近年来我国早产儿出生率显著增加，同时随着新生儿重症监护病房(neonatal intensive care unit，NICU)监护和诊疗技术迅速发展，早产儿、极低出生体重儿的存活率也显著提高，但值得重视的是，有5%~15%的患儿随后会出现包括脑瘫在内的神经运动障碍^[1]；25%~50%的患儿将来会出现认知和行为的异常、注意力和社会适应能力的减低、学习困难等^[2,3,4]。因此，早期发现早产儿脑损伤，判断脑损伤的部位及程度，对早产儿脑损伤的临床治疗和预后都极为重要。

1　早产儿脑损伤的发病机制及其影响因素

1.1　早产儿所处妊娠后期脑发育进程

       胎儿脑发育按时间先后顺序分为原始神经管形成、神经分割、神经增殖与移行、组织化、髓鞘化等不同阶段，在妊娠后期，脑内神经细胞的增殖迁移仍在进行，新生发的神经细胞集中迁移至皮层板下区域，称为皮层板下区神经细胞(subplate neurons)，是形成皮层神经元的基础^[5]；同时，在妊娠24~40周，少突胶质细胞前体(premyelinating oligodendrocytes，pre-OLs)转化为成熟的少突胶质细胞并进一步构成神经轴突的髓鞘^[6]；在此期间，大脑深部灰质核团亦在快速发育阶段，妊娠15~34周，神经细胞从脑室腹侧的生发基质迁移至背侧丘脑，其中主要为GABA能神经细胞，以γ-氨基丁酸为递质的GABA能神经元在人的认知、皮层整合功能和调节神经兴奋性方面都起着重要作用^[5]。

       脑发育的不同阶段对各种有害因素的易患性不同，早产儿所处妊娠后期正是脑内神经纤维快速髓鞘化的时期，在这个时期，任何不利因素的影响都会引起患儿脑内神经纤维髓鞘化不全，导致早产儿脑白质损伤(white matter injury，WMI)，而近期研究发现，早产儿脑白质损伤常同时伴有脑皮层锥体细胞数量的减少，不仅影响脑白质功能，还影响大脑皮层、脑干及深部灰质核团等的功能，进一步干扰脑的发育进程^[7]，从而构成了神经运动障碍、认知障碍等多种神经系统后遗症的病理基础。

       引起早产儿脑损伤的因素主要有两个：(1)外源性因素，包括缺血缺氧、感染/炎症反应等围产期损害因素；(2)内源性因素，早产儿脑血管发育不完善，脑白质血管分布较少且发育不成熟，脑血流处于压力被动性调节，且调节范围非常有限^[8]。

1.2　外源性因素影响

       缺血缺氧、感染/炎症反应是围产期常见的外源性损害因素，大量研究表明^{[8,9,10,11,12]}，脑血流量下降及氧供应的减少、围产期感染的存在将引发一系列有害的级联生化反应，导致炎症介质及兴奋性神经递质的释放、脂质过氧反应、自由基损伤等，pre-OLs对这些有害因素高度敏感，从而导致其成熟障碍或异化增殖；脑内还存在大量的小胶质细胞(microglia)，它们是大脑固有的免疫细胞，研究表明，小胶质细胞和pre-OLs具有相同的发育时间窗，在妊娠28~40周，小胶质细胞达到高峰，这种发育时间上的平行性是为了保护pre-OLs免受有害因素攻击，但在病理状态下，小胶质细胞迅速被白细胞介素-8(IL-8)激活呈阿米巴样，成为炎症介导的神经退行性变的主要细胞，加重了pre-OLs受损程度^[6]；与此同时，皮层板下区神经细胞及GABA能神经细胞对上述炎症介质、细胞外谷氨酸盐及自由基损伤也异常敏感，在上述胶质细胞成熟障碍的同时，大脑皮层神经元的发育、神经纤维投射、深部灰质核团的生长也同样受到巨大威胁^[7]。

1.3　内源性因素影响

       早产儿在出生后12~24小时内，心输出量、各系统血流量、全脑及局部脑血流量都较足月儿低^[13,14]，同时，脑血流自主调节功能受损，脑血流处于压力被动性调节^[15]，脑组织持续处于血流低灌注状态，极易引起急性缺血性脑损伤，而随后出现的脑血流量的不稳定及再灌注损伤又会导致出血性脑损伤^[16,17,18]。新生儿脑白质的血液供应主要来源于两种不同类型动脉，一种是皮层穿支动脉，由脑表面向脑室走行；另一种是室管膜下动脉脑室远端血管，从脑室旁向脑表面走行，两路供血动脉交接区很少有吻合支，其所处中部白质区即为分水岭区，该区域随胚胎发育成熟度不同而发生位置变化，早产儿未成熟的室管膜下动脉发育较差，因而其分水岭区域位于侧脑室旁，而成熟足月新生儿的分水岭区位置外移至旁矢状区。因而，对于早产儿，轻至中度缺血缺氧脑损伤最先累及的是脑室旁白质区，重度缺血缺氧则深部灰质核团、脑干及小脑更易受累^[19,20,21]，而脑出血则以室管膜下及脑室内出血为主^[15,16]。同时，早产儿出生早期脑血流动力学改变与胎龄、出生体重密切相关^[22]。因此，早产儿出生后脑血流动力学的监测，对于早产儿脑损伤的早期诊断及治疗至关重要。

2　多模态磁共振功能成像技术在早产儿脑损伤中的应用

2.1　扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)

       DWI是研究水分子微观运动的成像方法，通常用表观弥散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)来描述组织中水分子扩散运动的快慢。ADC值在脑白质发育过程中呈指数级降低，主要和轴突髓鞘化过程中大分子物质如髓磷脂浓度升高、细胞外空间减少及水分子减少等有关^[2,23]，在成年期基本保持平稳，ADC值到老年期开始上升，主要原因是脱髓鞘改变、轴突完整性丧失、细胞外空间相对增加，因而ADC值的变化在一定程度上反映了脑白质的成熟度及微结构的完整性^[24,25]。早产儿或足月新生儿脑组织急性缺血缺氧早期，以细胞毒性水肿为主，缺血区DWI表现为高信号，ADC图显示为低信号区，这种信号改变能较常规磁共振检查更早发现缺血区的存在及范围^[26,27]，但随着缺血缺氧的进展，血管源性水肿及细胞坏死等导致细胞外水分子增多，DWI显示病灶信号逐渐下降呈等信号，ADC值逐渐上升恢复正常值水平，即出现ADC值假正常化，Winter等^[28]研究发现缺血缺氧脑病患儿脑缺血区ADC值在出生后8~10天左右出现假正常化。因此，如果检查时间位于上述ADC值假正常化区间，DWI可能不会发现异常。

       ADC值对脑损伤患儿预后评估的可信度不是特别明确，要看脑白质损伤区如何界定以及检查时间的选择，基底节及丘脑(basal ganglia and thalamic，BGT)、内囊后肢(posterior limb of the internal capsule，PLIC)的ADC值测量对后期运动功能的评估有一定价值^[29]，Alderliesten等^[30]对81名围产期发生急性缺血缺氧的足月新生儿回顾性研究发现，在7天内进行DWI检查的患儿，其基底节及丘脑区域ADC的下降程度和神经发育不良预后有明显的相关性。

2.2　扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)

       DTI是在DWI的基础上在6~55个非线性方向上施加弥散敏感梯度而获取的图像，目前临床上主要对各向异性分数(fractional anisotropy，FA)研究较多。对于脑白质成熟度及髓鞘微观结构完整性的评价，FA值较ADC值更具优势^[31]，刘岭岭等^[32]对38名新生儿按不同胎龄进行分组后测量不同部位脑白质的FA值发现，新生儿脑组织FA值随胎龄增大逐渐增高，不同部位脑白质FA值的不同也体现了脑白质的不同发育次序。同时有研究表明，各向异性的增加，不仅表现在神经纤维髓鞘化以后，在髓鞘化前期过程中，包括pre-OLs和所需蛋白质合成时，也会导致各向异性增加而使FA值升高^[33]，当髓鞘形成迟缓或神经纤维束受损时，各向异性程度减低，相应部位FA值下降，有时仅表现为FA上升速率的下降^[2]，因此FA值对脑白质损伤程度可以进行量化评价，其下降程度与脑损伤程度密切相关^[34]，Ward等^[35]对20例急性缺血缺氧脑病患儿观察发现ADC值假正常化期间FA值仍然处于下降趋势，从而弥补了检查时间窗导致的DWI假阴性问题；在对早产儿的大量研究中发现，早产儿矫正足月胎龄后，半卵圆中心、前部白质、纹状体、内囊后肢、外囊、胼胝体压部的FA值仍明显较足月新生儿相同部位低^[2]；高洁等^[36]通过DTI数据的TBSS分析方法发现，足月儿局灶性脑白质损伤(punctuate white matter lesions，PWML)范围较早产儿更为广泛，可累及皮质脊髓束的走行区，该区域的损伤与患儿痉挛性脑瘫密切相关。

       DTI的主要缺点是图像空间分辨率较低，无论单次或多次激发的EPI，新生儿检查时头部不自主运动产生的伪影都会影响图像质量及检查结果。

2.3　扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)

       DWI和DTI成像理论是基于组织内水分子在两个位点间扩散的概率分布呈正态分布(即高斯分布)，但人体组织特别是脑组织，其结构的复杂性导致水分子扩散的这种位移概率呈非正态分布，组织结构越复杂，水分子扩散受限越明显，这种扩散的非高斯性越显著，为了定量扩散偏离高斯分布的程度，2005年，Jensen等^[37]提出了DKI模型，DKI采用类似DTI的张量模型，但引入了更高维度的四阶张量，所以弥散方向至少需要15个，一般采用30个弥散方向，同时模型拟合需要3个b值，一般为0、1000、2000。DKI有3个主要参数：平均峰度(mean kurtosis，MK)，为多b值且方向相同的梯度上的平均值，MK值越大说明水分子扩散偏离正态分布越显著，组织结构越复杂；径向峰度(radial kurtosis，RK)，扩散受限主要在径向，因而该方向非正态分布水分子受限越明显，RK值相应越大；峰度各向异性(kurtosis anisotropy，KA)，KA值越小则水分子更倾向各向同性扩散^[38]。

       Paydar等^[39]对刚出生到4岁7个月的不同年龄段婴幼儿脑灰白质多个区域测定MK值及FA值发现，在脑灰白质发育最快速的出生后2年这段时间里，MK值如FA值一样随年龄增大而增高，表明MK值在神经纤维髓鞘化过程中对各向异性的描述同样敏感，在新生儿出生后第5个月，90%的FA值已达到最大值并进入平台期，而MK值普遍到第18个月才进入平台期，因而对于婴幼儿脑发育中脑白质和灰质成熟度及微观结构的描述，MK值较FA值提供了更多的有价值的信息。同样，MK值是否能在早产儿脑损伤中提供更多有价值的信息有待进一步研究。

2.4　磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy，MRS)

       MRS是目前影像学上进行活体组织化学物质检测的惟一方法，可提供组织的代谢信息，以¹H-MRS应用较广泛。在急性缺血缺氧状态下，无氧糖酵解增加、神经元细胞受损、髓鞘化异常等都会使脑内代谢产物乳酸(Lac)、N-乙酰基天门冬氨酸(NAA)、胆碱(Cho)以及谷氨酰胺和谷氨酸盐复合物(Glx)等的浓度发生变化，可以通过MRS对脑组织不同代谢产物进行定性、定量分析早期提示早产儿脑损伤的存在，然而代谢产物浓度测定经常受扫描条件、感兴趣区(region of interest，ROI)大小等因素影响，肌酸(Cr)作为一种内源性参照物，其在脑内不同代谢条件下总量均较恒定，因此通常将上述代谢产物绝对值与Cr作对照得出其相对含量来进行研究^[40]。(1)NAA是神经元的主要标记物，存在于神经元及其轴突中，也是神经发育的指标，NAA/Cr明显降低，提示非特异性的神经元脱失或功能异常，研究表明^[41]，对于缺血缺氧患儿，在病程>1~2 w进行MRS检查，NAA的降低与神经发育预后不良有明显的相关性，而在急性期，病程<1 w进行检查其相关性不明显。(2)Lac是无氧糖酵解的终产物，正常足月儿中乳酸波一般见不到，Lac/Cr明显升高，提示缺氧造成无氧酵解增加、线粒体损伤^[26,40,42]；多项研究表明^[30,43]深部灰质核团的代谢产物中，Lac/NAA对新生儿缺血缺氧脑病的预后判断价值最高，但同时也有研究指出，新生儿分水岭区出现少量Lac，尤其是在早产儿中，并不一定表明脑损伤，Lac的量较是否出现意义更大。(3)Cho主要存在于细胞膜，主要包括磷酸甘油胆碱、磷酸胆碱和磷脂酰胆碱，代表脑内总的胆碱量，其含量反映了细胞膜代谢的变化，Cho/Cr降低，表明细胞膜形成障碍，提示神经细胞损伤。(4)Glx作为一种主要的兴奋性神经递质，在缺血缺氧状态下从破坏的轴突中释放出来，进入细胞外间隙，同时，由于氧自由基的作用，它的重吸收也受到明显影响，因而，Glx的升高提示着神经轴突的损伤^[44]。Roelants-van Rijn等^[41]对缺血缺氧患儿平均8 d后进行MRS测量，发现Glx的水平没有明显增高，提示患儿缺血缺氧进入亚急性阶段，Glx水平基本恢复正常。

2.5　磁敏感加权成像(susceptibility weighted imaging，SWI)

       SWI是一种三维采集、完全流动补偿，薄层重建的梯度回波序列，利用不同组织间的磁敏感性差异分别采集强度数据和相位数据，并经后处理两者叠加形成SWI图，血液中的大多数产物(包括脱氧血红蛋白、正铁血红蛋白和含铁血黄素)都为顺磁性，在SWI上表现为信号强度的丢失，即呈低信号，因而其对微出血特别是新生儿颅内早期和微量出血的检测非常敏感，同时也能清楚显示静脉或动脉内的微小血栓。在早产儿中，PWML较多见，T1WI呈高信号，T2WI呈低信号，与新生儿颅内点状出血在常规MRI上很难区分，也有研究表明，部分PWML病灶内常同时伴有点状出血，可以通过SWI检测是否含有出血成分对两者进行鉴别^[45,46]，弥补了常规MRI的不足。然而，SWI对磁场不均匀性特别敏感，在空气-组织交界处易产生磁敏感伪影，在检测脑边缘区域病灶时会受到一定的影响，此时可以用FLAIR作为其补充。

2.6　动脉自旋标记磁共振灌注成像(arterial spin labeling，ASL)

       动态磁敏感对比增强(dynamic susceptibility contrast，DSC)是磁共振灌注成像的主要方法，但由于需要使用钆对比剂，存在累积效应而无法重复测量，在新生儿脑灌注研究中受到限制。

       ASL是一种安全、无创的灌注成像技术，主要通过对感兴趣区层面动脉血中水分子进行示踪磁标记，待标记血对组织灌注后得到标记像与灌注前同一层面的控制像相减产生包含灌注信息的血流灌注像，因为信号差值小，需要多次采集进行信号平均。ASL根据标记方法不同分为连续ASL (continuous ASL，CASL)和脉冲ASL (pulsed ASL，PASL)，与其他灌注成像相比，ASL的主要优点是在提高安全性的前提下定量测量CBF；对灌注异常区域定位准确；不存在累积效应，可以短期重复测量，从而对治疗反应进行短期观察^[47,48]；这些优势运用在新生儿及早产儿脑血流动力学检测上是非常有帮助的。国内外已有大量学者把ASL灌注技术运用到新生儿及早产儿的脑血流测定上，Wolf等^[49]研究表明，ASL灌注成像所得的CBF结果，与PET和DSC灌注成像所得一致；Wang等^[50]研究发现，ASL灌注成像的信噪比随年龄增长呈线性降低，因而应用ASL技术所得新生儿脑部灌注成像信号较成人更好，可以提高皮层和皮层下结构的分辨率；Maria等^[51]研究发现矫正胎龄的早产儿在基底节、脑灰质及脑白质3个区域的CBF均较足月新生儿有显著增高。这些研究都为ASL技术在新生儿及早产儿病理状态下的血液动力学检测奠定了基础。

       同样，ASL技术也存在许多不足，最为突出的是信噪比低，首先主要由运动伪影造成减影误差引起，尤其在新生儿脑血流测量中，检查过程中患儿头部不自主运动会对图像质量及测量结果产生影响，可以适当给予镇静剂，例如检查前30分钟给予10%水合氯醛灌肠(0.2~0.4 ml/kg)，同时通过多重翻转脉冲进行背景信号抑制来降低噪声^[52,53]；其次，在CASL中，磁化转移效应(magnetization transfer effect，MTE)也会引起组织信号降低约60%，解决方法主要是：(1)由于磁化转移效应在频率上的对称性，可以在基线状态时在成像层面上方等距离施加另一个射频脉冲。(2)应用小的表面线圈作为单独的标记线圈，这样既消除了磁化转移造成的信号降低，还能降低射频能量蓄积^[54]；而PASL与CASL比较，缺点是覆盖范围小，标记效率低。另外，血管内残余标记信号可以使感兴趣区CBF假性增高，应用小的扩散梯度可以减少血管内的残余标记信号^[55]。

       笔者相信，随着ASL灌注成像技术的逐步完善，其临床应用价值会越来越受到各方面的重视，同时由于新生儿自身的生理特点，使ASL灌注成像在新生儿脑血流动力学上的临床应用更具广阔前景，对新生儿在病理状态下脑血流动力学变化的进一步认知，必将为早产儿脑损伤及新生儿缺氧缺血性脑病的发生机制及其预后评估提供更为重要、更有价值的信息。