《Bioengineering》：Magnetic Resonance Imaging of the Neonatal Brain: Modalities, Scoring Systems, and Clinical Applications
磁共振成像（MRI）已成为评估新生儿脑损伤和发育的金标准，提供结构、代谢和功能信息，无需电离辐射。本综述全面审视了当前新生儿神经影像学中用于初级/中级读者的主要MRI模态——包括常规T1和T2加权成像、弥散加权成像（DWI）伴表观弥散系数（ADC）图、弥散张量成像（DTI）、磁共振波谱（MRS）、磁敏感加权成像（SWI）、体积分析、动脉自旋标记（ASL）和功能连接MRI（fcMRI）——特别关注其在早产儿和足月儿群体中的应用。此外，还回顾并总结了用于量化脑损伤严重程度和预测神经发育结局的经过验证的MRI评分系统。理解这些模态的技术原理、临床应用和局限性对于最佳解读新生儿脑MRI以及推进这一脆弱群体的预后判断和治疗决策至关重要。
1. 引言
新生儿期是脑结构快速成熟的关键窗口。早产（孕<37周）影响全球约11%的活产儿，是儿童神经功能障碍的主要原因，近50%极低出生体重（VLBW）婴儿存在长期损伤。足月新生儿也可能因缺氧缺血性脑病（HIE）、动脉缺血性卒中、感染或代谢性疾病而遭受脑损伤。MRI已成为首选模态，可提供详细脑成像且避免辐射风险。MRI的原理基于人体内氢原子在强磁场中对射频脉冲的响应，通过组织特异性弛豫时间形成对比。非侵入性神经影像学方法对于建立新生儿脑与行为变化之间的联系至关重要，需针对该人群的运动敏感性和年龄特异性后处理工具进行专门调整。
2. 常规MRI：T1加权和T2加权成像
2.1 物理原理
T1加权和T2加权成像是新生儿脑MRI的基础。T1弛豫（自旋-晶格弛豫）反映氢质子沿主磁场重新对齐的速度，短T1组织呈高信号（如脂肪、亚急性血肿、髓鞘化白质），长T1组织呈低信号（如脑脊液（CSF）、水肿、急性出血）。T2弛豫（自旋-自旋弛豫）反映质子相位相干性持续时间，高水含量组织呈高信号（如CSF、水肿、未髓鞘化白质），致密组织呈低信号。
2.2 新生儿脑的独特特征
新生儿脑含水量高、髓鞘化不完全，导致T1和T2信号模式与成人相反：未髓鞘化白质在T1上低于灰质，在T2上高于灰质。内囊后肢（PLIC）是最早髓鞘化的结构之一，足月时正常呈高T1信号；PLIC信号缺失是严重缺氧缺血性损伤的可靠指标，与不良运动结局强相关。
2.3 临床应用
T1加权成像用于检测壳核后外侧和丘脑腹外侧高信号（基底节-丘脑损伤模式），以及PLIC信号丢失。T2加权成像更适用于分水岭损伤模式（皮质及皮质下白质）。T1/T2信号特征可用于出血分期、评估髓鞘化进程及结构畸形检测。早产儿在足月等效年龄（TEA）时，T1/T2可识别白质损伤、生发基质出血和小脑出血。
2.4 总结
T1和T2加权序列是新生儿脑MRI的临床标准，用于评估髓鞘化状态（包括PLIC信号）、识别缺氧缺血性损伤模式、出血分期及白质损伤检测，并构成多数评分系统的基础。
3. 弥散加权成像与表观弥散系数图
3.1 物理原理
弥散加权成像（DWI）测量水分子布朗运动，对细胞毒性水肿和细胞损伤敏感。b值量化序列对水运动的敏感性，标准临床值为1000 s/mm
2（B1000）。表观弥散系数（ADC）是定量测量值，消除T2穿透效应，受限扩散表现为DWI高信号、ADC低信号。
3.2 临床应用与时机
DWI可在损伤后12小时内早期检测，异常高峰在第2-5天。假性正常化在不降温婴儿中为第5-7天，在降温婴儿中延迟至第8-12天。早期DWI应在复温后立即进行以获得最大敏感性。早产儿DWI最佳时机尚不明确，许多方案聚焦于TEA成像。
3.3 预后价值
足月儿中，基底节区低ADC值预测不良神经结局。PLIC和基底节损伤与运动缺陷相关，广泛损伤与死亡、视觉听觉障碍及严重脑瘫相关。早产儿中，DWI可检测点状白质病变和脑室周围白质软化，前部白质损伤与认知延迟（OR 3.28）和运动延迟（OR 3.02）相关。
3.4 总结
DWI伴ADC图是新生儿脑MRI的临床标准，用于早期检测急性缺血性损伤。基底节区ADC值提供预后信息，需注意假性正常化窗口。早产儿急性期DWI可检测具有预后意义的病变。
4. 弥散张量成像
4.1 物理原理
弥散张量成像（DTI）在多方向测量水弥散，表征白质微结构。关键指标包括：各向异性分数（FA，0-1，越高表示组织越有序）、平均弥散率（MD）、轴向弥散率（AD）和径向弥散率（RD，对髓鞘化敏感）。
4.2 脑发育中的应用
DTI用于理解早产儿脑发育，30-40周胎龄时弥散指标呈中央至外周、后至前的成熟梯度。FA在中央脑区增加，在皮质脑区减少（反映树突分枝）。
4.3 早产儿与足月儿差异
早产儿在TEA时表现出广泛弥散差异，胼胝体弥散异常尤为突出。在HIE中，DTI测量值在严重病例中广泛改变，在轻中度病例中局部改变，胼胝体、丘脑、基底节、皮质脊髓束和前部白质的测量值可预测严重神经结局。
4.4 弥散度图与张量图
弥散度图显示FA、MD、AD、RD的空间分布；张量图以三维椭球体表示水扩散方向，彩色FA图使用方向编码（红：左右，绿：前后，蓝：上下）。高级弥散峰度成像（DKI）可捕获更复杂的弥散模式。
4.5 高级弥散技术
神经突方向离散度与密度成像（NODDI）区分细胞内、外和CSF分区，提供神经突密度和方向信息。约束球面反卷积（CSD）可解析多纤维群体，基于纤维束的分析（FBA）可在体素水平评估单个纤维群。
4.6 总结
DTI目前主要用于研究，潜在临床转化方向包括表征白质微结构发育、识别早产儿弥散异常、预测HIE和早产儿神经结局。因采集时间长、运动伪影敏感及后处理复杂，尚未纳入常规临床方案。DKI、NODDI、CSD和FBA仍处于研究阶段。
5. 磁共振波谱
5.1 物理原理
质子磁共振波谱（MRS）进行体内脑代谢物定量分析。关键代谢物包括：N-乙酰天门冬氨酸（NAA，神经元完整性标志）、乳酸（Lac，无氧代谢标志）、胆碱（Cho，膜转换）、肌酸（Cr，能量代谢）、谷氨酸/谷氨酰胺（Glx，兴奋性毒性）和肌醇（mI，胶质标志）。
5.2 临床应用与预后价值
MRS在HIE中可较常规MRI更早检测损伤。乳酸/NAA比值（基底节和丘脑）提供2年神经发育结局的强预后信息，MARBLE研究显示丘脑NAA浓度准确预测不良结局，乳酸/NAA峰面积比灵敏度88%、特异度90%。MRI评分联合ADC值或乳酸/NAA比值优于单独MRI评分。
5.3 总结
MRS推荐作为HIE婴儿MRI方案的常规组成部分，仅增加6-7分钟扫描时间，可显著提高预后准确性。乳酸/NAA比值是最强预后生物标志物，联合MRI评分优于单独评分。研究方面，MRS被探索作为神经保护试验的替代终点。
6. 磁敏感加权成像
6.1 物理原理与临床应用
磁敏感加权成像（SWI）利用组织间磁敏感性差异增强对比，对脱氧血、铁沉积和钙高度敏感，出血检出率高于T1加权成像，并可高分辨显示脑静脉结构。在新生儿中，SWI对颅内颅外出血阳性检出率更高，可识别无症状性分娩相关出血，对核黄疸中苍白球损伤更敏感（避免T1序列中早期髓鞘高信号掩盖损伤）。欧洲多中心协作提出CHD新生儿标准化MRI方案包括SWI。
6.2 总结
SWI推荐作为临床新生儿脑MRI的标准采集，尤其当出血检测优先时。其临床价值在于对颅内出血的高敏感性、识别核黄疸中苍白球损伤及显示静脉血栓。SWI已纳入CHD新生儿标准化方案。研究方面，微出血的预后意义及正常参考值仍在建立中。
7. 体积MRI分析
7.1 原理与方法
体积MRI分析使用三维成像和计算算法量化全脑体积及区域体积，可分割为皮质灰质、未髓鞘化白质、髓鞘化白质、CSF、基底节、丘脑、脑干和小脑等组织类别。
7.2 发育轨迹
定量MRI研究显示，总脑组织体积在28-40周胎龄期间线性增加约22 mL/周。皮质灰质每周增加约1.4%或15 mL，从28周到TEA增加四倍；髓鞘化白质在35-41周期间增加五倍，反映快速髓鞘化。
7.3 早产儿脑发育不良
与足月对照组相比，早产儿在TEA时总脑体积较小，白质和灰质体积减少，皮质表面积减小，脑室体积增大。表面测量显示皮质表面积和脑回化减少，颞叶和额叶沟深减小，这些改变持续至儿童期，与认知、语言和注意力缺陷相关。早期脑形态测量（29-35周胎龄）可预测2岁时的运动和认知结局（AUC 0.86）。
7.4 总结
体积分析目前主要用于研究，但有望作为脑发育和发育不良的定量生物标志物。研究应用包括量化脑生长轨迹、识别早产儿体积减少及预测结局。临床转化受限于专用算法、劳动密集型分割及缺乏正常参考范围，但深度学习自动分割正逐步解决这些障碍。
8. 动脉自旋标记灌注MRI
8.1 物理原理
动脉自旋标记（ASL）使用磁标记的动脉血水质子作为内源性示踪剂，无创评估脑灌注，无需外源性对比剂，特别适合新生儿。ASL提供定量脑血流量（CBF）测量。
8.2 临床应用
异常脑灌注是新生儿脑损伤的关键机制。在HIE足月儿中，ASL可显示再灌注期基底节和丘脑过度灌注，与损伤严重程度相关。早产儿中CBF与胎龄和出生后年龄正相关，存在性别相关血流动力学变异。健康婴儿中基底节和丘脑CBF最高，与高代谢需求一致。
8.3 总结
ASL是新兴模态，正从研究向临床转化。主要优势在于无需外源性对比剂即可定量CBF。临床可识别HIE再灌注期过度灌注及表征正常灌注模式。研究方面，优化新生儿ASL参数、建立年龄特异性正常CBF值及将灌注变化作为早期损伤生物标志物仍在探索中，尚未成为常规临床方案。
9. 功能连接MRI
9.1 物理原理
功能连接MRI（fcMRI）利用血氧水平依赖（BOLD）信号的自然睡眠下低频（0.1 Hz）相干波动识别功能连接网络。静息态网络（RSN）反映脑结构架构的演变，受遗传和环境因素影响。
9.2 总结
fcMRI仍为新生儿神经影像学研究工具，可在自然睡眠中识别RSN，提供不同胎龄功能脑架构发育的重要见解。因数据采集和分析复杂、缺乏验证的临床应用及正常参考数据，目前未用于临床。研究聚焦于表征RSN的出现、早期脑损伤对功能连接的影响及fcMRI作为预后生物标志物的潜力。
10. MRI评分系统
10.1 原理
为克服个体分析者主观性，创建客观评分系统以标准化数据解读并促进对短期和长期结局的理解。
10.2 足月儿脑病评分系统
针对HIE足月儿的评分系统包括Barkovich、Rutherford、NICHD NRN、Weeke和Trivedi系统。系统综述表明所有系统预测准确性相似，简单系统（如NICHD）表现不亚于复杂系统。多数系统包含对深部灰质、白质、小脑、皮质和重要髓鞘通路的严重程度评分，并具有长期神经发育相关性。轻中度损伤的评估仍具挑战，部分婴儿虽异常但Bayley-III评分与无损伤者相似。最新系统（基于Weeke）具有更高预测价值，乳头体异常在7岁以上预测处理、记忆和认知方面具有价值。
10.3 早产儿评分系统
早产儿脑损伤评估与足月儿不同，主要涉及生发基质出血、小脑出血和白质损伤。各类评分系统针对不同损伤类型。
10.4 Woodward评分系统
首个正式分别评估白质损伤（WMI）和灰质损伤（GMI）的系统。WMI评分（5-15）包括白质信号异常、脑室周围白质体积丢失、囊性异常、脑室扩大和胼胝体变薄；GMI评分（3-9）包括皮质异常、脑回成熟质量和蛛网膜下腔大小。TEA MRI中重度白质异常与2岁时认知、心理运动延迟、脑瘫和神经感觉障碍相关。
10.5 Kidokoro系统
最广泛使用的早产儿TEA评分系统，包括对白质、皮质灰质、深部灰质和小脑的系统评估，生成全局脑异常评分（GBAS）。该评分在32周胎龄早期MRI中也有验证，但早期评分因髓鞘化延迟条目而较高。GBAS与2岁时认知、运动和行为相关，但至10岁时此关联减弱，出生体重和母亲教育水平成为认知预测因素。7岁时GBAS与IQ、拼写、计算和运动功能相关，中重度全局异常导致IQ降低6.9分。机械通气>7天和肠外营养>21天为独立风险因素。从早期到TEA MRI的GBAS降低与24个月时较高运动评分相关，提示纵向评分可捕捉恢复轨迹。
10.6 Steven Miller白质损伤评分
Miller分级系统基于T1加权MRI上点状WMI的病灶数量、大小和半球受累范围，分为三级。中重度WMI（2-3级）与18个月和4.5岁时运动、认知和语言障碍相关；轻微WMI（1级）亦非完全良性。病灶体积与白质微结构不良发育呈剂量依赖性关系。前部WMI比后部WMI与运动和认知障碍关联更强。早期MRI最好捕捉急性病灶负荷，TEA MRI更适合评估白质体积丢失和髓鞘化延迟等继发性改变。
10.7 Martinez-Biarge WMI分类
针对早产儿非出血性白质损伤的四级分类系统，基于连续MRI分析。在原始队列中，I级WMI中9%发展为轻度脑瘫；II级中83%、III级中91%发展为脑瘫且伴有额外神经发育障碍。III级中未发生脑瘫的儿童其白质囊肿未影响皮质脊髓束且PLIC髓鞘化正常。该系统强调连续成像的重要性，因为囊肿可能在TEA时缩小或消失。
10.8 IVH特异性评分
Papile分类（基于CT/超声）用于生发基质-脑室内出血（GM-IVH）分级：I级（室管膜下出血）、II级（IVH占10-50%脑室面积）、III级（>50%）、IV级（实质出血性静脉梗死）。低级别IVH（I-II级）与轻度脑瘫风险增加及显著认知延迟和视觉障碍相关；高级别IVH风险更高（脑瘫风险6倍，视觉障碍11倍，双侧听力丧失4倍）。Goeral IVH特异性MRI评分系统由11项TEA MRI评估条目组成，覆盖重要脑区和IVH常见异常，对2-3岁结局具有强预测能力，其表格可供临床使用。该评分比传统Papile分类更好地反映损伤严重程度，因考虑了并发性白质损伤、小脑出血和出血后脑室扩张等。
10.9 先天性心脏病婴儿评分
危重先天性心脏病（CHD）婴儿可表现为类似早产儿的白质异常。约20%复杂CHD婴儿术前出现WMI，术后新发WMI>40%（近年有所下降）。脑损伤严重程度（BIS）评分将损伤分为：0（无/轻微）、1（卒中）、2（中重度）。BIS评分分别用于术前和术后MRI，最大BIS评分决定最终分级。中重度WMI与儿童期认知和运动结局独立相关。欧洲多中心协作提出标准化方案包括T1、T2、DWI、SWI和MR静脉成像。2024年美国心脏协会声明强调所有危重CHD患者均存在结局风险，应进行发育和遗传筛查。然而，无症状CHD婴儿的MRI指征尚不明确。
11. 早产儿和足月儿中的应用：结局与临床影响
11.1 MRI在足月儿脑病中的预后价值
MRI是表征HIE相关脑损伤的金标准，联合高级模态可提供最强预后信息。降温治疗后的足月儿中，基底节-丘脑损伤模式与最严重运动结局（痉挛性四肢瘫脑瘫）相关，分水岭模式更常与认知缺陷相关。最佳成像时机：DWI在复温后（第4-5天）或第一周内，常规序列在10天后。MRI评分联合ADC值或乳酸/NAA比值优于单独评分，可作为神经保护试验的替代终点。
11.2 MRI在早产儿中的预后价值
TEA MRI的预后价值已明确，但存在细微差别。TEA MRI异常可预测2岁时心理运动延迟和脑瘫，7岁时白质、深部灰质和小脑异常与结局关联显著。在504例早产儿队列中，76%有获得性病变，所有脑室周围白质软化婴儿和60%出血性实质梗死婴儿出现异常运动结局。早期MRI（29-35周胎龄）可能提供互补或更优的预后信息：前部中重度白质损伤与36个月时认知延迟（OR 3.28）和运动延迟（OR 3.02）相关。早期脑形态测量预测2岁结局AUC 0.86。结合影像和临床风险因素（如多种严重损伤、低10分钟Apgar评分、输血次数）对风险分层重要。
11.3 MRI时机与临床决策
足月儿脑病MRI可在治疗性低温期间（24小时后）进行，但需兼容NICU内的MR系统或临时移除降温设备。最佳检测通常为第3-5天DWI，第10天常规序列显示完整损伤。早产儿中，AAP不建议常规MRI，但可向高危婴儿在TEA时提供，需与家庭讨论局限性。MRI优于颅脑超声检测WMI、小脑出血等异常，可指导早期干预服务分配。
11.4 早期干预与家庭咨询
MRI的最终临床价值在于指导早期干预和家庭咨询。早期准确识别高风险婴儿可在脑可塑性最高时期启动靶向干预。但MRI结果与个体结局的关系不可预测，轻中度损伤需谨慎咨询。环境因素（如母亲教育水平）对较大儿童认知发展日益重要，可能调节早期脑损伤的影响。
12. 局限性与未来方向
12.1 当前局限性
MRI对个体患者的预测准确性仍不完美，轻中度损伤结局变异大。TEA MRI评分对神经发育结局的解释方差低（R
2 ≤ 0.219），损伤模式因队列和中心而异，评分系统普遍性受限。实用挑战包括专用设备、训练有素人员及年龄特异性采集方案需求，运动伪影仍为问题，部分婴儿需镇静，MRI可及性存在地区差异。
12.2 新兴技术
低场和便携式MRI系统（可在NICU内使用）及超低场便携式MRI有望消除转运需求，普及资源有限地区的成像。超快速MRI技术减少采集时间，降低运动伪影。高场磁体（3T及以上）提升信噪比和图像质量。
12.3 人工智能与机器学习
AI/ML应用于新生儿脑MRI前景广阔。深度学习框架可区分正常与异常扫描（准确率83%），并识别放射学阅读中遗漏的异常。ML模型预测HIE婴儿18个月Bayley评分，预测与观察结局相关系数0.94，R
2 0.87。深度学习自动分割实现快速体积分析，3D神经网络检测CHD中皮层下脑发育不良，深度神经网络预测扫描时胎龄（平均绝对误差0.46周）。多模态分析（结合MRI、EEG、近红外光谱和临床变量）优于单模态方法。挑战包括监测参数标准化不足、多中心数据共享有限、AI算法“黑箱”性质及临床可解释性差、新生儿数据集有限影响准确性和泛化性、算法偏差（主要基于白种人数据）及实施成本。
13. 结论
MRI已变革对新生儿脑损伤和发育的理解，为诊断、预后和治疗决策提供广泛工具。常规T1和T2成像是结构评估基础，DWI伴ADC实现早期急性损伤检测，DTI和高级弥散技术详细表征白质微结构和发育轨迹，MRS提供独特代谢信息（乳酸/NAA比值及丘脑NAA浓度具强预后价值），SWI增强出血检测，体积分析量化脑生长和发育不良，ASL评估脑灌注，fcMRI揭示脑网络架构。经验证的评分系统（足月儿：NICHD、Weeke、Trivedi；早产儿：Kidokoro、Woodward、Martinez-Biarge）提供标准化框架。深部灰质评分在足月儿中是最强预测因子，白质和小脑异常在早产儿中具有重要预后意义。早产儿与足月儿脑损伤在病因、模式、影像特征和发育背景上的根本差异要求人群特异性解读。脑发育不良概念（与损伤重叠但不同）成为理解早产神经后果的关键框架。便携式MRI、AI和多模态整合的未来进展有望提高可及性、准确性和临床实用性，最终实现更早期靶向干预以优化神经发育结局。
