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   大连医科大学学报  2021, Vol. 43 Issue (2): 134-138      DOI: 10.11724/jdmu.2021.02.07
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Contents            PDF            Abstract             Full text             Fig/Tab
MRI T1、T2相对比值对新生儿高胆红素脑损害的定量诊断
于金红1,2, 苗延巍1, 高冰冰1, 邴雨1    
1. 大连医科大学附属第一医院 放射科, 辽宁 大连 116011;
2. 大连市妇女儿童医疗中心(集团)放射科, 辽宁 大连 116033
摘要目的 探讨苍白球(globus pallidum,GP)与额叶白质(frontal white matter,FWM)T1、T2比值在足月新生儿胆红素脑病早期诊断中的价值。方法 收集75例临床确诊高胆红素血症(hyperbilirubinemia,HB)的新生儿,根据苍白球T1WI信号分为46例信号正常组(HBn组)和29例信号升高组(HBh组);同期收集44例健康新生儿作为健康对照组(healthy control,HC组)。测量双侧GP与FWM的信号强度并计算GP/FWM的T1、T2信号强度比值(简称T1比值、T2比值)。比较3组间各比值差异并绘制ROC曲线评估诊断效能,AUCs比较采用Delong检验。分析各比值与血清总胆红素(total serum bilirubin,TSB)的相关性。结果 3组间T1比值存在显著性差异(H=112.254,P < 0.001),HC、HBn、HBh组T1比值中位值依次增高,为2.14(1.87,2.52)、2.41(2.10,2.60)、3.08(2.81,3.43)。ROC曲线分析显示,当T1比值分别以2.675、2.655、2.155作为阈值时,HC-HBh组、HBn-HBh组、HC-HBn组之间曲线下面积(AUC)最大(0.973、0.926、0.633),敏感性和特异性分别为0.948、0.898;0.983、0.795;0.707、0.528。此外,HBh组T2比值[0.66(0.65,0.68)]显著低于HBn组[0.69(0.66,0.72)]和HC组[0.70(0.68,0.73)],调整后P < 0.001,ROC曲线分析表明,T2比值具有一定鉴别诊断能力(AUC=0.726、0.798)。HB组T1、T2比值与TSB水平均无相关性(P>0.05)。结论 T1和T2相对比值可用于新生儿胆红素脑病的早期诊断,其中T1比值诊断效能最佳,尤其能够提高对肉眼不可见的早期病变的检出率。
关键词新生儿    胆红素脑病    高胆红素血症    苍白球    
Quantitative diagnosis of hyperbilirubin-induced neonatal brain damage by relative ratios of T1 and T2 intensity
YU Jinhong1,2, MIAO Yanwei1, GAO Bingbing1, BING Yu1    
1. Department of Radiology, the First Affiliated Hospital of Dalian Medical University, Dalian 116011, China;
2. Department of Radiology, Dalian Women and Children's Medical Center(Group), Dalian 116033, China
Abstract: Objective To investigate the value of globus pallidum (GP) versus frontal white matter (FWM) T1 and T2 ratios in early diagnosis of neonatal bilirubin encephalopathy in full-term neonates. Methods Seventy-five cases of neonates with clinically confirmed hyperbilirubinemia were collected. All patients were divided into two groups based on T1WI signal intensity in GP, including 46 case of normal signal intensity group (HBn group) and 29 cases of high signal intensity group (HBh group). In the meantime, 44 healthy neonates were enrolled in healthy control group (HC group). The signal intensities of bilateral GPs and FWMs were measured and the GP/FWM ratios of T1 and T2 signal intensity were calculated (referred to as T1 ratio and T2 ratio). The ratio differences were compared among three groups and ROC curves were created to evaluate the diagnostic performance, the area under the curves (AUCs) were compared using Delong test. The correlation between each signal intensity ratio and total serum bilirubin(TSB) was analyzed. Results here was significant difference in T1 ratios among three groups (H=112.254, P < 0.001); the median value of T1 ratios in HC, HBn, and HBh groups were 2.14(1.87, 2.52), 2.41(2.10, 2.60) and 3.08 (2.81, 3.43), which increased sequentially. ROC curve analysis revealed that AUCs of HC-HBh group, HBn-HBh group, and HC-HBn group were the largest (0.973, 0.926, 0.633) when the T1 ratios were 2.675, 2.655, 2.155 as threshold, respectively. The sensitivities and specificities were 0.948 and 0.898, 0.983 and 0.795, 0.707 and 0.528, respectively. Furthermore, the T2 ratio of HBh group[0.66(0.65, 0.68)] was significantly lower than that of HBn group[0.69(0.66, 0.72)] and HC group[0.70(0.68, 0.73)] (P < 0.001 after adjustment). ROC analysis showed that T2 ratio had certain differential diagnostic ability (AUC=0.726, 0.798). The T1, T2 ratio of HB group was not correlated with the TSB level (P>0.05). Conclusion The relative ratios of T1 and T2 can be used in early diagnosis of neonatal bilirubin encephalopathy. T1 ratio has the best diagnostic performance and can be especially useful for the detection of early lesions that are invisible to the naked eyes.
Keywords: neonate    bilirubin encephalopathy    hyperbilirubinemia    globus pallidum    

新生儿高胆红素血症(hyperbilirubinemia, HB)是新生儿期常见的临床疾病,严重且持续的可以发展成胆红素脑病(bilirubin encephalopathy, BE)或核黄疸,进而可导致终生神经发育障碍,甚至死亡[1]。然而目前对BE病情的预测仍缺乏高度特异性的诊断指标,主要依靠临床表现、血清总胆红素(total serum bilirubin,TSB)及MRI表现,但临床表现缺乏特异性,不易与新生儿期其它疾病鉴别。新生儿TSB水平监测非常必要,当TSB水平>342 μmol/L要高度警惕BE的发生[2],但当患儿伴发缺氧、感染、酸中毒等BE的高危因素时,即使较低浓度的TSB也会引发BE。目前,国内外公认的双侧苍白球(globus pallidum,GP)对称T1WI高信号是急性BE特征性影像表现[3],但有时仅通过肉眼主观判断GP信号高低缺乏客观性和准确性。基于此,本研究拟对HB的新生儿脑T1WI、T2WI信号进行相对定量分析,来探讨各参数对HB引发早期BE的诊断能力。

1 资料与方法 1.1 研究对象及分组

回顾性收集2014年10月至2019年3月期间临床确诊的HB患儿75例(HB组),男46例,女29例,中位年龄9.0(7.0,10.0),平均出生体重(3.4±0.5)kg,同期收集44例健康新生儿作为健康对照(HC)组,所有新生儿入院后行常规MRI颅脑扫描,收集患儿临床基本资料,包括性别、年龄、出生体重,并检测静脉血TSB水平。

HB组入组标准:(1)参照美国新生儿小时胆红素列线图,当胆红素水平超过95百分位时定义为新生儿HB;(2)单胎,出生孕周≥37周的足月新生儿;(3)病程≤10 d;TSB>220.6 μmol/L。排除标准:(1)围生期窒息缺氧、宫内感染、低血糖等造成脑内异常;(4)MR序列不全或存在伪影而影响观察、测量的。HC组纳入标准:(1)与HB组在年龄、性别及体重大致相匹配的、孕周≥37周健康新生儿;(2)TSB < 205 μmol/L;(3)GP T1WI信号未见升高。

根据GP T1信号将HB组分为信号正常组(HBn组)和信号升高组(HBh组)。各组一般及临床资料见表 1

表 1 临床资料及分组 Tab 1 Clinical data in groups
项目HC组(n=44)HBn组(n=46)HBh组(n=29)P
性别(n, 男/女)32/1229/1717/120.409
中位年龄(d)8.0(4.3,14.7)9.0(7.0,11.3)8.0(7.0,10.0)0.294
平均体重(kg)3.4±0.63.4±0.53.4±0.50.949
TSB(μmol/L)< 205361±70332±54
1.2 检查方法

采用GE Signa HDXT 1.5T MRI行头颅MRI扫描。检查前30 min经肛门给予10%水合氯醛(0.5 mL/kg)灌肠镇静,待患儿熟睡后进行颅脑MR扫描。采集序列及参数如下:轴位T1 FLAIR:TR 2 950 ms, TE 25 ms, TI 760 ms, FOV 220 mm×220 mm,层厚4 mm,层间距1 mm,矩阵288×192,激励次数NEX 2次;轴位FSE T2WI:TR 5 000 ms, TE 123 ms, FOV 220 mm ×220 mm,层厚4 mm,层间距1 mm,矩阵320×320,NEX 1.5次。

1.3 图像分析

由两名高年资影像医生对MRI图像进行双盲阅片、分组,着重观察T1WI上双侧GP信号强度有无升高,通过GP信号与图像中内囊后肢信号对比分析,当GP的T1WI信号高于内囊后肢信号时即为高信号,对影像诊断存在异议的进行讨论取得一致意见。

将图像以DICOM格式导出到个人电脑,利用SPIN(signal process in neuroimaging,SPIN)软件手动绘制感兴趣区(region of interest, ROI)。测量方法:于T1WI、T2WI上选取GP与额叶白质(frontal white matter, FWM)的最大层面设置ROI,ROI约为20~40 mm2,同一部位测量3处获取同区域的平均T1、T2信号强度值(图 1),计算GP/FWM的T1、T2相对信号强度比值,简称T1比值、T2比值。

A: GP;B: FWM 图 1 T1WI示意图,同一部位放置3个ROI Fig 1 Diagrams of T1WI, Three ROIs were placed at the same location
1.4 统计学方法

应用SSPS25.0统计软件,符合正态分布计量资料以(x±s)表示;不符合正态分布的以M(P25,P75)表示。首先对性别(χ2检验)、年龄(Kruskal-Wallis H检验)及体重(one-way ANOVA)进行组间比较。3组间T1、T2比值差异比较采用非参数Kruskal-Wallis H检验,两两比较采用Bonferroi校正,并进行ROC曲线分析,AUCs比较采用Delong检验。相关性分析采用Spearman分析相关性,检验标准以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果 2.1 T1比值组间差异比较

HC、HBn、HBh组T1比值中位值依次增高,为2.14(1.87,2.52)、2.41(2.10,2.60)、3.08(2.81,3.43),3组间T1比值存在差异(H=112.254,P < 0.001)。组间两两比较T1比值存在显著性差异(调整后P < 0.05)。见图 2

图 2 HC组、HBn组及HBh组的T1比值箱式图 Fig 2 Box plot of T1 ratio in HC, HBn and HBh groups
2.2 T2比值组间差异比较

HC、HBn、HBh组中位值依次降低,为0.70(0.68,0.73),0.69(0.66,0.72),0.66(0.65,0.68),3组间T2比值存在差异(H=39.371,P < 0.001)。两两比较后发现HBh的T2比值显著低于HBn组和HC组,HBh-HBn组、HBh-HC组间T2比值存在显著性差异(调整后P < 0.001),但HBn组与HC组间T2比值无显著性差异(调整后P>0.05)。见图 3

图 3 HC组、HBn组及HBh组的T2比值箱式图 Fig 3 Box plot of T2 ratio in HC, HBn and HBh groups
2.3 ROC曲线分析

ROC曲线分析(图 4)均以T1比值为阈值时,各组间AUC最大,诊断效能最佳;GP/FWM的T2比值对HC-HBh组、HBn-HBh组具有一定鉴别能力(表 2),Delong检验显示,HBn-HBh组、HC-HBh组之间T1比值的AUCs值大于T2比值(P均 < 0.000 1)。

A: T1比值-(HC-HBn组);B: T1、T2比值-(HBn-HBh组);C: T1、T2比值-(HC-HBh组) 图 4 T1、T2比值各组间ROC曲线 Fig 4 ROC curve of T1 and T2 ratio between groups
表 2 T1、T2比值组间的诊断效能 Tab 2 Diagnostic efficiency of T1、T2 ratios between groups
组别参数AUC阈值敏感性特异性
HC-HBn组T1比值0.6332.1550.7070.528
HC-HBh组T1比值0.9732.6750.9480.898
HBn-HBh组T1比值0.9262.6550.9830.795
HC-HBh组T2比值0.7980.6850.6930.828
HBn-HBh组T2比值0.7260.6850.5430.828
2.4 相关性分析

HB组T1、T2比值与TSB水平进行Spearmen相关分析,发现均无相关性(P>0.05)。

3 讨论

新生儿胆红素脑病是高胆红素血症导致的最严重并发症,游离未结合胆红素可以通过不完整的血脑屏障进入中枢神经系统中,导致神经元细胞及胶质细胞损害[4]。游离的胆红素具有高选择性,主要选择沉积在GP、海马、底丘脑、小脑等部位,尤其以苍白球后部受累最为明显[5-7],因此,本研究ROI测量主要集中于GP,且选择与胆红素不受累及的FWM作对比,从而消除背景误差,可更客观反映GP的信号强度。

传统影像学对HB引起的脑损害缺乏定量指标,无法客观而全面地评估BE的发生风险及损伤分级程度,尤其对肉眼观察不到的病变更无法检出。因此,一些学者通过测量双侧GP T1WI信号强度值,以此作为急性BE鉴别指标[8],但此数值常受扫描参数、检查个体影响,重复性不强,临床意义有限。最近多数学者以苍白球与壳核作对比(G/P)的T1WI信号作为参考值进行研究,赖伟等[9]认为G/P值≥1.160时,需警惕急性BE的发生风险。刘刚等[10]认为T1WI信号值>628或G/P值>1.38需考虑急性BE。易名岗等[11]通过对85例急性BE患儿的G/P比值与急性BE分级及预后关系的研究发现G/P>1.29提示苍白球损伤严重,患者预后不良。本研究结果发现T1比值在组间鉴别诊断能力较高,HC-HBh组、HBn-HBh组AUC值高达0.973、0.926,敏感性和特异性也高达0.948、0.898;0.983、0.795。大量的未结合胆红素选择性沉积在代谢旺盛GP区域,可能会影响主磁场的均匀性,神经细胞及胶质细胞受损,当胆红素积累的量或苍白球受损达到一定程度时,将出现肉眼可见的T1WI高信号。与HC组比较,当T1比值>2.155时,HBn组虽然肉眼尚未观察到病变,但实际上定量指标提示已发生了早期的脑损害,其敏感性及特异性可达0.707,0.528,这一量化指标大大提高了BE早期病变的检出率。

以往研究认为BE急性期在T1WI上GP信号可升高,但T2WI未见高信号[2],原因可能由于新生儿脑内水含量高达90%这一特点,常规T2WI上表现出弥漫性高信号,灰、白质分界不清,即使过多的胆红素已导致神经元细胞凋亡、胶质细胞增生等一系列改变,GP信号也发生变化,但有时也无法与周围高信号的正常组织进行分辨。本研究发现HBh组的T2比值显著低于HBn组和HC组,具有一定鉴别能力,于T2WI图像上苍白球也发生了肉眼不可见的细微变化,为临床进一步研究开拓了思路。

TSB水平是公认的胆红素神经毒性预测因子,研究表明,TSB≥20 mg/dL或更高时发生BE风险很大[12],但本研究发现预测BE的发生不能仅单纯依据TSB水平,其发生可能与游离的胆红素在患儿体内的浓度、暴露时间、积累的量及自身防御能力有关,与以往研究结果一致[13-14],因此,临床工作中对引起胆红素水平升高的病因及高危因素也不可忽视。

本研究存在不足之处,首先T1、T2比值仍为相对定量,而且测量的为信号值,并非真正的T1、T2值,需要在今后工作中进行完善;其次,手动勾画ROI难免有一定主观性,而且采用二维测量,可能影响测量精准性。

综上所述,GP/FWM的T1、T2相对信号比值可早期诊断新生儿高胆红素脑损害,其中T1比值诊断效能较高。临床中TSB水平监测很有必要,但不能仅根据TSB水平预测BE的发生,需结合相关诸多因素综合分析。

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文章信息

于金红, 苗延巍, 高冰冰, 邴雨
YU Jinhong, MIAO Yanwei, GAO Bingbing, BING Yu
MRI T1、T2相对比值对新生儿高胆红素脑损害的定量诊断
Quantitative diagnosis of hyperbilirubin-induced neonatal brain damage by relative ratios of T1 and T2 intensity
大连医科大学学报, 2021, 43(2): 134-138.
Journal of Dalian Medical University, 2021, 43(2): 134-138.
通信作者
苗延巍, 教授。E-mail: ywmiao716@163.com.

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