0 引言

       支气管肺发育不良（bronchopulmonary dysplasia, BPD）是早产儿常见的慢性肺部疾病，其核心病理特征为肺泡简化及肺微血管发育不良^[1]。随着围产医学和新生儿重症救治技术的不断进步，早产儿的存活率显著提高，但BPD的发病率仍居高不下^{[2, 3, 4]}。一项纳入78万余例新生儿的系统综述与Meta分析显示，根据校正胎龄36周时需氧或正压通气的诊断标准，BPD的总体患病率为21%，其中胎龄≤28周的早产儿患病率高达43%^[5]。BPD不仅严重影响肺功能，还与远期神经发育障碍密切相关，包括认知功能受损、运动发育迟缓及行为异常等，影响患儿生活质量，给家庭和社会带来沉重负担^{[6, 7, 8]}。因此，早期识别BPD相关脑损伤并探索其潜在机制，对于改善患儿预后具有重要意义。

       生理范围内稳定且充足的脑血流灌注是维持脑组织代谢和功能的基础，一旦出现灌注异常或稳态失衡，可引发神经代谢紊乱、脑白质发育受损，甚至导致远期神经发育不良^{[9, 10]}。早产儿脑血管自主调节功能尚未成熟，易受各类外界不良因素影响。BPD患儿常伴有慢性低氧血症、高碳酸血症及全身炎症反应，这些因素均可能导致脑血管调节功能障碍，进而引发脑灌注异常^{[11, 12]}。三维动脉自旋标记（three-dimensional arterial spin labeling, 3D-ASL）技术是一种无创、无辐射且无需外源性对比剂的磁共振灌注成像技术，可精准定量局部脑血流量（cerebral blood flow, CBF），评估脑发育水平，已被广泛应用于新生儿的研究中^{[13, 14, 15]}。HIJMAN等^[16]研究表明极早产儿和青少年的区域性脑灌注改变与执行功能表现相关；CIRILLO等^[17]发现轻度缺氧缺血性脑病婴儿基底节CBF与2岁时的认知、语言和运动评分密切相关，较高的CBF与较低的贝利评分相关。但目前关于BPD早产儿脑血流灌注特征的系统研究仍较有限。

       机械通气是救治BPD早产儿的重要手段，但机械通气时长过长以及血氧和二氧化碳分压波动等因素，可能干扰早产儿尚未发育成熟的脑血管自主调节功能，影响脑血流灌注稳态，增加脑损伤风险^{[18, 19]}。张晨等^[20]采用ASL技术对BPD早产儿脑血流进行了初步研究，但其主要关注皮质及深部灰质核团的灌注变化，未涉及白质区域的CBF分析，且未探讨机械通气时长与脑血流的关系。基于此，本研究在分析灰质区域的基础上，进一步将研究范围扩展至脑白质区域，采用3D-ASL技术定量检测BPD早产儿的脑灰白质血流灌注水平，明确其脑血流灌注特征，并分析脑血流异常与机械通气时长的相关性，旨在为临床评估BPD早产儿脑发育状态并指导干预提供影像学依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       前瞻性连续性收集2024年1月至2024年9月在郑州大学第三附属医院新生儿重症监护室住院并于放射科接受磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）检查的122例早产儿作为研究对象，早产儿入院病因主要包括新生儿呼吸窘迫综合征（77例）、胎膜早破（39例）和新生儿感染（6例）。纳入标准：（1）出生胎龄<32周；（2）出生体质量≤1500 g；（3）临床基本资料完整。排除标准：（1）中枢神经系统感染；（2）围生期重度窒息；（3）常规MRI显示脑白质损伤；（4）颅内出血≥Ⅲ级（Papile分级标准）^[21]；（5）所获ASL图像质量欠佳（存在明显运动伪影或信噪比较低），影响后续分析。根据2018年美国国立儿童健康与人类发育研究所（National Institute of Child Health and Human Development, NICHD）BPD诊断标准^[22]，将早产儿分为BPD组（n=61）与对照组（n=61）。

       本研究遵守《赫尔辛基宣言》，获得郑州大学第三附属医院伦理委员会批准[批准文号：2023-（预）198]，所有受试者的监护人均签署知情同意书。

1.2 临床资料收集

       通过医院电子病历系统，收集所有受试者的相关资料，包括两个部分：（1）早产儿一般情况，包括性别、出生胎龄、出生体质量、1分钟和5分钟Apgar评分、MRI检查时校正胎龄、机械通气时长、有创通气时长及无创通气时长。（2）母孕期情况，记录是否采用辅助生殖技术受孕、分娩方式，以及是否合并妊娠期高血压、妊娠期糖尿病、妊娠期甲状腺功能减退、胎膜早破、胎盘早剥、前置胎盘、胎盘植入等情况。

1.3 MR图像采集

       所有受试者均在校正胎龄35~39周时采用3.0 T磁共振扫描仪（SIGNA Pioneer, GE Healthcare, Waukesha, WI, USA）进行图像采集，使用16通道头线圈，扫描范围覆盖全脑。检查前30 min给予苯巴比妥5 mg/kg静脉注射镇静，避免患儿躁动产生运动伪影，且全程在新生儿科医师监护下完成检查。镇静效果评估标准为：患儿安静入睡、呼吸节律平稳、对外界刺激反应减弱、无明显肢体活动。扫描序列包含常规头颅MRI序列及ASL序列（3D-ASL和Ax 3D T1 BRAVO）。ASL序列扫描参数如下：

       （1）3D-ASL：TR 4874 ms，TE 11.7 ms，层厚3 mm，层数34，FOV 240 mm×240 mm，激励次数3，采用伪连续动脉自旋标记方式，标记后延迟（post label delay, PLD）时间为2025 ms；（2）Ax 3D T1 BRAVO：TR 7.0 ms，TE 2.5 ms，层厚1 mm，层数102，FOV 240 mm×240 mm，激励次数1。总扫描时间为14 min 57 s。

1.4 图像处理及分析

       将获取的3D-ASL原始数据导入GE ADW 4.7工作站（GE Healthcare, Waukesha, WI, USA），使用Ready View软件及标准化处理流程生成每位受试者的彩色编码CBF图，并与高分辨率3D T1加权结构像融合，以精准显示各脑区解剖定位。在融合后的图像上手动勾画感兴趣区（region of interest, ROI）用于提取各脑区局部CBF值，包括双侧额叶、顶叶、颞叶、枕叶皮质及白质，双侧基底节和双侧丘脑。ROI勾画示意图见图1。各ROI的勾画层面依据标准解剖标志确定，包括半卵圆中心层面、基底节层面和大脑脚层面。ROI勾画时避开脑沟、脑池、大血管及皮质脊髓束等深部白质纤维区域，所有受试者的勾画层面及ROI位置保持严格统一，同一受试者双侧ROI对称放置于大脑左右半球的相应解剖部位。所有ROI由两名具有5年以上新生儿神经影像诊断经验的医师采用双盲法独立测量，职称分别为主治医师和副主任医师。每个ROI均在解剖结构显示最清晰的单一层面上重复测量3次，取平均值作为该脑区最终CBF值用于后续统计分析。ROI大小设定为额叶、顶叶、颞叶、枕叶皮质及白质区域（10±2） mm²，基底节及丘脑区域（20±5） mm²。

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图1  ROI勾画示意图。色标表示CBF值范围[单位：mL/(100 g·min)]，色标量程0~45，颜色由蓝至红对应CBF由低至高；蓝色圆圈为各脑区手动勾画的ROI，用于提取局部CBF值。1、2：额叶皮质；3、4：顶叶皮质；5、6：额叶白质；7、8：顶叶白质；9、10：基底节；11、12：丘脑；13、14：枕叶白质；15、16：枕叶皮质；17、18：颞叶皮质；19、20：颞叶白质。ROI：感兴趣区；CBF：脑血流量。
Fig. 1  Schematic diagram of ROI delineation. The color bar indicates the range of CBF values [unit: mL/(100 g·min)], scale range 0 to 45, with colors ranging from blue to red corresponding to CBF from low to high. The blue circles represent manually delineated ROIs in each brain region, used to extract local CBF values. 1, 2: frontal cortex; 3, 4: parietal cortex; 5, 6: frontal white matter; 7, 8: parietal white matter; 9, 10: basal ganglia; 11, 12: thalamus; 13, 14: occipital white matter; 15, 16: occipital cortex; 17, 18: temporal cortex; 19, 20: temporal white matter. ROI: region of interest; CBF: cerebral blood flow.

1.5 统计学分析

       采用SPSS 26.0（IBM Corp., Armonk, NY, USA;https://www.ibm.com/products/spss-statistics）和GraphPad Prism 10.1.2（Dotmatics, Boston, NY, USA;https://www.graphpad.com）软件进行数据统计分析和绘图。使用Kolmogorov-Smirnov检验进行正态性检验；使用Levene检验进行方差齐性检验。符合正态分布的计量资料以x¯±s表示，正态分布且方差齐者组间比较采用两独立样本t检验，正态分布但方差不齐者采用Welch校正t检验；不符合正态分布的计量资料以M（P25，P75）表示，组间比较采用Mann-Whitney U检验。使用错误发现率（false discovery rate, FDR）法对多重比较结果进行校正，校正后检验水准设定为0.05。计数资料以n（%）表示，组间比较采用χ²检验或Fisher确切概率法。通过组内相关系数（intra-class correlation coefficient, ICC）分析各脑区CBF值的测量者间一致性，ICC≥0.75表示一致性良好，0.40≤ICC<0.75表示一致性一般，ICC<0.40表示一致性较差。在BPD组内，为排除个体发育成熟度的影响，以出生胎龄和出生体质量为控制变量，采用偏相关分析探索差异脑区CBF值与机械通气时长的相关性。所有统计分析均采用双侧检验，以P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料

       两组早产儿性别、出生胎龄、出生体质量、1分钟和5分钟Apgar评分、MRI检查时校正胎龄及母孕期情况比较，差异无统计学意义（P>0.05）。BPD组机械通气时长、有创通气时长及无创通气时长均大于对照组（P<0.05）。见表1。

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表1  两组早产儿一般临床资料比较
Tab. 1  Comparison of general clinical data between the two groups of preterm infants

2.2 测量者间一致性分析

       由不同测量者测量的各脑区CBF值均表现出良好的一致性，ICC均>0.75，P均<0.05（表2）。

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表2  各脑区CBF值的测量者间一致性分析
Tab. 2  Inter-rater consistency analysis of CBF values in each brain region

2.3 两组早产儿CBF值比较

       与对照组相比，BPD组双侧额叶皮质、双侧顶叶皮质、双侧颞叶皮质、双侧枕叶皮质、右侧额叶白质、左侧顶叶白质、双侧颞叶白质、右侧枕叶白质、双侧基底节及双侧丘脑的CBF值升高（P<0.05）。其余感兴趣区的CBF值比较，差异无统计学意义（P>0.05）（表3、图2）。两组早产儿的代表性CBF图见图3。

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图2  两组间CBF 值比较。2A：两组间皮质CBF 值比较；2B：两组间白质CBF值比较；2C：两组间基底节及丘脑CBF值比较。CBF：脑血流量；BPD：支气管肺发育不良。*表示P<0.05，**表示P<0.01，***表示P<0.001。
Fig. 2  Comparison of CBF values between the two groups. 2A: Comparison of CBF values in the cortex between the two groups; 2B: Comparison of CBF values in the white matter between the two groups; 2C: Comparison of CBF values in the basal ganglia and thalamus between the two groups. CBF: cerebral blood flow; BPD: bronchopulmonary dysplasia. * indicates P < 0.05, ** indicates P < 0.01, *** indicates P < 0.001.

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图3  两组早产儿的代表性CBF图（经基底节水平）。色标表示CBF值范围[单位：mL/(100 g·min)]，灰度图与伪彩图采用不同色标量程以优化各模态下的视觉对比度。3A、3B：BPD组，女，出生胎龄27周，MRI检查时校正胎龄35⁺⁵周；3A为灰度图（色标量程0~100，颜色由黑至白对应CBF由低至高），3B为3A同层面伪彩图（色标量程0~40，颜色由蓝至红对应CBF由低至高）。3C、3D：对照组，女，出生胎龄29⁺⁵周，MRI检查时校正胎龄36⁺³周；3C为灰度图，3D为3C同层面伪彩图，标尺参数与3A、3B一致。CBF：脑血流量；BPD：支气管肺发育不良。
Fig. 3  Representative CBF images of preterm infants from the two groups (at the level of the basal ganglia). The color bar indicates the range of CBF values [unit: mL/(100 g·min)]; different color bar scales were used for the grayscale and pseudocolor images to optimize visual contrast in each modality. 3A, 3B: BPD group, female, gestational age at birth 27 weeks, corrected gestational age at MRI 35⁺⁵ weeks; 3A is a grayscale image (scale range 0 to 100, with colors ranging from black to white corresponding to CBF from low to high), 3B is a pseudocolour image of the same slice as 3A (scale range 0 to 40, with colors ranging from blue to red corresponding to CBF from low to high). 3C, 3D: Control group, female, gestational age at birth 29⁺⁵ weeks, corrected gestational age at MRI 36⁺³ weeks; 3C is a grayscale image, 3D is a pseudocolour image of the same slice as 3C, with scale parameters consistent with 3A and 3B. CBF: cerebral blood flow; BPD: bronchopulmonary dysplasia.

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表3  两组早产儿CBF值比较
Tab. 3  Comparison of CBF values between the two groups of preterm infants

2.4 不同性别BPD早产儿的CBF值比较

       将BPD早产儿按性别分为男性组（n=32）和女性组（n=29），比较两组各脑区CBF值。结果显示，两组间各脑区CBF值差异均无统计学意义（P>0.05）（表4）。

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表4  不同性别BPD早产儿的CBF值比较
Tab. 4  Comparison of CBF values between preterm infants with BPD of different sexes

2.5 BPD组差异脑区CBF与机械通气时长的相关性分析

       以出生胎龄和出生体质量为控制变量，进行偏相关分析。结果显示，在整体BPD组（校正胎龄35~38周）中，各差异脑区CBF与机械通气时长均无显著相关性（P>0.05）。进一步按MRI检查时校正胎龄进行分层分析，将BPD患儿分为校正胎龄35~36周组（n=35）和校正胎龄37~38周组（n=26）。在校正胎龄35~36周组中，差异脑区CBF与机械通气时长仍无显著相关性（P>0.05），而在校正胎龄37~38周组中，左侧顶叶白质（r=0.421，P=0.040）及右侧枕叶白质（r=0.476，P=0.019）的CBF与机械通气时长呈显著正相关（表5）。

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表5  BPD组差异脑区CBF与机械通气时长的相关性分析
Tab. 5  Correlation analysis between CBF in the brain regions showing significant intergroup differences and the duration of mechanical ventilation in the BPD group

3 讨论

       本研究采用3D-ASL技术检测脑血流灌注，探讨BPD早产儿脑血流灌注特点及其与机械通气时长的相关性。结果表明，BPD早产儿存在广泛脑区CBF异常升高，性别对其脑血流水平无明显影响。在校正胎龄37~38周时，BPD早产儿左侧顶叶白质及右侧枕叶白质的CBF与机械通气时长呈正相关。这些发现有助于理解BPD脑损伤机制，并为临床评估BPD早产儿脑发育状态及指导干预提供影像学依据。

3.1 两组早产儿CBF值差异分析

       BPD作为早产儿常见的慢性呼吸系统并发症，不仅造成肺部发育停滞与损伤，还可引发广泛且隐匿的脑结构、脑灌注及神经代谢异常，是远期神经发育障碍的独立危险因素^{[23, 24, 25]}。张晨等^[20]利用ASL技术发现，BPD可显著增加早产儿大脑皮质及深部灰质核团的血流灌注量。本研究结果显示BPD组早产儿在多个脑区的CBF值均显著高于对照组，与既往研究一致。KLINE等^[26]指出，BPD与早产儿皮质表面积减小相关，提示BPD可干扰正常的皮质发育轨迹。脑白质微结构损伤是BPD相关脑改变的核心特征^{[23, 27, 28]}。一项弥散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）研究显示BPD组早产儿内囊后肢、胼胝体压部及枕叶白质等区域的各项异性分数（fractional anisotropy, FA）值降低，表观弥散系数（apparent diffusion coefficient, ADC）值升高^[29]，反映脑白质纤维束发育延迟和髓鞘化障碍，这与本研究发现的脑血流异常增高形成对应关系，表明脑血流改变与白质微结构损伤密切相关。此外，BASU等^[30]采用质子磁共振波谱技术研究发现，中重度BPD患儿右侧基底节的γ-氨基丁酸及γ-氨基丁酸/谷氨酸比值降低，提示脑发育关键期抑制/兴奋神经信号平衡紊乱，而该异常是神经元环路成熟障碍的重要标志。本研究中BPD患儿基底节CBF显著升高，表明基底节既是BPD所致神经代谢紊乱的关键部位，也是脑高灌注的受累区域，说明血流与代谢在BPD相关脑损伤方面具有协同作用。

       BPD导致脑血流异常增高的病理生理机制涉及多个层面。首先，BPD患儿长期处于慢性缺氧状态，可激活机体缺氧诱导因子（hypoxia inducible factor, HIF）通路，该通路一方面通过介导肺血管生成与肺泡化进程，改善肺部气体交换效率及肺功能，为全身氧供提供基础保障^[31]；另一方面，HIF-1α可上调一氧化氮合酶的表达，提升一氧化氮浓度，从而促进脑血管舒张，增加CBF^[32]。也有研究将新生小鼠暴露于缺氧条件下进行实验，发现慢性缺氧可导致脑毛细血管密度增加^[33]。其次，全身性炎症反应是BPD的核心病理特征。由于早产儿血脑屏障尚未完全成熟、通透性较高，肺部产生的炎症介质如白细胞介素-1β、白细胞介素-6及肿瘤坏死因子-α等可通过血液循环进入中枢神经系统，加重血脑屏障破坏及神经炎症反应^{[34, 35]}。炎症因子可直接作用于脑血管内皮和平滑肌细胞，影响一氧化氮、内皮素等血管活性物质的平衡状态，进而可能导致脑血管舒缩功能紊乱，诱发局部脑血流灌注异常^[36]。此外，机械通气过程中血氧及二氧化碳水平的波动也可干扰脑血管自主调节功能，影响脑血流灌注的稳定性^[37]。

3.2 性别对BPD早产儿CBF的影响分析

       本研究未发现性别对BPD早产儿各脑区的CBF有明显影响，提示在本样本量和校正胎龄范围内，BPD相关脑血流改变无性别差异性。既往有研究报道，BPD的发病率和严重程度存在性别差异，26周胎龄前出生的男婴BPD的发病率高于女婴，且新生儿和婴儿死亡率也更高^[38]。本研究未观察到性别对BPD早产儿CBF的影响，可能与BPD相关的病理生理改变（如慢性缺氧、炎症等）对脑灌注的影响远大于性别因素有关。未来可通过扩大样本量和长期随访，进一步探讨BPD早产儿性别与脑灌注之间的关系。

3.3 BPD组差异脑区CBF与机械通气时长的相关性分析

       本研究发现，BPD患儿皮质及深部灰质的CBF广泛升高，但这些区域的CBF与机械通气时长无显著相关性；而仅在左侧顶叶白质和右侧枕叶白质观察到CBF与机械通气时长的正相关，且这一关联仅出现在校正胎龄37~38周的BPD亚组中。这可能反映了不同脑区对BPD病理生理及机械通气刺激的差异性反应。一方面，皮质及深部灰质区域血供丰富、自动调节储备较高，其CBF广泛升高主要由BPD继发的持续性低氧血症、高碳酸血症及全身炎症反应介导，属于疾病本身引发的整体性脑灌注异常。在此基础上，机械通气时长带来的附加影响可能有限，因此未检出二者的相关性。另一方面，顶叶白质与枕叶白质属于早产儿晚期髓鞘化进程的核心活跃区域，代谢需求高、血供相对薄弱，对缺氧、缺血及血流波动等各类损伤因素更为敏感，可能因此成为反映机械通气时长影响BPD早产儿脑血流灌注的关键靶区^[39]。然而，这种效应仅在校正胎龄37~38周时才显现，而在校正胎龄35~36周时无相关。出现该现象的原因可能与早产儿脑发育成熟度有关。已有研究表明，早产儿脑血管自主调节功能随胎龄增加而逐渐成熟，胎龄越低，自主调节能力越不完善^[40]。校正胎龄35~36周的早产儿，脑发育尚不成熟，脑血管自主调节功能不完善，基础脑血流本身波动幅度较大，可能掩盖机械通气带来的脑灌注改变，因此无法检出显著相关性；而校正胎龄37~38周时，早产儿脑发育相对成熟，脑血管自主调节功能较35~36周时有所改善，脑血流对机械通气相关的气压伤、容积伤、炎症应激及氧合波动等刺激更为敏感且变化更易被监测到。值得指出的是，上述解释尚属推论，本研究未同步监测动脉血气及血压波动等生理参数，无法直接验证脑血管反应性的成熟度差异。尽管缺乏直接证据，本研究的发现仍具有重要临床启示：对于校正胎龄足月的BPD早产儿，需动态监测特定脑白质区域的血流变化，严格控制机械通气时长，降低脑损伤风险。

3.4 局限性

       本研究存在一定的局限性：首先，本研究为横断面研究设计，仅能揭示BPD早产儿脑血流灌注与机械通气时长的相关性，无法明确二者的因果关联；同时分层分析后校正胎龄37~38周组的样本量较小，导致相关性分析的统计效力有限。其次，本研究未详细记录BPD的临床分级，无法进一步开展分层分析，难以探讨疾病严重程度对脑血流灌注的潜在影响。此外，影像扫描过程中未同步采集血气数据，不能排除氧合、酸碱状态等关键混杂因素的干扰；最后，本研究ASL序列采用统一标准化参数进行数据采集，未根据早产儿个体血容量差异校正血液T1值，可能对脑血流定量结果的精确性产生影响。未来研究需扩大样本量、开展纵向随访，并完善相关临床信息及血气数据收集，以进一步提升研究质量。

4 结论

       综上所述，本研究采用3D-ASL技术发现，BPD早产儿存在广泛脑区脑血流灌注异常增高，性别因素对其脑血流水平无显著影响。在校正胎龄37~38周的BPD早产儿中，左侧顶叶白质及右侧枕叶白质CBF与机械通气时长呈正相关。本研究结果可为后续开展BPD早产儿脑发育相关纵向研究及深入探索呼吸支持与脑灌注的关联机制提供一定的研究基础。