0 引言

       全面发育迟缓（global development delay, GDD）是一类具有高度临床和遗传异质性的神经发育障碍性疾病^[1]，专指5岁以下，在大运动或精细运动、语言、认知、社交和社会适应能力等能区中，存在至少2个能区发育显著延迟^[2]。GDD的患病率约为1%~3%^[3]，其可以表现出短暂的临床特征，但在疾病持续存在的情况下可最终导致发育障碍^[4]。目前，GDD的诊断主要依靠标准化的发育评估量表^{[5, 6]}，但临床表现的多样性以及病因的复杂性均增加了其诊断的难度^{[7, 8, 9]}，从而错过早期干预的最佳时期。因此，探寻能够早期识别GDD的影像学标志物，不仅有助于及时提供精准的诊断与干预，更对改善GDD儿童预后和提升生活质量具有重要的临床意义。

       GDD诊断指南中强调了影像学检查的重要性，指出MRI等影像学技术可帮助发现脑结构异常等潜在病因，为临床诊断和治疗提供依据^[10]。在结构MRI研究中发现GDD患儿的脑萎缩、脑室扩大、脑沟增宽等表现更常见，且可能存在局部脑区的灰质、白质体积异常^{[11, 12]}。弥散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）通过对每个体素内水分子扩散的各向异性（fractional anisotropy, FA）进行检测，主要用于评估脑白质纤维束的完整性和微观结构。宋琴等^[13]对30例智力障碍（intellectual disability, ID）/GDD儿童进行研究，发现ID/GDD儿童在额叶、颞叶、枕叶等多个脑白质的浅层区域FA值低于正常对照组，提示GDD儿童存在脑白质纤维束的损伤和髓鞘形成不良。弥散峰度成像（diffusion kurtosis imaging, DKI）可以反映组织内外水分子扩散受限程度和微环境复杂情况，提供更加真实丰富的微观结构信息。张晓雪等^[14]将DKI技术和基于束的空间统计学方法（tract-based spatial statistics, TBSS）结合研究GDD儿童脑白质纤维束微结构变化，发现GDD儿童在半卵圆中心、丘脑、内囊等部位的平均峰度（mean kurtosis, MK）均低于对照组，表明DKI参数可以为GDD的临床诊断提供新的参考。磁共振波谱（magnetic resonance spectrum, MRS）通过分析脑内代谢物浓度评估大脑发育情况，在一项MRS研究中发现9名颅脑常规MRI正常的发育迟缓儿童Cho/Cr比值较高，表明MRS可以更敏感地检测到髓鞘形成受损或早期脱髓鞘病变^[15]。

       集成磁共振成像（synthetic magnetic resonance imaging, SyMRI）是一种基于2D快速自旋回波技术的先进定量磁共振成像技术^{[16, 17]}，与常规MRI相比，SyMRI不仅能够提供多种定量参数，还可以实现脑组织分割，从而能够从多方面评估GDD儿童的脑结构改变，为疾病的诊断和预后评估提供更丰富的信息。其可在短时间内完成全脑扫描，并利用定量参数（如T1、T2、质子密度等）生成多种对比加权图像^[18]。相对于传统的DTI、fMRI等技术，SyMRI无需分别进行多次扫描以获取不同的数据，从而显著提高了扫描效率。此外，SyMRI可以提供全脑髓鞘化的定量信息，并且多参数数据在空间上具有一致性，便于数据的整合与分析，从而更全面地了解大脑的发育情况和结构异常。

       国内外已有关于SyMRI应用于孤独症谱系障碍（autism spectrum disorder, ASD）的研究报道^{[19, 20]}，发现ASD儿童的丘脑等脑区T1、T2弛豫值存在不同程度的升高或降低，并且与临床量表评分有一定的相关性，但将此技术应用于GDD的研究尚少，因此本研究的主要目的是采用SyMRI技术探索1~5岁GDD儿童脑微结构的变化，为GDD的病理生理机制研究提供新的依据，并为其早期诊断提供新的影像学标志物。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       依据纳排标准，纳入2024年5月至2024年10月期间经郑州大学第三附属医院儿童发育行为科首次确诊的55例GDD儿童作为试验组（GDD组），同时间段招募了30例年龄和性别相匹配的典型发育（typical development, TD）儿童作为正常发育组（TD组）。GDD组纳入标准：（1）符合DSM-5-TR对GDD的诊断标准；（2）Gesell发育量表（Gesell development schedule, GDS）至少有2个能区的发育商（development quotient, DQ）<75；（3）年龄1~5岁，右利手；（4）出生孕周≥37周；（5）常规MRI无明显异常。排除标准：（1）出生窒息抢救史或先天畸形；（2）存在既往药物治疗或干预史；（3）存在中枢神经系统疾病；（4）合并其他神经发育障碍性疾病。TD组纳入标准：（1）年龄1~5岁，右利手；（2）出生孕周≥37周；（3）常规MRI未见异常。排除标准：（1）出生窒息抢救史或先天畸形；（2）存在中枢神经系统疾病。

       本研究为前瞻性研究，研究方案经郑州大学第三附属医院伦理委员会批准（批准文号：2023-341-01），所有受试者的法定监护人均签署知情同意书，研究实施严格遵守《赫尔辛基宣言》相关原则。

1.2 临床资料

1.2.1 一般临床资料

       收集GDD组儿童和TD组儿童的一般临床资料，包括检查时月龄、性别、体质量、身高、出生方式、出生胎龄和出生体质量。

1.2.2 临床量表

       Gesell发育量表包括适应性、大运动、精细动作、语言和个人社交行为5个能区，各个能区发育水平以发育商（DQ=发育年龄/实际年龄×100）表示，诊断标准为至少存在两个能区的DQ<75，由本院儿童行为发育科经过培训并具有5年以上经验的专业医师进行评估。

1.3 研究方法

1.3.1 MRI扫描参数

       所有被试者均使用GE 3.0 T扫描仪（SIGNA.Pioneer）16通道头颈联合线圈进行常规MRI和SyMRI采集。为减少运动伪影，在检查前30 min静脉给予0.8 μg/kg的盐酸右美托咪定注射液（江苏恩华药业股份有限公司，中国）镇静，待熟睡后进行扫描。扫描序列包括常规序列[轴位T1WI、T2WI、T2液体衰减反转恢复（fluid attenuated inversion recovery, FLAIR）、扩散加权成像（diffusion weighted imaging, DWI）、矢状位T1WI]和SyMRI序列。（1）常规序列扫描参数：轴位T1WI（TR 1750 ms，TE 24 ms），轴位T2WI（TR 5552 ms，TE 128 ms），轴位T2 FLAIR（TR 8400 ms，TE 120 ms），轴位DWI（TR 3324 ms，TE 76 ms，b值为1000 s/mm²），矢状位T1WI（TR 1750 ms，TE 24 ms）；（2）SyMRI扫描参数：TR 5334 ms，TE 17 ms，FOV 24 cm×24 cm；矩阵240×240，层数34，层厚4 mm，层间距0 mm；总扫描时间为11 min 10 s。

1.3.2 图像处理及分析

       在数据处理前对图像质量进行检查，以排除采集质量差或存在明显结构异常的图像。随后，将获取的SyMRI序列图像导入后处理工作软件（SyMRI 8.0; Synthetic MR; Linkoping），生成T1、T2弛豫值和质子密度（proton density, PD）值定量图。使用ITK-SNAP3.8.0软件（www.itksnap.org），在T1、T2、PD图中进行手动勾画感兴趣区（region of interest, ROI）以获取T1、T2弛豫值和PD值，ROI的选取包括双侧额叶灰质、顶叶灰质、颞叶灰质、枕叶灰质、尾状核头、丘脑、壳核和苍白球（图1），勾画时选择圆形测量工具，避开周围结构，选择每个结构的最佳显示层面进行勾画。考虑到解剖结构的大小不同，设置勾画的ROI体素大小也不相同，具体如下：额叶灰质、顶叶灰质、颞叶灰质、枕叶灰质、苍白球设置5个体素，尾状核头、壳核设置8个体素，丘脑设置10个体素。以上测量均由两名具有10年以上神经影像诊断经验的副主任医师在不了解患者的具体分组及临床资料的情况下完成，每个ROI测量三次后取平均值。

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图1  在SyMRI定量图中勾画ROI的示意图。1A：红色为额叶灰质；黄色为顶叶灰质；1B：粉色为颞叶灰质；蓝色为枕叶灰质；1C：棕色为尾状核头；紫色为丘脑；1D：绿色为壳核；橙色为苍白球。SyMRI：集成磁共振成像；ROI：感兴趣区。
Fig. 1  The schematic of ROI delineation on the SyMRI quantitative map. 1A: Red represents frontal gray matter; Yellow represents parietal gray matter; 1B: Pink represents temporal gray matter; Blue represents occipital gray matter; 1C: Brown represents head of the caudate nucleus; Purple represents thalamus; 1D: Green represents putamen; Orange represents globus pallidus.

1.4 统计学分析

       数据分析采用SPSS 27.0（IBM, Armonk, NY, USA）和GraphPad prism（version 10.1;https://www.graphpad-prism.cn/）对数据进行统计分析和绘图。计数资料以例表示，使用卡方检验；符合正态分布的计量资料以均值±标准差表示，使用独立样本t检验；不符合正态分布者以M（Q1, Q3）表示，使用Wilcoxon秩和检验。将有差异脑区T1、T2弛豫值和PD值与Gesell量表评分间做相关性分析，若符合正态分布使用Pearson相关分析，否则进行Spearman相关分析。采用受试者工作特征（receive operating characteristic, ROC）曲线评估T1、T2弛豫值和PD值对各组的诊断效能，并计算曲线下面积（area under the curve, AUC）。采用组内相关系数（intra-class correlation coefficient, ICC）衡量两位测量者之间的一致性。ICC≥0.75认为一致性良好，0.61~0.75认为一致性一般，0.41~0.60认为一致性较差，≤0.40认为一致性差。P<0.05为差异有统计学意义，脑区间参数比较时应用Bonferroni校正脑区数量后（P=0.05/脑区数量），P<0.003为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料比较

       两组检查时月龄、性别、体质量、身高、出生方式、出生胎龄和出生体质量比较，差异无统计学意义（P均>0.05），见表1。

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表1  GDD组和TD组一般资料比较
Tab. 1  Comparison of basic information between GDD group and TD group

2.2 GDD组与TD组各ROI内一致性检验

       所有ROI内的测量值在两位测量者之间的一致性均良好，T1、T2弛豫值和PD值的ICC分别为0.903 [95%置信区间（confidence interval, CI）：0.852~0.936]、0.922（95% CI：0.880~0.952）、0.916（95% CI：0.864~0.947），P均<0.05。

2.3 两组之间T1、T2弛豫值和PD值差异

       与TD组相比，GDD组在左侧顶叶灰质、右侧枕叶灰质T1弛豫值增高（P<0.003），见表2、图2A；左侧顶叶灰质、双侧颞叶灰质T2弛豫值增高（P<0.003），见表2、图2B；左侧颞叶灰质和右侧枕叶灰质PD值增高（P<0.003），见表3、图2C。两组在双侧额叶灰质、尾状核头、苍白球、壳核和丘脑及右侧顶叶灰质、左侧枕叶灰质的T1、T2弛豫值和PD值差异均无统计学意义（P均>0.003）。

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图2  GDD组与TD组各ROI内T1弛豫值、T2弛豫值及PD值比较图。^*: P＜0.003；GDD：全面发育迟缓；TD：典型发育；ROI：感兴趣区；PD：质子密度。
Fig. 2  Comparison of T1, T2 relaxation values and PD values in different ROIs between GDD and TD groups. ^*: P＜0.003; PD: proton density; GDD: global development delay; TD: typical development; ROI: region of interest.

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表2  GDD组和TD组各脑区T1、T2弛豫值比较
Tab. 2  Comparison of T1 and T2 relaxation values in different brain regions between GDD group and TD group

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表3  GDD组和TD组各脑区PD值比较
Tab. 3  Comparison of PD values in different brain regions between GDD and TD groups

2.4 SyMRI参数与Gesell发育量表的相关性分析

       结果显示，左侧顶叶灰质T1弛豫值分别与适应性行为发育商及个人社交行为发育商成正相关（r=0.327，P=0.015；r=0.535，P<0.001）；左侧顶叶灰质T2弛豫值与适应性行为发育商成正相关（r=0.449，P=0.001）；左侧颞叶灰质T2弛豫值分别与适应性行为发育商及个人社交发育商成正相关（r=0.348，P=0.009；r=0.321，P=0.017）；左侧颞叶灰质PD值与精细动作发育商成正相关（r=0.322，P=0.017）。详见图3。

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图3  GDD组T1、T2 弛豫值和PD值与Gesell 发育量表的相关性。GDD：全面发育迟缓；PD：质子密度。
Fig. 3  Correlation of T1, T2 relaxation values and PD values in GDD group with Gesell Developmental Scales. GDD: global developmental delay; PD: proton density.

2.5 SyMRI参数的ROC曲线分析

       左侧顶叶灰质、右侧枕叶灰质T1弛豫值诊断GDD的AUC分别为0.745、0.734（P均<0.05）；左侧顶叶灰质、左侧颞叶灰质、右侧颞叶灰质T2弛豫值诊断GDD的AUC分别为0.752、0.714、0.742（P均<0.05）；左侧颞叶灰质、右侧枕叶灰质PD值诊断GDD的AUC分别为0.669、0.712（P均<0.05），其中左侧顶叶灰质T2弛豫值的AUC最高（0.752），左侧颞叶灰质PD值的AUC最低（0.669）。见表4、图4。

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图4  T1、T2弛豫值和PD值的ROC曲线分析。ROC：受试者工作特征；PD：质子密度。
Fig. 4  ROC curve analysis of T1, T2 relaxation values and PD values. ROC: receiver operating characteristic; PD: proton density.

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表4  两组的诊断效能分析结果
Tab. 4  Results of the diagnostic performance analysis between the two groups

3 讨论

       本研究采用先进的SyMRI技术，对GDD儿童多个脑区灰质微结构的变化进行系统评估。研究结果显示，与TD儿童相比，GDD儿童多个脑区的SyMRI参数增高，进一步分析发现，这些SyMRI参数与临床量表具有一定的相关性；同时，ROC曲线分析表明，SyMRI参数对识别GDD儿童和TD儿童具有良好的区分度。这一结果表明，SyMRI技术在GDD儿童的早期诊断中具有较高的敏感性，有望为GDD的早期诊断和病理机制研究提供重要的影像学依据。

3.1 GDD组和TD组T1、T2弛豫值和PD值差异分析

       大脑灰质的组织结构和成分、水分含量、细胞密度和大小、大脑髓鞘化程度等的变化均会导致T1、T2弛豫值和PD值的改变^[21]。李林等^[22]发现GDD儿童额叶和顶叶浅部白质ADC值随严重程度升高而升高。既往研究表明^[23]，在发育迟缓的儿童群体中，其颞叶、半卵圆中心以及枕叶等临近灰质的大脑白质浅层区域的FA值呈现出普遍降低的趋势。在有关发育迟缓和孤独症的MRS研究中发现，患儿在多个脑区出现NAA/Cr比值降低, 这可能提示其神经元的破坏或抑制以及髓鞘形成延迟^{[24, 25]}。以上研究表明GDD儿童灰白质的组织结构及成分、神经纤维和髓鞘的完整性等发生改变，水分子的扩散更无方向性，脑组织微结构可能受到破坏，这与细胞外空间的增加以及纤维的堆积和脱髓鞘的减少相符^[26]。

       本研究结果显示，GDD组差异脑区T1、T2弛豫值和PD值均较TD组增高。这一发现提示GDD儿童可能存在脑组织结构的异常改变，而这些改变与神经元及白质的发育异常密切相关。神经元作为脑灰质的功能核心，其增殖、分化、成熟及突触形成的异常可能是导致 MRI参数改变的重要因素之一。SUN等^[3]研究显示GDD儿童的双侧顶叶、颞叶、枕叶皮质厚度增加，这一现象可能反映了相应脑区的细胞体积增大或形态异常，组织结构变得疏松或不规则，从而导致细胞间间隙及细胞外间隙增大。这种结构改变使组织内自由水分子比例升高，弥散受限程度降低，水分子之间的相互作用以及水分子与周围组织成分的相互作用减弱，从而引起T2弛豫值延长。一项DKI研究显示^[14]，GDD儿童丘脑等区域的MK和径向峰度（radial kurtosis, Kr）均低于正常儿童。这些改变可能与神经元密度降低有关。当神经元密度降低时，突触密度也会相应减少，突触密度不足会导致细胞内水分子的弥散受限程度减轻，从而表现为Kr降低。同时，这种弥散受限程度的减轻还会导致水分子的非高斯性减弱，进而表现为MK降低。在应用DTI技术对GDD的研究中^[27]，白质结构的异常改变会导致轴突发育异常，表现为生长缓慢、直径变细以及髓鞘化启动延迟，白质纤维束的方向性排列紊乱，FA值降低；同时，轴突内水分子的弥散受限程度减轻，平均弥散率值（mean diffusivity, MD）升高。以上结果进一步支持了GDD儿童脑灰质微结构存在异常，并与本研究中SyMRI参数值的改变具有相似的病理机制。此外，GDD儿童常存在神经元发育迟滞，相较于成熟的神经元，未成熟神经元的胞质内脂质（如髓鞘前体物质）含量相对较低^[28]，脂质的缺乏亦会导致T1弛豫值延长。

       慢性神经炎症在智力障碍的发病机制中具有重要作用^[29]。脑灰质中胶质细胞的异常活化与功能障碍也可以影响组织微环境稳态，从而引起MRI信号改变。慢性神经炎症会激活星形胶质细胞与小胶质细胞^[30]，活化的星形胶质细胞会分泌炎症因子，从而破坏其对细胞外液离子的调节功能，导致渗透压异常引发水分子潴留；小胶质细胞过度激活会释放的活性氧和蛋白酶会直接损伤神经元与突触结构^[31]，引发局部组织水肿，从而引起T2值和PD值增高。周梁等^[32]研究发现GDD儿童左侧颞叶灰质灌注减低，脑灌注不足会引起细胞毒性水肿及血管源性水肿，从而引起细胞内外液的分布和运动状态的改变，进而可以导致T1弛豫值延长；此外，由于灌注减低可引发缺血缺氧^[33]，进而导致细胞能量代谢障碍，一方面，在造成细胞毒性水肿的同时刺激胶质细胞增生，共同影响水分子扩散，引起T2弛豫值延长。另一方面，缺血缺氧和代谢障碍等亦可诱导神经元凋亡^{[34, 35]}，凋亡过程中细胞膜完整性破坏，胞内水分外渗至细胞间隙，自由水分子含量增加，T2值增高；同时，单位体积内质子总量增加引起PD值增高。

       有研究发现^[36]通过鼠神经生长因子可以促进GDD儿童大脑皮层发育以及神经轴突延伸和髓鞘化从而改善其功能，表明虽然灰质中髓鞘成分存在相对较少，但也可能会影响周围组织弛豫值。髓鞘化的减少或破坏，会使脑灰质中脂质含量相对减少，从而引起T1弛豫值延长和PD值增加；同时，髓鞘化程度的下降导致神经纤维髓鞘的不完整，引起其周围水分分布和运动的改变，并且增加了局部磁场的不均匀性，进而使T2弛豫时间延长^[37]。本研究仅发现颞叶灰质T2弛豫值在双侧增高，而其他脑区的差异只表现在一侧，这可能是因为GDD儿童脑微结构存在偏侧化或神经可塑性的不对称性^[38]。

3.2 GDD组差异脑区与Gesell发育量表评分的相关性分析

       额叶是大脑中负责多种高级认知功能和行为调控的重要区域，其功能复杂多样，额叶皮层的中央前回是主要的运动区，负责控制身体各部位的随意运动，运动前区参与运动的规划和协调^[39]，实现复杂运动的执行以及精细动作的控制，额叶皮层还参与复杂的决策过程和行为的规划，在社交行为中发挥着重要作用。运动障碍在GDD儿童中较为常见，且体征出现较早^[40]，但对其研究相对较少。在本研究中发现左颞叶灰质PD值与精细动作发育商成正相关，颞叶皮质可能通过与额叶皮质的联系，整合感觉信息和记忆，以指导复杂的行为和决策，将感觉信息或记忆与运动指令整合，从而间接影响精细动作的执行^[41]。既往对ASD儿童的研究中也发现其额颞叶连接强度降低以及腹内侧前额叶皮层与上颞后沟连接不足^{[42, 43]}。

       顶叶与处理感觉信息、空间感知以及一些高级认知功能相关^[44]，如理解他人的情感和意图。颞叶是听觉皮层的所在地，负责处理声音信息，同时与记忆形成、语言处理密切相关^[45]。同时，顶叶皮层和颞叶皮层均与边缘系统相互作用，参与情感的调节和表达。颞顶联合区（temporal-parietal junction, TPJ）在社会认知中起着核心作用，与社会认知相关；参与社会性信息加工，将信息进行协调处理，检测外部社会事件并使基于内部目标的行为与之匹配^[46]。颞顶叶的损伤可能会使社会听觉和视觉感知以及分析和解读他人意图的过程受损^[47]，一项研究表明颞叶及周围皮质功能的异常可能是ASD儿童社交和语言异常的基础^[48]。本研究结果显示左侧顶叶灰质T1弛豫值和左侧颞叶灰质T2弛豫值均与适应性行为及个人社交行为发育商正相关，提示颞顶叶微结构异常可能会引起GDD儿童适应性行为障碍和社会认知缺陷。

       枕叶皮质是视觉信息处理的核心区域，与视觉记忆和视觉空间认知相关联，存在对不同客体范畴特异性的反应区域，构成了大脑的客体识别网络^[49]。有研究表明枕叶皮层活动的降低将使损伤处理接收的视觉信息的能力，从而导致精神运动性发育迟缓^[50]。LOMBARDO等^[51]的研究发现，在具有明显的早期社会视觉参与困难的ASD儿童中，DMN-枕颞叶皮层连接性低下，这种连接性的低下增加了其社交沟通的困难程度。这可能是由于灰质结构内细胞间信号传递效率降低，影响视觉信息处理速度和准确性，从而影响适应性行为表现和语言表达。

       GDD儿童的发育迟缓是多方面的，涉及运动、语言、认知等多个领域，是一种较为广泛且复杂的发育障碍。在本研究中发现，GDD组T1、T2弛豫值增高主要与适应性行为和社交行为发育商成正相关。GDD儿童的脑部结构和功能异常可能较为广泛和多样，不同脑区的病理生理机制可能存在差异，这可能是出现正相关的原因之一；儿童适应性行为和社交行为发育依赖于脑灰质（尤其前额叶、颞叶、顶叶等与执行功能、社会认知相关脑区）的微观结构完整性与神经环路协调性^[46]，对于本研究中发现的正相关性（即弛豫值越高，DQ越高，适应性行为迟缓越轻），这一关联可能是脑灰质适应性代偿改变与适应性行为及社交行为功能改善直接对应的体现。同时，本研究中纳入的GDD儿童多为轻中度，此部分儿童的脑区并非完全丧失发育潜力，可能会通过调整神经元连接、优化突触效率，弥补基础发育的不足，从而实现适应性行为和社交行为的改善。

3.3 ROC曲线分析

       本研究的ROC结果显示左侧顶叶灰质、右侧枕叶灰质T1弛豫值；左侧顶叶灰质、左侧颞叶灰质、右侧颞叶灰质T2弛豫值和右侧枕叶灰质PD值均在GDD儿童的诊断中具有一定的价值（AUC>0.7）。特定脑区的T1、T2弛豫值和PD值在一定程度上可以作为GDD的潜在诊断指标，为临床诊断提供了新的思路和方法。

3.4 本研究的局限性

       首先，本研究对高功能GDD儿童纳入量较少，故未进行严重程度分组研究，可能会掩盖其在神经影像学特征上的差异。其次，本研究的ROI采用手动勾画，其依赖于操作者的经验和主观判断，可能会影响分析的准确性。最后，仅使用SyMRI技术进行研究，无法全面揭示神经发育的复杂机制，未来需要联合多种神经影像学技术进行多模态研究。

4 结论

       综上所述，SyMRI参数值在一定程度上可以提示GDD儿童的脑微结构存在异常，这些异常可能与其临床症状相关，对探究GDD儿童的病理生理机制及其早期诊疗具有临床意义。