Abstract
目的
很多神经精神疾病与婴幼儿的脑组织发育异常有关。本研究旨在分析磁共振波谱成像(magnetic resonance spectroscopy，MRS)联合弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)参数在2个月至2岁婴幼儿脑发育过程中的变化规律，探讨MRS联合DTI评价2个月至2岁正常婴幼儿脑发育的应用价值。
方法
选取2020年9月至2021年5月在山西省儿童医院出生后接受全脑MRS和DTI检查的婴幼儿116例，根据年龄分为A组(2~6个月，7例)、B组(7~12个月，28例)、C组(13~18个月，41例)、D组(19~24个月，40例)。对MRS数据及DTI数据进行预处理后再行统计学分析，比较各组各脑区DTI参数和MRS代谢产物比值。
结果
4组额叶、颞叶、枕叶、内囊后肢、内囊前肢、胼胝体膝部、胼胝体压部及视放射DTI参数比较差异有统计学意义(P<0.05或P<0.01)。从A组至D组各向异性分数(fractional anisotropy，FA)值呈上升趋势，表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)、轴向扩散(axial diffusivity，AD)值和径向弥散(radial diffusivity，RD)值呈下降趋势，且参数的变化幅度随着年龄增长有减缓趋势。在左或右豆状核中，胆碱(choline，Cho)/肌酸(creatine，Cr)比值从A组到D组呈下降趋势，且D组显著低于A、B组(均P<0.01)；Cho/N-乙酰天冬氨酸(N-acetyl aspartate，NAA)比值从A组到D组呈下降趋势，且D组显著低于A、B、C组(左豆状核，P<0.05或P<0.01)或A、B组(右豆状核，均P<0.01)；谷氨酸类化合物(glutamine/glutamate，Glx)/Cr比值从A组到D组呈下降趋势，且D组显著低于A、B、C组(P<0.05或P<0.01)；肌醇(myo-inositol，mI)/Cr比值从A组到D组呈上升趋势，且D组显著高于A、B、C组(P<0.05或P<0.01)；NAA/Cr比值从A组到D组呈上升趋势，且B、C、D组显著高于A组(P<0.05或P<0.01)。A组至D组不同脑区的mI/Cr和NAA/Cr比值呈上升趋势，Cho/Cr、Cho/NAA和Glx/Cr呈下降趋势，且每个参数的变化幅度随着年龄增长有减缓趋势。
结论
MRS和DTI检查可评价2个月~2岁婴幼儿脑组织发育的情况，并为诊断脑疾病提供依据。
Keywords: 磁共振成像, 磁共振波谱成像, 弥散张量成像, 婴幼儿, 脑发育
Abstract
Objective
Many neuropsychiatric diseases are related to the abnormal development of brain tissue in infants. This study aims to analyze the changes in the parameters of magnetic resonance spectroscopy (MRS) and diffusion tensor imaging (DTI) in brain development of infants aged from 2 months to 2 years old, and to explore the value of MRS combined with DTI in evaluating brain development of infants aged from 2 months to 2 years old.
Methods
A total of 116 normal infants, who received whole brain MRS and DTI examinations after delivery in Children Hospital of Shanxi Province from September 2020 to May 2021, were selected and were divided into a group A (n=7, at the age of 2-6 months), a group B (n=28, at the age of 7-12 months), a group C (n=41, at the age of 13-18 months), and a group D (n=40, at the age of 19-24 months). After collecting the MRS and DTI data, statistical analysis was performed to compare DTI parameters and MRS metabolic products ratio.
Results
There were significant differences in the DTI parameters of frontal lobe, temporal lobe, occipital lobe, hind limb of internal capsule, fore limb of internal capsule, knee of corpus callosum, splenium of corpus callosum, and optic radiation among the 4 groups (P<0.05 or P<0.01). The values of fractional anisotropy (FA) showed an upward trend from the group A to the group D, while the values of apparent diffusion coefficient (ADC), axial diffusivity (AD), and radial diffusivity (RD) showed a downward trend, and the changes of parameters tended to slow down with age. In the left or right lentiform nucleus, the ratio of choline (Cho)/creatine (Cr) was decreased from the group A to the group D, and the group D was significantly lower than the group A and B (all P<0.01). The ratio of Cho/N-acetyl aspartate (NAA) was decreased from the group A to the group D, and the group D was significantly lower than the group A, B, and C (left lentiform nucleus, P<0.05 or P<0.01) or the group A, B (right lentiform nucleus, both P<0.01). The ratio of glutamine/glutamate (Glx)/Cr was decreased from the group A to the group D, and the group D was significantly lower than the group A, B and C (P<0.05 or P<0.01). The ratio of myo-inositol (mI)/Cr was increased from the group A to the group D, and the group D was significantly higher than the group A, B, and C (P<0.05 or P<0.01). The ratio of NAA/Cr was increased from the group A to the group D, and the group B, C, and D were significantly higher than the group A (P<0.05 or P<0.01). The ratios of mI/Cr and NAA/Cr in different brain regions from the group A to the group D showed an upward trend, and the ratios of Cho/Cr, Cho/NAA, and Glx/Cr showed a downward trend. The variation of each parameter tends to decrease with age.
Conclusion
MRS and DTI can detect the brain development of infants aged from 2 months to 2 years old, and provide a basis for predicting brain diseases.
Keywords: magnetic resonance imaging, magnetic resonance spectroscopy, diffusion tensor imaging, infant, brain development
人类大脑发育是一个复杂的动态过程，在各个年龄段呈现出较明显的动态差异[1]。正常脑实质的髓鞘化自胚胎5个月开始，3个月以内的婴儿髓鞘化发生和发展迅速，2岁后发展速度逐渐接近成人，持续至成年或终身[2]。正常的髓鞘形成有助于控制和协调人体的运动能力，而髓鞘化延迟易造成运动发育不良和神经认知异常等[3]。许多精神障碍和神经系统疾病与脑组织的发育异常关系密切，掌握2岁内婴幼儿不同阶段大脑发育的情况具有极其重要的临床价值。近年来，随着MRI中弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)和磁共振波谱成像(magnetic resonance spectroscopy，MRS)技术的不断成熟和进展，对婴幼儿脑组织神经髓鞘和轴索的发育有了更加深入的研究。其中，DTI可以通过无创观察和定量描述脑白质纤维束客观评估婴幼儿脑发育的一般情况，MRS主要通过测量婴幼儿脑内代谢产物的变化来探讨脑组织微环境的变化[4]。随着年龄的增长，脑组织也会出现相应变化，如DTI相关参数中的各向异性分数(fractional anisotropy，FA)值增加，弥散性下降[5-6]。MRS可测量特定脑组织代谢产物的浓度，异常代谢物会广泛影响神经细胞、脑血管，最终间接影响大脑组织的发育[5-6]。MRS联合DTI可以同时观察婴幼儿深部核团和白质纤维的发育情况，对婴幼儿的脑发育评价更全面，可进一步了解正常婴幼儿大脑发育的情况，这对早期判断脑部疾病具有重要的临床意义。本研究拟采用MRS联合DTI评价2个月至2岁婴幼儿大脑发育的特征，为临床预防和诊治神经精神疾病提供客观依据。
1. 对象与方法
1.1. 对象
回顾性选取2020年9月至2021年5月在山西省儿童医院(以下简称本院)接受MRS和DTI检查的婴幼儿。纳入标准：1)足月顺产的婴幼儿；2)因哭闹、腹泻、头疼等怀疑颅内疾病，颅脑CT平扫未见明显异常，需进行MRS和DTI检查以排除颅内疾病的婴幼儿；3)无头颅外伤、颅内手术史、精神及神经系统疾病家族史、宫内缺氧等的婴幼儿；4)经临床影像学检测无颅内占位性病变或先天性疾病的婴幼儿；5)智力测试运动和认知正常的婴幼儿；6)有完整的MRS和DTI检查影像和报告的婴幼儿。排除标准：1)因婴幼儿哭闹或其他原因未完成MRS和DTI影像检查中任何一项者；2)通过临床症状或其他方法检测明确患有脑部疾病的婴幼儿；3)家属拒绝影像学检查的婴幼儿。共纳入符合标准的婴幼儿116例。根据年龄分为A、B、C、D四组，分组标准参考文献[7]。所有婴幼儿均一次性完成DTI和MRS，且MRS检查在镇静后完成。本研究经本院医学伦理委员会批准(审批号：IRB-KY-2019-001)。
1.2. 方法
1.2.1. MRI和DTI数据收集
对受试者采用5%水合氯醛灌肠，剂量为1 mL/kg，待其熟睡后进行扫描。采用Philips Ingenia 3.0T磁共振系统，头部矩阵线圈。常规MR扫描序列包括T1WI、T2WI、T2-液体衰减反转恢复(fluid attenuated inversion recovery，FLAIR)。T1WI：重复时间(repetition time，TR)为9.3 ms，回波时间(echo time，TE)为4.4 ms。T2WI：TR为2 651 ms，TE为105 ms。T2-FLAIR：TR为7 800 ms，TE为89 ms，反转时间(inversion time，TI)为2 300 ms。所有序列视野(field of view，FOV)均为180 mm×180 mm，矩阵为0.9 mm×0.9 mm，层厚为4.0 mm，层间距为0.5 mm，激励次数 为2。DTI采用单激发自旋回波-回波平面成像(spin echo-echo plane imaging，SE-EPI)序列：TR为5 700 ms，TE为102 ms，分辨率为1.2 mm×1.2 mm，MRS像素大小为1.0 mm×1.0 mm×1.0 mm。FOV为180 mm×180 mm，矩阵180×180，层距0 mm，层厚2 mm。
1.2.2. MRS数据收集
采用水抑制点解析频谱(point resolve spectro-scopy，PRESS)序列获得3D质子MRS，TR和TE分别为1 700和144 ms。MRS参数：层数为1，矩阵为8×8，激励次数为4，层厚为15 mm，FOV为16 cm×16 cm，成像时间为432 s。扫描中心为基底节层面，感兴趣区(region of interest，ROI)避开颅骨及脑脊液，包括左、右豆状核和左、右丘脑。
1.3. 图像后处理
对DTI图像进行预处理后再进行统计分析。采用MRIcron软件将原始DICOM数据转换为适用的NIFTI格后式，用DTI studio将DTI数据线性配准至未施加弥散梯度方向的b0图像，以矫正图像变形。根据标准方程式[7]，采用DTI studio将矫正后的DTI数据拟合成FA值、轴向扩散(axial diffusivity，AD)值、径向弥散(radial diffusivity，RD)值及表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)。深部脑白质ROI选择在内囊后肢、内囊前肢、胼胝体膝部、胼胝体压部及视放射。浅部脑白质ROI选择在额叶、颞叶及枕叶皮质下脑白质。选取原则是在白质纤维束横截面面积最大的层面，所有ROI均为长轴与纤维束一致的椭圆形，范围为(10±2) mm2。采用双盲方式，由1名影像科主治医师绘制ROI。
采用工作站内软件处理MRS数据。脑组织内代谢产物参数包括N-乙酰天冬氨酸(N-acetyl aspartate，NAA)/肌酸(creatine，Cr)、胆碱(choline，Cho)/NAA、Cho/Cr、谷氨酸类化合物(glutamine/glutamate，Glx)/Cr及肌醇(myo-inositol，mI)/Cr。
1.4. 统计学处理
采用SPSS 22.0统计学软件进行数据分析。各脑区DTI参数和MRS代谢产物比值均符合正态分布，采用均数±标准差( ±s)表示，两组间比较采用t检验，多组间比较用F检验。采用Pearson相关性分析DTI参数与MRS代谢产物比值之间的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。
2. 结 果
2.1. 4组婴幼儿的一般情况
A组7例，其中男4例，女3例；年龄2~6(4.83±1.83)个月。B组28例，其中男14例，女14例；年龄7~12(11.07±1.74)个月。C组41例，其中男22例，女19例；年龄13~18(15.85±1.77)个月。D组40例，其中男19例，女21例；年龄19~24(21.49±1.73)个月。4组婴幼儿在性别方面的差异无统计学意义(P>0.05)。
2.2. 4组婴幼儿DTI参数比较
4组额叶、颞叶、枕叶、内囊前肢、内囊后肢、胼胝体膝部、胼胝体压部及视放射DTI参数在左、右脑组织之间的差异均无统计学意义(均P>0.05)，但4组间比较DTI参数差异有统计学意义(P<0.05或P<0.01，表1)。在各个脑区，FA值从A组至D组呈上升趋势，ADC、AD值和RD值呈下降趋势，且参数的变化幅度随着年龄增长有减缓趋势(图1)。
表1.
4组婴幼儿不同脑区DTI参数的比较( ±s)
Table 1 Comparison of DTI parameters in different cerebral regions among 4 groups ( ±s)
| 脑区 | 指标 | A组(n=7) | B组(n=28) | C组(n=41) | D组(n=40) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 颞叶 | 右 | FA值 | 0.39±0.03 | 0.42±0.04 | 0.42±0.04 | 0.45±0.05** |
| 左 | 0.41±0.04 | 0.44±0.06 | 0.45±0.04 | 0.49±0.04** | ||
| 右 | ADC | 1.12±0.10 | 1.06±0.10 | 1.02±0.06* | 0.99±0.05**††‡ | |
| 左 | 1.10±0.09 | 1.03±0.09 | 1.01±0.06** | 0.98±0.05**††‡ | ||
| 右 | AD值 | 1.62±0.11 | 1.56±0.17 | 1.52±0.12 | 1.51±0.12* | |
| 左 | 1.61±0.31 | 1.57±0.14 | 1.52±0.20 | 1.50±0.09 | ||
| 右 | RD值 | 0.86±0.10 | 0.81±0.09 | 0.78±0.06** | 0.74±0.06**††‡ | |
| 左 | 0.84±0.11 | 0.76±0.09 | 0.73±0.05** | 0.69±0.06**††‡ | ||
| 额叶 | 右 | FA值 | 0.43±0.03 | 0.44±0.05 | 0.45±0.05 | 0.48±0.05*†† |
| 左 | 0.42±0.02 | 0.43±0.04 | 0.45±0.05 | 0.47±0.05* | ||
| 右 | ADC | 1.09±0.03 | 1.02±0.07* | 0.98±0.05**†† | 0.96±0.05**†† | |
| 左 | 1.08±0.05 | 1.00±0.08* | 0.99±0.06* | 0.96±0.05** | ||
| 右 | AD值 | 1.64±0.07 | 1.58±0.10 | 1.50±0.11**†† | 1.53±0.09**† | |
| 左 | 1.62±0.07 | 1.51±0.17** | 1.51±0.12** | 1.52±0.09* | ||
| 右 | RD值 | 0.81±0.03 | 0.75±0.07* | 0.71±0.05** | 0.68±0.06**†† | |
| 左 | 0.81±0.05 | 0.75±0.07* | 0.72±0.05** | 0.68±0.06**†† | ||
| 视放射 | 右 | FA值 | 0.43±0.04 | 0.43±0.04 | 0.45±0.04 | 0.47±0.05 |
| 左 | 0.46±0.04 | 0.47±0.05 | 0.49±0.05 | 0.51±0.05 | ||
| 右 | ADC | 1.04±0.05 | 1.02±0.07 | 1.00±0.06 | 0.98±0.04* | |
| 左 | 1.03±0.05 | 1.01±0.13 | 0.99±0.06 | 0.98±0.05 | ||
| 右 | AD值 | 1.55±0.09 | 1.55±0.10 | 1.53±0.10 | 1.53±0.07 | |
| 左 | 1.59±0.08 | 1.61±0.09 | 1.58±0.09 | 1.60±0.09 | ||
| 右 | RD值 | 0.78±0.04 | 0.76±0.07 | 0.73±0.06 | 0.70±0.06**†† | |
| 左 | 0.74±0.05 | 0.74±0.07 | 0.70±0.07 | 0.67±0.06**†† |
| 脑区 | 指标 | A组(n=7) | B组(n=28) | C组(n=41) | D组(n=40) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 枕叶 | 右 | FA值 | 0.42±0.05 | 0.46±0.06 | 0.45±0.05 | 0.47±0.05* |
| 左 | 0.40±0.04 | 0.44±0.06 | 0.43±0.06 | 0.46±0.07* | ||
| 右 | ADC | 1.06±0.07 | 1.00±0.07 | 1.00±0.08 | 0.97±0.06* | |
| 左 | 1.05±0.07 | 1.02±0.09 | 1.00±0.07 | 0.99±0.06 | ||
| 右 | AD值 | 1.60±0.13 | 1.54±0.15 | 1.52±0.16 | 1.53±0.12 | |
| 左 | 1.53±0.15 | 1.54±0.14 | 1.51±0.16 | 1.53±0.14 | ||
| 右 | RD值 | 0.79±0.07 | 0.72±0.08 | 0.73±0.06 | 0.70±0.06** | |
| 左 | 0.81±0.05 | 0.76±0.09 | 0.74±0.06 | 0.72±0.07** | ||
| 内囊前肢 | 右 | FA值 | 0.46±0.06 | 0.51±0.06* | 0.54±0.06** | 0.55±0.05** |
| 左 | 0.43±0.06 | 0.48±0.05 | 0.51±0.06**† | 0.52±0.05**†† | ||
| 右 | ADC | 0.96±0.07 | 0.92±0.06 | 0.89±0.05**† | 0.89±0.06**† | |
| 左 | 0.97±0.05 | 0.80±0.07 | 0.89±0.06**†† | 0.86±0.05**†† | ||
| 右 | AD值 | 1.52±0.07 | 1.52±0.09 | 1.51±0.08 | 1.51±0.10 | |
| 左 | 1.47±0.07 | 1.44±0.09 | 1.47±0.11 | 1.45±0.09 | ||
| 右 | RD值 | 0.68±0.08 | 0.61±0.08 | 0.58±0.06** | 0.57±0.06** | |
| 左 | 0.71±0.07 | 0.63±0.08 | 0.60±0.06** | 0.57±0.05**†† | ||
| 内囊后肢 | 右 | FA值 | 0.67±0.04 | 0.67±0.03 | 0.69±0.03 | 0.69±0.03 |
| 左 | 0.65±0.04 | 0.67±0.03 | 0.69±0.04* | 0.69±0.03* | ||
| 右 | ADC | 0.89±0.05 | 0.86±0.04 | 0.84±0.03** | 0.83±0.03**†† | |
| 左 | 0.90±0.04 | 0.86±0.05 | 0.85±0.04** | 0.83±0.03**†† | ||
| 右 | AD值 | 1.71±0.06 | 1.67±0.05 | 1.67±0.08* | 1.65±0.07** | |
| 左 | 1.70±0.06 | 1.68±0.07 | 1.68±0.07 | 1.65±0.06 | ||
| 右 | RD值 | 0.47±0.06 | 0.46±0.04 | 0.43±0.05 | 0.42±0.03** | |
| 左 | 0.49±0.05 | 0.46±0.05 | 0.44±0.05** | 0.42±0.04** | ||
| 胼胝体膝部 | 右 | FA值 | 0.65±0.05 | 0.71±0.06* | 0.75±0.05** | 0.78±0.05**†† |
| 左 | 0.63±0.09 | 0.71±0.07** | 0.74±0.06** | 0.77±0.05**†† | ||
| 右 | ADC | 1.06±0.18 | 0.92±0.08** | 0.88±0.06**† | 0.85±0.07**†† | |
| 左 | 1.02±0.12 | 0.92±0.10* | 0.88±0.07**† | 0.87±0.07**†† | ||
| 右 | AD值 | 1.99±0.25 | 1.86±0.11* | 1.84±0.10** | 1.83±0.11** | |
| 左 | 1.87±0.20 | 1.86±0.15 | 1.83±0.11 | 1.86±0.13 | ||
| 右 | RD值 | 0.60±0.16 | 0.46±0.10** | 0.40±0.07**†† | 0.36±0.07**†† | |
| 左 | 0.59±0.14 | 0.45±0.10** | 0.40±0.08**† | 0.37±0.08**†† | ||
| 胼胝体压部 | 右 | FA值 | 0.70±0.02 | 0.77±0.07* | 0.79±0.05** | 0.80±0.05** |
| 左 | 0.67±0.06 | 0.76±0.08** | 0.80±0.05**† | 0.81±0.04**†† | ||
| 右 | ADC | 0.92±0.11 | 0.81±0.07** | 0.80±0.05** | 0.79±0.04** | |
| 左 | 0.96±0.14 | 0.84±0.08** | 0.80±0.06** | 0.80±0.04** | ||
| 右 | AD值 | 1.85±0.20 | 1.76±0.11** | 1.77±0.09** | 1.78±0.11** | |
| 左 | 1.85±0.20 | 1.78±0.12 | 1.78±0.10 | 1.79±0.11 | ||
| 右 | RD值 | 0.46±0.06 | 0.34±0.10** | 0.32±0.06** | 0.30±0.06**† | |
| 左 | 0.52±0.13 | 0.36±0.11** | 0.31±0.06**† | 0.30±0.05**†† |
与A组比较，*P<0.05，**P<0.01；与B组比较，†P<0.05，††P<0.01；与C组比较，‡P<0.05。DTI：弥散张量成像；FA：各向异性分数；ADC：表观扩散系数；AD：轴向扩散；RD：径向弥散。
图1.
4组婴幼儿DTI颞叶参数变化趋势
Figure 1 Change trend of DTI parameters in temporal lobe among 4 groups
A: FA of right temporal lobe; B: FA of left temporal lobe; C: ADC of right temporal lobe; D: ADC of left temporal lobe; E: AD of right temporal lobe; F: AD of left temporal lobe; G: RD of right temporal lobe; H: RD of left temporal lobe. DTI: Diffusion tensor imaging; FA: Fractional anisotropy; ADC: Apparent diffusion coefficient; AD: Axial diffusivity; RD: Radial diffusivity.
2.3. 4组婴幼儿MRS不同脑区代谢产物比值比较
在左或右豆状核中，Cho/Cr比值从A组到D组呈下降趋势，且D组显著低于A、B组(均P<0.01)；Cho/NAA比值从A组到D组呈下降趋势，且D组显著低于A、B、C组(左豆状核，P<0.05或P<0.01)或A、B组(右豆状核，均P<0.01)；Glx/Cr比值从A组到D组呈下降趋势，且D组显著低于A、B、C组(P<0.05或P<0.01)；mI/Cr比值从A组到D组呈上升趋势，且D组显著高于A、B、C组(P<0.05或P<0.01)；NAA/Cr比值从A组到D组呈上升趋势，且B、C、D组显著高于A组(P<0.05，P<0.01；表2)。
表2.
4组婴幼儿MRS不同脑区代谢产物的比较( ±s)
Table 2 Comparison of metabolic products on MRS in different cerebral regions among 4 groups ( ±s)
| 脑区 | 指标 | A组(n=7) | B组(n=28) | C组(n=41) | D组(n=40) |
|---|---|---|---|---|---|
| 左豆状核 | Cho/Cr | 0.98±0.12 | 0.96±0.16 | 0.91±0.12 | 0.87±0.15**†† |
| Cho/NAA | 0.75±0.11 | 0.71±0.26 | 0.68±0.15** | 0.60±0.14**††‡ | |
| Glx/Cr | 3.00±9.86 | 1.85±4.59** | 0.96±8.47**†† | 0.73±0.18**††‡ | |
| mI/Cr | 0.81±0.40 | 0.89±0.61 | 1.02±0.42**†† | 1.60±0.50**††‡ | |
| NAA/Cr | 1.27±0.16 | 1.43±0.19** | 1.46±0.24** | 1.48±0.28** | |
| 右豆状核 | Cho/Cr | 1.06±0.08 | 1.05±0.16 | 0.96±0.14**† | 0.93±0.16**†† |
| Cho/NAA | 0.84±0.08 | 0.77±0.10 | 0.72±0.10** | 0.68±0.10**†† | |
| Glx/Cr | 2.83±1.80 | 2.68±6.07** | 2.14±5.85**†† | 1.36±2.07**††‡ | |
| mI/Cr | 0.74±0.27 | 0.93±0.32** | 0.92±0.37**†† | 1.01±0.10**††‡ | |
| NAA/Cr | 1.22±0.10 | 1.35±0.12** | 1.34±0.11* | 1.35±0.15** | |
| 左丘脑 | Cho/Cr | 1.05±0.14 | 1.02±0.23 | 1.03±0.16 | 1.00±0.17 |
| Cho/NAA | 0.78±0.18 | 0.76±1.06 | 0.75±0.12 | 0.72±0.11 | |
| Glx/Cr | 2.87±4.41 | 2.81±4.57** | 1.95±2.63**†† | 0.80±0.37**††‡ | |
| mI/Cr | 1.26±0.81 | 1.25±1.17 | 1.06±0.90 | 0.97±0.68 | |
| NAA/Cr | 1.39±0.26 | 1.44±0.24 | 1.49±0.14** | 1.54±0.15† | |
| 右丘脑 | Cho/Cr | 1.09±0.11 | 1.11±0.18 | 1.12±0.14 | 1.17±0.27 |
| Cho/NAA | 0.86±0.11 | 0.87±0.26 | 0.75±0.08 | 0.67±0.21 | |
| Glx/Cr | 2.74±0.13 | 2.54±4.27 | 2.24±4.77 | 1.06±1.38**† | |
| mI/Cr | 0.82±0.31 | 0.88±0.49 | 0.93±0.48** | 1.03±0.68 | |
| NAA/Cr | 1.27±0.16 | 1.43±0.18 | 1.49±0.13** | 1.53±0.22** |
与A组比较，*P<0.05，**P<0.01；与B组比较，†P<0.05，††P<0.01；与C组比较，‡P<0.05。MRS：磁共振波谱成像；Cho：胆碱；Cr：肌酸；NAA：N-乙酰天冬氨酸；Glx：谷氨酸类化合物；mI：肌醇。
在左或右丘脑中，Glx/Cr比值从A组到D组呈下降趋势，两两比较差异均有统计学意义(左丘脑，P<0.05或P<0.01)，D组显著低于A、B组(右丘脑，P<0.05或P<0.01)。右丘脑mI/Cr比值从A组到D组呈上升趋势，C组显著高于A组(P<0.01)。NAA/Cr比值从A组到D组呈上升趋势，其中左丘脑C组显著高于A组(P<0.01)，D组显著高于B组(P<0.05)，右丘脑C、D组显著高于A组(P<0.01，表2)。
A组至D组不同脑区的mI/Cr和NAA/Cr比值呈上升趋势，Cho/Cr、Cho/NAA和Glx/Cr呈下降趋势，且每个参数的变化幅度随着年龄增长有减缓趋势(图2，3)。
图2.
4组婴幼儿MRS左豆状核代谢产物的变化趋势
Figure 2 Change trend of metabolic products in left lentiform nucleus on MRS among 4 groups
A: Cho/Cr; B: Cho/NAA; C: Glx/Cr; D: mI/Cr; E: NAA/Cr. MRS: Magnetic resonance spectroscopy; Cho: Choline; Cr: Creatine; NAA: N-acetyl aspartate; Glx: Glutamine/glutamate; mI: Myo-inositol.
图3.
4组婴幼儿MRS左豆状核各代谢物图
Figure 3 Metabolic products in left lentiform nucleus on MRS among 4 groups
Metabolic products in left lentiform nucleus on MRS at 3 months (A), 8 months (B), 14 months (C), 20 months (D). MRS: Magnetic resonance spectroscopy; Cho: Choline; Cr: Creatinine; NAA: N-acetyl aspartate; Glx: Glutamine/glutamate; mI: Myo-inositol.
3. 讨 论
大脑是人体的高级神经中枢，主管人的思维、运动和认知等重要功能活动，在人类生命健康中发挥重要作用[8-9]。2岁之前是人类脑组织发育的关键时期，许多精神及神经系统疾病都与该时期婴幼儿的脑组织发育异常有关[2]。因此，阐明2岁之前婴幼儿的正常脑发育情况对神经及精神疾病的诊治具有重要意义。婴幼儿在2个月~2岁的大脑发育过程中各项指标均有显著变化[10-12]。因此，本研究根据影像学检查时的年龄，将符合标准的婴幼儿分为4组，旨在进一步揭示婴幼儿脑组织的发育过程。
DTI主要利用水分子的弥散各向异性特征进行成像，是在弥散加权成像的基础上发展而来的，可根据水分子沿神经纤维束的走向弥散的特性，清晰显示脑白质纤维束的排列和走形等空间立体结构[13]。作为一种新型的可以弥补常规MRI不足的技术，DTI可无创性显示活体脑白质纤维束的走行、排列、密度等细微的解剖学上的特点，并且可多参数量化白质纤维束的弥散情况，精确反映白质纤维束解剖结构的细微改变，从而客观评估婴幼儿脑发育的一般状况。与常规MRI相比，不断成熟的DTI技术是可以更敏感地显示婴幼儿脑白质的变化，这为婴幼儿异常脑发育提供了更精确的诊断方式，为早期诊断、治疗和检测婴幼儿脑发育提供了依据[14]。DTI检查结果[15]显示：发育迟缓和张力减退的婴幼儿神经通路与正常婴幼儿显著不同，同时FA、平均弥散率(mean diffusivity，MD)等指标也有显著变化，存在这些异常可以明确脑损害、神经通路损伤、运动功能发育迟缓的诊断。神经髓鞘化在人类脑发育的过程中发挥重要作用，并参与神经系统的形成和功能的发育。完整的髓鞘对神经元轴突的指向性和传导速度有重要作用，神经元的活性也同样依赖神经髓鞘的形成[16]。DTI指标中的FA值、AD值、RD值、ADC均可反映髓鞘的发育情况，本研究选择这4个参数具有合理性。本研究结果显示：在颞叶、额叶、视放射、枕叶、内囊前肢、内囊后肢、胼胝体膝部和胼胝体压部，4组DTI参数差异有统计学意义；在各个脑区，FA值从A组至D组呈上升趋势，ADC、AD值和RD值呈下降趋势，且参数的变化幅度随着年龄增长有减缓趋势。这说明，随着年龄增长，婴幼儿的脑白质逐渐髓鞘化，纤维组织结构和轴索逐渐发育完整。
MRS也是一种无创技术，根据原子核在磁场内的共振信号进行成像，并可根据化学位移原理测定化合物信号，用于分析疾病导致的组织代谢、生理和生化的改变。MRS可协助医师了解婴幼儿脑组织的生理病理变化，为早期发现疾病提供新的思路[17]。对MRS结果进行后处理可量化分析代谢物的信息，从而实现有效且无创反映与缺氧缺血性脑病相关的新生儿代谢性和神经退行性疾病，推荐将其纳入新生儿神经疾病的常规检测[18]。MRS的代谢产物均与神经细胞密切相关，本研究中的5个代谢物比值可反映婴幼儿的脑发育情况，有助于判断是否存在脑部疾病。研究[20]发现：Cho/Cr、NAA/Cr、mI/Cr比值可更客观反映Cho、NAA和mI的变化，具有临床意义。在本研究中，A组至D组不同脑区的mI/Cr和NAA/Cr比值呈上升趋势，Cho/Cr、Cho/NAA和Glx/Cr呈下降趋势，且各参数的变化幅度随着年龄增长有减缓趋势，表明婴幼儿成长过程中神经细胞功能逐渐趋于完善。
本研究优势在于：1)纳入的研究对象为2个月~2岁婴幼儿。该时期是脑组织发育的最关键时期，也是神经系统疾病的高发期，脑组织在影像图上呈现明显的发展变化趋势，有利于观察研究。2)采用MRS和DTI联合的方式。MRS侧重于分析深部灰质核团代谢产物水平，而DTI侧重白质纤维束髓鞘化发展变化，二者结合才能全面评价脑发育。然而，本研究也存在不足之处：1)仅研究了部分DTI和MRS指标，对于研究指标是否能全面代表脑组织结构和代谢产物的变化还需进一步证实。2)研究数据仅表现为2~6个月与19~24个月婴幼儿之间差异较大，而7~12个月及13~18个月的婴幼儿与其他年龄组差异不大，这可能与本研究纳入的样本量少有关，有待进一步研究证实。
综上，本研究结果发现：正常婴幼儿2~6个月时的脑组织处于发展初期，随着年龄增长，19~24个月时脑白质逐渐髓鞘化，纤维组织结构和轴索逐渐发育完整，神经细胞功能逐渐趋于完善。MRS和DTI检查可评价2个月~2岁婴幼儿脑组织发育的情况，并为诊断儿童中枢神经系统疾病提供依据。
基金资助
山西省重点研发计划(201903D321051)。
This work was supported by the Shanxi Provincial Key Development and Research Project, China (201903D321051).
利益冲突声明
作者声称无任何利益冲突。
作者贡献
杨洁、孙惠苗 选题并设计研究方案，起草并修改论文；杨晓燕、靳波、申嘉欣、胡磊 资料的收集及分析。所有作者阅读并同意最终的文本。
原文网址
http://xbyxb.csu.edu.cn/xbwk/fileup/PDF/202207910.pdf
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