DS head coil 3.0T數(shù)字頭顱線圈(荷蘭飛利浦公司)。

1.4 檢查方法

使用Ingenia 3.0T MRI掃描儀，DS head coil 3.0T數(shù)字頭顱線圈進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，不配合患兒掃描前口服5%水合氯醛，劑量為1 ml/kg，待其熟睡后進(jìn)行頭顱MR掃描。檢查序列包括常規(guī)矢狀位T1加權(quán)圖(sagittal T1weight image，Sag-T1WI)、橫斷位T1加權(quán)圖(transverse T1weight image，TRA-T1WI)、橫斷位T2加權(quán)圖(transverse T2weight image，TRAT2WI)、橫斷位液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列圖(transverse fluid attenuated inversion recovery，TRA-FLAIR)以及橫斷位彌散加權(quán)圖(transverse diffusion weighted imaging，TRA-DWI)，若患兒出現(xiàn)不適或者其他緊急情況，立刻終止檢查。頭顱MRI掃描參數(shù)見表1[6]。

1.5 圖像處理

由一位主治醫(yī)師和一位主管技師進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，選取內(nèi)囊后肢所在層面測(cè)量ADC直方圖：①將內(nèi)囊后肢ADC圖像導(dǎo)入ImageJ軟件；②在軟件內(nèi)手動(dòng)勾畫出層面整體腦區(qū)(去除腦脊液)作為感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)；③重建出ADC直方圖；④利用MRIcron軟件獲取ADC第5百分位數(shù)(ADC 5th)至第95百分位數(shù)(ADC 95th)值，間隔5%的各百分位數(shù)ADC值、ADC平均值(ADCmean)、ADC峰值(ADCpeak)、ADC最小值(ADCmin)、峰度、偏度和熵[7]。取兩位測(cè)量者的平均值為最終值。

1.6 CP患兒評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

采用粗大運(yùn)動(dòng)功能測(cè)試量表(grossmotor function measure，GMFM)對(duì)CP組患兒進(jìn)行評(píng)分，包括臥位與翻身(A)、坐位(B)、跪與爬(C)、站立(D)、行走和跑與跳(E)共5功能區(qū)，采用Russell0-3級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：①0分，表示完全不能完成某動(dòng)作；②1分，表示完成要求動(dòng)作的≤10%；③2分，表示能按要求完成動(dòng)作的10%～100%；④3分，表示能順利完成某要求動(dòng)作。功能區(qū)得分計(jì)算為公式1：

表1 頭顱MRI檢查常規(guī)掃描序列參數(shù)

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，兩組百分比ADC值、ADCmean、ADCmin、ADCpeak及直方圖圖形的偏度、峰度和熵采用均值±標(biāo)準(zhǔn)差()表示，兩組測(cè)量值采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行分析，將CP組患兒直方圖參數(shù)與粗大運(yùn)動(dòng)評(píng)分進(jìn)行相關(guān)分析，采用x2檢驗(yàn)對(duì)兩組的性別差異進(jìn)行分析，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組各參數(shù)間的差異

CP組患兒的ADC 5th至ADC 95th值均高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=7.43，t=8.29，t=6.82，t=9.35，t=6.85，t=5.07，t=8.52，t=8.17，t=9.35，t=4.99，t=8.25，t=8.22，t=8.27，t=8.23，t=8.26，t=8.22，t=8.19，t=7.95，t=5.84；P＜0.05)，ADCmean和ADCpeakCP組高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=8.27，t=8.28；P＜0.05)，ADCmin兩組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=0.68，P＞0.05)，見表2。

CP組患兒直方圖圖形的偏度、峰度和熵間的圖形參數(shù)比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-6.82，t=-5.17，t=8.18；P＜0.05)，見表3。

2.2 兩組MRI的ADC圖分析

表2 兩組參數(shù)值差異性比較(×10-3mm2/s，)

表2 兩組參數(shù)值差異性比較(×10-3mm2/s，)

注：表中ADC為表觀擴(kuò)散系數(shù)；ADCmean為ADC均值；ADCpeak為ADC峰值；ADCmin為ADC最小值

表3 兩組圖形參數(shù)差異性比較()

表3 兩組圖形參數(shù)差異性比較()

(1)對(duì)照組內(nèi)囊后肢層面ADC直方圖呈頻數(shù)分布不對(duì)稱的正偏態(tài)分布，見圖1。

(2)CP組患兒ADC直方圖呈頻數(shù)分布不對(duì)稱的正偏態(tài)分布，峰值分布更陡峭，見圖2。

圖1 對(duì)照組表觀擴(kuò)散系數(shù)圖和直方圖

2.3 相關(guān)性分析

表4 CP組患兒ADC值各參數(shù)值與GMFM評(píng)分的相關(guān)性

圖2 CP組患兒表觀擴(kuò)散系數(shù)圖和直方圖

CP組患兒的5th至95th的ADC值、ADCmean、ADCpeak與GMFM評(píng)分具有相關(guān)性，ADCmin與GMFM評(píng)分無(wú)相關(guān)性(r=0.03，P＞0.05)，見表4。

3 討論

近年來(lái)，由于醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得過(guò)去難以存活的早產(chǎn)兒、低體重兒得以存活，使得新生兒病死率下降，但CP的發(fā)生率卻未降低，反而有上升的趨勢(shì)。CP患兒由于運(yùn)動(dòng)功能障礙且常伴有智力發(fā)育異常，為家庭和社會(huì)帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)，因此明確CP的發(fā)生機(jī)制并進(jìn)行早期干預(yù)成為CP的研究熱點(diǎn)[8]。通過(guò)大量的研究人們已經(jīng)明確，CP主要是由發(fā)育不成熟的大腦(產(chǎn)前、產(chǎn)時(shí)或產(chǎn)后)先天性發(fā)育缺陷(畸形、宮內(nèi)感染)或獲得性(早產(chǎn)、低出生體重、窒息、缺氧缺血性腦病、核黃疸、外傷、感染)等非進(jìn)行性腦損傷所致，主要表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)障礙，伴或不伴有感知覺和智力缺陷[9]。有報(bào)道指出，粗大運(yùn)動(dòng)功能障礙與患兒腦內(nèi)廣泛白質(zhì)纖維束損傷有關(guān)，以內(nèi)囊后肢區(qū)域最為明顯，但具體的損傷機(jī)制目前尚不明確[10]。本研究采用ADC直方圖技術(shù)對(duì)內(nèi)囊后肢所在層面進(jìn)行分析，從水分子彌散受限著手對(duì)CP患兒顱腦的損傷機(jī)制進(jìn)行探討。

彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)主要借助人體水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)來(lái)反映水分子所在的微環(huán)境狀態(tài)，通常狀態(tài)下在活體組織內(nèi)水分子運(yùn)動(dòng)會(huì)受到一定的限制，如果人體組織的微環(huán)境受到破環(huán)，該區(qū)域內(nèi)水分子彌散運(yùn)動(dòng)就會(huì)受到影響。如顱腦梗死急性期水分子彌散運(yùn)動(dòng)減弱，其DWI呈現(xiàn)高信號(hào)，而新生兒缺血血氧腦病的患兒其水分子彌散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，DWI信號(hào)較低[11]。DWI雖難以測(cè)得精確的彌散系數(shù)，但可以用ADC值的大小來(lái)表述不同方向上的水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的范圍及速率，用數(shù)值的方式來(lái)反映水分子彌散受限的狀況，ADC直方圖分析ROI內(nèi)所有體素ADC值，可快速獲得ADC分布特征的曲線和描述擴(kuò)散異質(zhì)性特征的定量參數(shù)[12]。目前，ADC直方圖分析已經(jīng)在腦腫瘤的分型，宮頸癌的鑒別中得到了應(yīng)用，朱美嬌等[13]通過(guò)對(duì)先天性心臟病患兒的顱腦圖像進(jìn)行ADC直方圖分析發(fā)現(xiàn)，先心病患兒的顱腦彌散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，這可能與先心病患兒腦缺氧引起的腦損傷有關(guān)。本研究中CP組患兒5th至95th的ADC值均高于對(duì)照組，這可能與CP組患兒腦損傷引起的組織細(xì)胞減少或萎縮而細(xì)胞間隙擴(kuò)大有關(guān)，也可能是由于細(xì)胞膜完整性遭到破壞引起。

目前，人們對(duì)CP的磁共振研究主要集中在功能磁共振(functional magnetic resonance imaging，fMRI)及DTI等方面。fMRI主要是利用去氧血紅蛋白的順磁效應(yīng)展示出局部組織血管的去氧血紅蛋白濃度變化，主要反映組織代謝相關(guān)的問題。DTI主要是利用腦組織在不同方向彌散的各向異性來(lái)反映腦白質(zhì)的通路，以判定CP患兒腦白質(zhì)的通路損傷[14-15]。而本研究利用水分子的擴(kuò)散來(lái)反映腦組織的損傷程度，三者相結(jié)合可以進(jìn)一步揭示CP的損傷機(jī)制，為臨床的診治提供依據(jù)。

本研究中CP患兒的各ADC參數(shù)除ADCmin外均與GMFM評(píng)分具有相關(guān)性。盡管目前對(duì)CP的診斷主要是依據(jù)臨床病史、體格檢查及各類量表的評(píng)分，但ADC值側(cè)重于從腦結(jié)構(gòu)的改變來(lái)表現(xiàn)腦損傷，且各參數(shù)值為軟件自動(dòng)計(jì)算而來(lái)，人為干預(yù)較小，結(jié)果較為客觀。而體格檢查及各類量表的評(píng)分則側(cè)重于對(duì)患兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)的整體功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，但是由于本研究患兒年齡較小且部分CP患兒智力發(fā)育異常，因此患兒配合度低，量表評(píng)分的準(zhǔn)確度難以把握，還有就是體格檢查及各類量表的評(píng)分結(jié)果受評(píng)估醫(yī)師的主觀性影響較強(qiáng)[16]。因此二者相結(jié)合能夠更客觀更準(zhǔn)確的反映CP患兒腦損傷影像學(xué)表現(xiàn)與臨床癥狀的內(nèi)在關(guān)系，二者能夠相互配合與補(bǔ)充，相當(dāng)于從主觀和客觀兩方面去評(píng)價(jià)CP患兒的腦損傷，因此對(duì)CP患兒的早期確診起到積極作用，且對(duì)CP患兒的治療后評(píng)價(jià)具有重要意義。

本研究的不足之處在于：①本研究為了快速實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用并簡(jiǎn)化操作，僅評(píng)估了內(nèi)囊后肢層面的ADC圖，可能對(duì)于CP患兒的評(píng)估不全面，今后將會(huì)對(duì)全腦圖像進(jìn)行測(cè)量分析；②由于水合氯醛鎮(zhèn)定等一系列原因，完全正常的兒童很難搜集，本研究納入的對(duì)照組兒童可能并不完全健康；③本研究納入的對(duì)照組兒童大部分不同意進(jìn)行GMFM評(píng)分，因此缺少這一部分的對(duì)照資料。

4 結(jié)論

ADC直方圖分析作為一種快速且臨床實(shí)用性強(qiáng)的定量分析方法，可以提供肉眼無(wú)法識(shí)別的腦組織的量化彌散信息，能夠?yàn)镃P患兒腦損傷的量化評(píng)估提供依據(jù)。在今后的研究中需將ROI的區(qū)域范圍縮小到內(nèi)囊后肢，以期待ADC直方圖技術(shù)能夠?qū)P患兒的分型提供依據(jù)和指導(dǎo)。