新生儿缺血缺氧脑病的磁共振扩散峰度成像新技术研究

缺氧缺血性脑病(HIE)是新生儿危害最大的常见病之一。HIE损伤后两周内，常规T1、T2加权成像、弥散加权成像和磁共振波谱等的表现变化多端，尤其对脑灰质核团的损伤判断存在较多的误区。尽管扩散张量成像对脑白质的探测具有优势，但该技术基于水分子在组织扩散呈高斯分布的假设存在着理论缺陷，尤其对脑灰质病变的观察存在不足。本课题基于组织水分子扩散呈非高斯分布的假设，采用扩散峰度成像（DKI）新技术，增加对水分子在组织扩散受限的表征，以提高对新生儿脑灰、白质细微变化的观察。并同时利用多模态的MRI方法，前瞻性纵向量化研究HIE脑损伤和脑发育（围产期至1周岁）过程的MRI表现。并利用脐带部分阻塞法制备HIE胎羊模型，开展组织病理对照研究，比较DKI与其它MRI方法对HIE损伤探测和预后评价的影像学诊断效能。为脑发育度量和新生儿HIE的临床诊断、治疗监测和预后分析提供新的无创性影像学技术和量化评价指征。

缺氧缺血性脑病（HIE）严重危害儿童健康发展，如何在新生儿期对其进行精确诊断对于该病早期干预至关重要，磁共振成像（MRI）新技术为HIE引起的脑部微结构的变化提供了客观的量化指标。针对扩散峰度成像（ DKI）新技术在新生儿缺氧缺血性脑病（HIE）应用中的关键问题，本课题依项目计划开展以下几方面的工作：（1）开展了DKI 扫描方案的完善工作，设计了不同的梯度磁场方向数：从15个变化至25个；针对25梯度磁场方向设计26种非零b值组合方案，比较了不同b值分布以及15-25个梯度磁场方向下DKI主要参量的均方误差，为DKI扫描方案的完善提供了评价依据。（2）为了自动检测运动伪影，设计了一种2D局部加权相关系数，将图像分割成子区域，逐个子区域计算参考图像和目标图像的相关系数，得到各个子区域相关系数，由子区域相关系数构成相关系数向量实现了新生儿DKI图像伪影（尤其是运动伪影）的自动检测，并采用数据驱动设置阈值的方法，实现了运动伪影图像的剔除，在去除运动伪影图像的基础上，形成了一套优化的DKI后处理与统计学分析方法。（3）基于DKI的脑白质双室模型对新生儿大脑发育进程进行了量化分析，详细刻画了大脑白质的发育进程：轴突排列程度增加、胶质细胞的增殖、轴突生长以及髓鞘化，而通过传统MRI方法无法将轴突自身的生长发育与胶质细胞/髓鞘的发育区分开。（4）通过对HIE患儿的DKI参量变化率的研究，发现DKI峰度参量在探测HIE患儿脑部变化方面较扩散参量更为灵敏。.在原研究计划的基础上，增加了（1）基于DKI的脑白质双室模型在弥漫性白质高信号（DEHSI）及HIE的微结构变化的鉴别研究，DEHSI新生儿大脑白质呈现出发育迟缓的特点，表现为轴突未发生损伤，胶质细胞发育迟缓，而HIE大脑白质轴突及髓鞘均出现损伤。（2）从新生儿新型耳罩以及吸音隔音罩两个方面开展了新生儿MRI检查过程中听力保护装置的研制，有效地避免了新生儿在MRI检查过程中受噪声的损害。（3）临床新生儿多模态影像数据库的构建，该数据库融合临床、功能与结构多序列MRI数据，收录了行MRI头颅检查的患儿共909例（新生儿544例），数据库包括患儿临床、MRI检查等方面的130余项信息。.综上，通过本课题的研究，实现了DKI数据采集、后处理以及统计分析等技术的改进与完善，同时DKI参量为脑发育与HIE损伤的评价提供了更加细致的量化信息。