HIE发生发展及影像诊断.ppt

缺氧缺血性脑损伤 （Hypoxic Ischemic Injury, HII） Radiology Depart. Pku.1st.Hosp. ZHANG Yu-dong 2010-10-22 n缺氧缺血性脑损伤（Hypoxic Ischemic Injury, HII）是导致死亡和重度神经性瘫痪 的主要原因。影像学检查在诊断和治疗HII中有重要作用，有助于指导急性期的处理和 提供远期预后的信息。正确诊断HII要求影像医师熟悉HII在各个时期的影像表现。 n脑的成熟度、持续时间、和损伤的严重程度及类型都会影响到HII的影像征象。 n损伤类型： 窒息性：HIE 栓塞性: CVD related-injury 中毒性: CO中毒及其他代谢障碍性疾病（MELLAS） n严重的缺氧缺血(包括早产儿和新生儿)最早的损伤位于深部灰质，而周围的损伤更多 见与较大的年龄组。次深部的损伤可导致早产儿的脑室内出血和脑室外白质损伤，及 旁矢状面的分水岭区梗死。出生后，严重的弥漫性灰质损伤累及相关的外周皮层和由 后循环供血的结构。 n由于传统的影像学检查对急性期的表现不敏感，而DWI及MRS有助于早期诊断HII，新的 神经保护策略重点在于尽可能减少缺氧缺血性脑损伤的范围。因此早期诊断对于HII预 后和治疗具有重要意义 概述 nHII是一种灾难性疾病,常常会导致儿童的死亡和长期的神经性瘫痪。 HII的治疗包括大量的支持性护理，但这对阻止损伤的发展没有任何作 用。新的神经保护策略目的是限制缺氧缺血性脑损害的程度正在研究 中。许多治疗方法，包括低温和兴奋拮抗剂要求在发病6小时内使用 方有效，这使得早期诊断非常重要。神经系统成像包括US、CT和MRI 的HII患者的检查中有重要作用。随着越来越多的有效治疗方法的采用 ，MRI在HII在早期诊断中起着重要作用。此为，亚急性节段的影像学 检查可以提供评估损伤的严重程度和范围的由于信息，这有助于评估 远期的预后。 HII的影像表现是多变的，受多种因素影响，包括脑的成熟度、损伤的 持续时间和严重程度，及影像检查的类型及时间。早期的影像表现不 明显而常常被忽略。因此，熟悉各种形式的损伤表现并重点注意可疑 的HII。 n无论何种原因导致的损伤，共同的病理过程是脑缺血和缺氧。一般来 说，婴儿和儿童的HII主要是窒息导致脑缺氧。而持续缺氧、心肌缺血 可导致心输出量减少最终造成脑缺血。因此，窒息性脑损伤是缺氧的 后果。实际上，不合并缺血的急性缺氧是不太可能造成损伤的，除非 缺氧时间较长。另一方面，成人的缺血主要是心脏疾病和脑血管疾病 引起，这都会因为血流减少而继发脑的缺氧。 HIIHII的病理过程和影响因素的病理过程和影响因素 窒息 缺氧 心输出量减少 HII 调控机制不发生损伤轻中度 重度 nHII并不同时影响全部的脑结构。某些结构的脑组织要较其它部位的 脑组织损伤发生的早，称为选择易损性。 n损伤方式反映了兴奋性神经反射弧的功能丧失。 n选择性神经死亡与一系列复杂的有害的生化反应有关。 缺血缺氧导致ATP减少，细胞内乳酸聚集，最终损害细胞膜功能 。突触前的细胞膜去极化导致大量兴奋性神经介质的释放，特别是谷 氨酸，在未成熟的大脑，谷氨酸优先与NMDA受体结合,引起钙离子通 道开放，N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体的激活使得大量钙离子流入 神经后突触，触发了一系列的细胞溶解反应，包括细胞膜磷脂酶的激 活和氧自由基的释放。线粒体损伤造成ATP产生减少，最终导致细胞 能量的减少。严重的能量减少造成迅速的细胞死亡。如果损伤的程度 较轻，神经元可以在损伤后存活一定时间，及延迟死亡又称之为凋亡 。凋亡在不成熟脑组织的损伤中扮演着主要角色。 n细胞凋亡在HII中扮演一定角色。 Hypoxia-ischemia Cellular energy depletion Inhibition of ATP dependent GLU reuptake Ca 2+ influx into postsynaptic cells Anaerobic glycolysis and lactate accumulation Presynaptic membrane depolarization Free radical formation Mitochondrial injury GLU release and activation of NMDA Ca 2+ channels severemild necrosisapoptosis n从这个模式图中我们可得出以下结论： a. 在大脑中，谷氨酸或其它兴奋性介质受体高度集中的区域（主要位于灰质） 更易于发生缺氧缺血所致的兴奋性中毒； b. 在氧耗量高的脑部区域会更快更早的发生缺氧缺血性损伤； c. 迟发性脑损伤与细胞凋亡有关。 d.这些因素有助于解释在HII患者上观察到的相对特异性的损伤改变。 e.在任一患者，脑部易于发生缺氧损伤的区域主要由脑的成熟度决定，而后者又 与患者年龄和妊娠时间有关。这是HII的影像表现在围产期新生儿（出生后一个 月内）和成人甚至较大婴儿不同的原因。因此，在解释可疑HII时，我们必须认 识到损伤时的脑成熟度。 f.缺氧缺血损伤的严重程度在决定脑损伤的分布中也有重要作用。重度缺氧缺血 发作与较轻HII导致的结果不同。损伤的持续时间也决定了HII的损伤方式。有人 建议，在儿童人群中，缺血发作至少持续15分钟才会有脑损伤的改变。 n新生儿期HII HII一直是新生儿死亡和神经发育异常的主要原因。其发病率估计在 2-4成活新生儿中。15-20的HII婴儿在新生儿期死亡，而25 发展为永久性的神经性残疾。 n高危因素： 产前：大部分情况，HIE在新生儿与独立的产前高危因素有关（包括 母体高血压，不育症的治疗，多次妊娠，妊娠感染和甲状腺疾病）或 产前与产中因素相结合。 单独的产中因素包括手术器械的损伤，臀位吸引，脐带脱出和母体发 热，在HII的发病中占较小的一部分。 仅10的HII与产后并发症有关，如严重的呼吸系统疾病，败血症， 或急性发作的疾病。 临床表现 n临床征象和症状在出生时无特异性，一般过段时间后才表现出来。但 数据研究显示，重度的HII可在获得足够的临床资料时诊断。 n征象包括产中的不良反应（如胎儿心律异常），重度的功能减低（如 Apgar阿布哥尔评分0.40 重度：0.50 Location of voxels and normal neonatal proton spectra. A, The deep gray nuclei voxel includes most of the lentiform nucleus, the ventrolateral thalamus, and the posterior limb of the internal capsule. The spectrum reveals: 1) a small myoinositol peak, 2) a large choline peak, 3) two small creatine/phosphocreatine peaks, and 4) a medium-sized NAA peak. B, The watershed voxel includes primarily white matter from the intravascular boundary zone. Note that the NAA and choline peaks are relatively smaller in the less mature watershed zone than in the more mature deep gray nuclei. Minimal or no lactate was seen in most patients who were developmentally normal at 12 months. Neonatal asphyxia in a term neonate. Short-echo-time (30 msec) (a) and long-echo-time (135 msec) (b) MR spectroscopic images obtained on day 1 of life with a voxel positioned in the right basal ganglia show a lactate (Lac) doublet centered at 1.3 ppm in a and an inverted lactate doublet in b. There is also elevated glutamine-glutamate (Glx) in a and low NAA in b. Cho choline, Cr and Cr2 creatine resonances (3.0 ppm and 3.9 ppm, respectively). Neonate with basal nuclei pattern of injury. A and B, The basal nuclei voxel (A) shows marked elevation of the lactate peak (L) centered at 1.31 ppm. In this acute phase, the relative sizes of the choline, creatine, and NAA peaks are normal. The watershed voxel (B) shows less elevated lactate (compare with A) References 1. A. James Barkovich, Karen Baranski, Daniel Vigneron, J. Colin Partridge，et al. Proton MR Spectroscopy for the Evaluation of Brain Injury in Asphyxiated, Term Neonates. AJNR 1999; 20: 1399-1405. 2. Benjamin Y. Huang, Mauricio Castillo. Hypoxic-Ischemic Brain Injury: Imaging Findings from Birth to Adulthood. Radiographics 2008; 28(2):417-439. Thanks ! nHII在婴儿和小儿 缺氧缺血损伤在婴儿和儿童一般是由溺水、窒息、或非意外性创伤造 成。与新生儿的损伤类型有某些差异，这些差异与围产期快速的大脑 成熟有关。因为髓鞘形成的完成要到2岁左右，因此会出现一些与成 人类似的损伤类型。 重度窒息 1到2岁之间的婴儿重度损伤导致纹状体、膝状神经节、海马和大脑皮 层（特别是额叶和顶枕叶皮层，而丘脑和颞叶则相对无损伤。损伤发 生在围产期后，但1岁前可表现为省后缺氧和婴儿期缺氧。累及基底 节、侧丘脑和背侧中脑，以及皮层的损伤。新生儿和婴儿损伤方式的 差异的原因并无完全清楚。有人提出在婴儿丘脑相对损伤小可能是从 前循环到后循环的血供发现缺氧再分配，但这不能解释顶叶皮层的的 阻抗。某些差异可能与大脑成熟的生理和生化改变有关，这造成了不 同部位代谢活跃度和能量需求的差异。 n脑部在US被认为是前囟闭合（4个月左右）前的婴儿颅脑的实用检查 方法。但US不适用后，CT成为检查的首选。早期CT在损伤的24小时 内可能是阴性或仅显示轻微的深部灰质结构的低密度改变。随访CT可 以显示基底节的弥漫性异常并伴有弥漫性脑肿胀，灰白质分界不清。 而顶叶区相对不受累。基底节出血性梗死可在46天出现。慢性期表 现为弥漫性的脑萎缩和脑室扩大。 在第一个24小时内，小部分患儿表现为“反转征”，即正常CT的脑灰白 质密度反转（图12a）。有人认为这一征象是由于脑水肿造成颅内压 力增高，使静脉回流受阻，继发深部白质静脉的扩张而引起，结果是 脑白质密度增高，超过灰质。另一个著名的重度HIICT征象是“白色小 脑征”（图12b，13a，13b），这被多项研究认为是反转征的一个组成 部分，是由于大脑的弥漫性水肿密度减低是小脑呈现相对的高密度改 变。有人认为这于缺氧导致后循环血流再分配有关。反转征和白小脑 征都是重度损伤的表现并提示不良的神经系统预后。 nMRI常用于儿童HII的检查，DWI在第一个12-24小 时内就可在后侧豆状核出现异常信号改变(图13c) ，丘脑的受累同时累及侧脑室的核团。在下一个 48小时，出现典型的损伤征象包括剩余的基底节 和皮层。T1和T2加权在第一个24小时内一般正常 ，并持续到2天。48小时后，T2加权像上出现弥漫 行的基底节和皮层信号异常（图13d），但顶叶皮 层和丘脑相对正常。 双侧基底节信号异常的鉴别诊断包括代谢异常， 低血糖症，渗透性脱髓鞘病变，出血性肾炎综合 征，脑炎和中毒。 n图13 重度HII的6岁患儿 。（a）心肺复苏后，CT 平扫在基底节层面显示 无明显的异常，（b）CT 平扫显示a下方的层面小 脑相对密度增高。（c,d ）DWI（c）和T2加权像 显示4天后基底节的高信 号和相应的T2加权的异 常在尾状核、豆状核和 枕叶。 n轻到中度窒息 如同足月儿，轻微的缺氧对婴儿一般造成分水岭区及皮层下白质的损 伤。白质病变多见于1岁以下患儿，而脑室周围白质相对无异常。 HII在儿童和成人 如同前文所述，成人HII常常继发于心脏疾病发作或急性脑血管病造 成的缺氧。溺水和窒息是儿童HII的主要原因。轻到中度的脑缺血损 伤一般造成分水岭区的梗死。重度HII主要影响以下灰质结构：基底 节、丘脑、大脑皮层，小脑和海马，原因可能是灰质里含有较多的树 突结构，并有丰富的后突触受体，容易受到缺氧造成的谷氨酸兴奋性 中毒的损伤。由于突触活动，灰质代谢比白质旺盛。虽然大脑损伤可 见与新生儿，但更多见于较大的患者。原因不完全清楚，但认为是与 新生儿大脑中P氏细胞（对缺血损伤及其敏感）相对的不成熟有关。 在较大的患儿，CT是怀疑脑损伤的首选检查方法。CT表现包括弥漫 性脑水肿，脑室变小，灰质密度减低，灰白质分界不清，双侧基底节 密度减低。反转征和白小脑征可见于成人并提示预后不良。 DWI是最早发现异常的影像方法。在第一个24小时，DWI显示小脑半 球、基底节、大脑皮层信号增高（图15）。丘脑、脑干或海马也可受 累。在较小的儿童，传统T1和T2 加权像正常或轻微异常。在亚急性 早期（24小时到2周），传统T2加权向显示损伤灰质的信号增高和水 肿。但，如同以前提到过的，DWI也会出现假性正常化在第一周末。 在T1加权像上，信号异常可持续到第二周末。在慢性期，T2加权像显 示基底节局部低信号，T1加权显示皮层坏死（图16），表现为高信号 。 n图15 53岁男性， HII，肝移植后有 持续的重度缺氧史 。（a,b）轴位T2加 权像显示豆状核和 小脑的高信号，（ c,d）相应层面DWI 显示病变区域的高 信号。 n图16 35岁，患者，数周前经历过缺血事件 。轴位T1加权显示双侧枕叶皮层高信号， 左侧更明显，提示皮层坏死。 n迟发性白质损伤（缺氧性脑白质病） 缺氧性脑白质病是一种不常见的迟发性白质损伤,常发生在缺氧缺血损伤数周 后。大约有2%3%的患者会出现这个并发症（大部分与一氧化碳中毒有关） ，特点是经过一段临床稳定期或者改善期后出现急性的神经系统功能下降， 常发生在损伤后的2-3周。患者可出现精神错乱，性格改变，智力损害，运动 失调，或极少见的，癫痫发作。大约75的患者在6-12个月可完全恢复或大部 分恢复，剩下的患者可出现痴呆的后遗症。极少数患者病情恶化，发展成植 物人，或者死亡。 典型的缺氧性脑白质病，传统的MRI和DWI在原发损伤的急性期不能发现大 脑白质的明显异常，但DWI可显示神经系统功能下降期的脑白质出现广泛的 大片状弥散受限的区域（图17）。 T2加权像上显示相应的高信号。虽然脑白质病一般为迟发性的病理改变，但 有会表现为无恢复间期的进行性恶化改变。这种情况下，白质信号改变在第 一周内就可出现。在较小的儿童，缺氧性脑白质损伤发生快，可在2天内观察 到。但临床上，白质损伤的症状不明显，此时MRI的信号异常成为主要的诊 断依据。 临床好转与MRI信号下降的程度有关，但在遗留的异常可持续18个月以上。 存活的患者的随访中出现弥漫性脑萎缩。 缺氧性迟发脑白质损伤确切的发病机理仍不清楚，有人认为症状与髓鞘的退 行性改变相似。也认为与细胞凋亡有关。 n图17 缺氧性脑白质病，成人患者，2周前有呼吸困难史。（a,b）轴位 T2加权和DWI显示广泛的白质高信号。（c）在相应的ADC图，为低 信号，这一征象提示病灶区弥散受限。 n质子MR波谱在评价HII中的作用 MRS是诊断HII的有价值的方法，特别在围产期。MRS和DWI是急性期检查HII最敏感的 方法，MRS可能对缺氧缺血损伤后一个24小时内的的改变更敏感，而传统的MRI和DWI 可能是阴性或低估损伤的范围。MRS发现深部灰质核团、顶枕区或分水岭区白质的乳 酸峰（在1.5T位于1.3ppm）增高在2-8小时内，也可在2.3ppm出检测到谷氨酰胺增高， 可能反映了HII引起谷氨酸的释放（图18）。 乳酸双峰的升高认为与HII急性期有关。在动物实验，缺氧缺血损伤后几乎立即出现乳 酸水平升高，可能是低氧血症和无氧酵解所致，直到几个小时后，再灌注恢复，乳酸 水平才下降到基线。在随后的2448小时，又出现第二次的升高，认为与神经元的“继 发性能量衰竭”有关，发生机制可能 是线粒体功能衰竭。这解释了部分DWI在急性期低估损伤范围的原因。继发性能量衰 竭造成损伤24小时后又出现的乳酸峰增高。总之，早期的乳酸增高提示不良的神经系 统预后。 未成熟儿较足月儿常常出现更高的乳酸峰和更低的NAA峰。乳酸下降和NAA增加如同 足月儿，但乳酸的含量在健康的足月儿更明显，因此了解妊娠时间有助于解释MRS的 改变。LacNAA比是新生儿MRS的有效指标。Penricedeng报道，平均Lac-NAA比在对 照组（孕2942周）的丘脑为0.25（SD0.11）。窒息后的新生儿（包括足月和早产儿 ）LacNAA比高于0.4，重度损伤的Lac-NAA比可高达0。5。并且，Lac-NAA比超过的 95可信区间时与死亡和1年内的功能损害有关。 n此外，某些调查者描述了中心位于2.0ppm的NAA水平的下 降，见于窒息的新生儿，这个征象也提示了不良的神经功 能预后。要注意到NAA在HII的急性期一般正常，直到48 小时后才出现明显的下降。 在较大的儿童，异常的波谱表现包括乳酸的升高，谷氨酰 胺的升高，和NAA的减少。MRS异常预示不良的预后（植 物人或死亡）。MRS和MRI检查正常的患者预示着预后良 好。 图18 新生儿缺氧脑波谱。短回波时间（30ms）（a）和长 回波时间（135ms）（b）的MRS在一天内，测量体素位于 右基底节显示乳酸（Lac）的倒双峰中心位于1.3ppm在a图 ，相反方向的乳酸峰在b图。同时也能看到谷氨酰胺（Glx ）的升高在a图和NAA的下降在b图。 n评价HII的影像学方法选择 在选择最适合的检查方法是要考虑一些因素，包括患者年龄，病情，离子辐射 的暴露。一个简单几何流程用于检查方法的选择见下表（图19）。 若新生儿怀疑发生HII一般病情较重，血流动力学不稳定，在急性期对患者进 行固定的扫描不合时宜，因此，脑部US是优先选择的方法，因为它无创、无辐 射，可在床边进行。US的主要局限性是对操作者技术水平的依赖和对损伤的敏 感性低，特别是经过大脑的凸面。虽然US在急性期有助于发现病变，但阴性也 不能排除损伤，而此时可以考虑其它的影像学方法。 我们不提倡常规使用CT检查，因为它的辐射性，且CT对无出血的损伤敏感性 不比US高。因此，MRI是下一个首选的方法。虽然MRI检查因需要移动患者、 镇静、监测等原因而难以进行，但对早期HII诊断敏感。MRI检查序列应包括， 轴位T1和T2加权序列，DWI序列和ADC图。 在我们研究所，我们采用自旋回波T1加权和快速回波T2加权序列。对于DWI， 我们采用单激发多平面回波，b值1000。b值的优化在不同的研究所有