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目的：
新生儿缺氧缺血性脑病(hypoxic-ischemic encephalopathy,HIE)是指各种围产期窒息导致胎儿或新生儿脑的缺氧缺血性损伤,是引起婴儿死亡及永久性神经发育后遗症的主要原因。脑水肿是新生儿HIE早期严重的并发症,水通道蛋白-4(Aquaporin-4,AQP-4)与脑水肿关系的研究成果,有助于深入理解HIE脑水肿的发生发展变化。将MR技术应用于HIE的研究一直是儿科神经影像诊断中的热点,常规MR可敏感探测到HIE脑损伤并可显示特征性的病灶,而DWI更适合于早期诊断HIE。与DWI相比,DTI在更多的方向上施加扩散敏感梯度磁场,在每个体素中构造一个扩散张量,通过张量特征值与特征向量来反映水分子在该体素中的扩散特性。因此,DTI较DWI更准确地描述了每一个方向上水分子的移动及在这些方向上水分子移动的相关性。DTI对探测各向异性组织如脑白质纤维束中水分子的扩张具有独到的优势,可以对脑白质纤维束成像。本研究旨在从HIBD组织学改变及水通道蛋白-4表达变化的角度揭示DTI在早期探测HIBD的细胞水平及分子水平的成像基础,并从临床实际应用当中评价其价值,从而论证DTI对HIE早期诊断的科学性和先进性。
材料和方法：
一、实验对象
1、出生后3-5天的健康新生大约克家猪35头,体重1987-2236g,雌雄随机兼用,由中国医科大学盛京医院实验动物部提供。
2、收集来我科室做MR检查的临床诊断为HIE的生后一周内足月新生儿22例,男14例,女8例,平均4.4天。收集9例无HIE相关病史且常规MR表现正常的足月新生儿作为对照组。HIE组和对照组均在生后一周内行脑MR(常规T1W、T2W、DTI)扫描。
二、实验方法
1、健康新生大约克家猪35头,日龄(3.0±0.4)d,体重1987～2236 g。缺氧缺血/再灌注(hypoxic-ischemic/reperfusion,HI/R)模型组30头,分为HI后2、6、12、24、48、72 h六组,每组5头;假手术对照组5头。模型制作参照文献方法,机械通气通入02浓度为6％的氮氧混合气体持续40 min后恢复通入100％02;假手术组仅做双侧颈总动脉分离。对假手术组及HIBD各时间点组行MR扫描,应用FiberTracking V4.1软件处理DTI数据,测量新纹状体区、皮层下周围脑实质区、深部白质和内囊的ADC、FA值。MR扫描后行H-E染色和AQP-4免疫组化分析。应用NIS-Elements BR2.10图像分析软件测量AQP-4的光密度(optical density,OD)值,作为AQP-4表达的半定量指标,OD越高表达越强。
2、临床HIE病人组和正常对照组应用Intern Archieva,Phillips3.0T超导型MR仪、头部SENSE线圈进行检查。将DTI原始数据输入工作站并用FiberTracking V4.1软件进行处理,手动模式选取感兴趣区(regions of interest,ROI):内囊前肢,内囊后肢,苍白球,壳核,内侧丘脑,丘脑背外侧核,胼胝体膝部,胼胝体压部(图1);皮层下额叶白质、顶叶白质及枕叶白质(图2)。测量ROI的ADC、FA值。
三、数据处理及统计学分析
1、测量对照组和HIBD各时间点组的AQP-4表达OD值,所得数据采用均数±标准差(X-±s)表示,使用SPSS13.0统计软件进行统计,应用SPSS13.0统计分析软件,对照组及各时间点组的OD值应用Kruskal-Wallis检验,P＜0.05为有统计学意义。
2、应用SPSS13.0统计软件,计算ADC、FA值与OD值变化趋势的箱式图并行Pearson相关分析,组间比较采用Dunnett-t检验,P＜0.05为差异有统计学意义。
3、测量HIE病人组和对照组各感兴趣区的ADC、FA,应用SPSS13.0软件包,t-test分析HIE组和对照组各ROI的ADC、FA值,P＜0.05有统计学意义。
结果：
一、动物实验结果
1、各时间点MR数据样本量对照组26例,HI后2 h组19例,6 h组15例,12 h组11例,24 h组10例,48 h组8例,72 h组5例。
2、ADC图上,与对照组相比,HI/R后2 h新纹状体区及皮层下周围脑实质见信号减低区,新纹状体区于24 h信号最低,至72 h逐渐增高。
3、在新纹状体区域HI/R后ADC值于2 h开始低于对照组,24 h达到最低,与对照组相比差异有统计学意义(F=27.42,P＜0.05),以后有增高但72 h仍低于对照组;在皮层下周围脑实质区,HI/R后ADC值在6 h内下降而后逐渐增高,48h达最高并与对照组差异有统计学意义(F=50.25,P＜0.05),至72 h虽有所减低但仍较对照组高。FA能清晰显示内囊及深部白质,内囊及深部白质各个时间点的FA值与对照组之间差异无统计学意义,但可见逐渐降低的趋势。
4、组织学检查结果HI/R后2 h在新纹状体及皮层下周围脑实质区均见神经胶质细胞水肿,新纹状体区细胞水肿的持续时间较皮层下周围脑实质长。24 h后皮层下周围脑实质的神经胶质细胞水肿程度减轻,脑组织细胞间隙增大。72 h新纹状体区胶质细胞及神经元仍肿胀,发现死亡的神经元,在皮层下周围脑实质区域未发现死亡的神经元。
5、AQP-4表达的变化结果。对照组AQP-4表达在软脑膜、室管膜、星形胶质细胞膜及毛细血管周围星形胶质细胞足突末端膜上。HFR后AQP-4的表达变化有两种模式:细胞毒性水肿阶段表达减少,血管源性水肿时表达增多。在皮层下周围脑实质区域,可见星形胶质细胞的增多,AQP-4的表达较对照组增多。
6、ADC、FA与AQP-4相关性。在新纹状体区,ADC值与OD值呈线性正相关(r=0.875,P＜0.05);在皮层下周围脑实质OD值与ADC值变化趋势一致,但无相关性(r=0.505,P＞0.05);皮层下周围脑实质及新纹状体区的FA值与OD值均无相关性。
二、临床研究结果
1、临床HIE组基底节区重度损伤者15例,轻中度损伤者4例,正常者3例。皮层下白质重度损伤者7例,轻中度损伤者15例。基底节区和皮层下白质均为重度者4例。基底节区正常3例中1例伴有重度皮层下白质损伤,2例轻中度白质损伤。在半卵圆中心及侧脑室旁可见多发的小损伤灶,表现为TIW稍高信号、T2W低信号。
2、ADC maps可发现常规MR表现不明显的脑实质内梗塞灶,表现为低信号,如病灶位于白质纤维束上则FA方向矢量图可显示纤维束的局灶性缺损。ADCmaps的信号变化随DTI扫描时患儿日龄的不同而不同,生后3天内病灶表现为低信号,生后6-7天扫描者没有发现低信号病灶。
3、HIE组内囊前肢、内囊后肢、苍白球和丘脑背外侧核的FA值低于对照组,P值均小于0.05;皮层下白质的FA值亦较对照组低但无统计学的显著性。
结论：
DTI可以敏感的探测到HIE早期脑损伤,对评估HIE早期脑损伤特别是脑白质损伤有独到优势。在对HIE脑损伤的评估方面FA值较ADC值敏感,表现为FA值的下降。ADC值变化与AQP-4表达变化相关。