磁敏感分离技术在早产儿脑氧测量中的应用：新突破与挑战

《Pediatric Research》：The application of magnetic susceptibility separation for measuring cerebral oxygenation in preterm neonates

为精准测量早产儿脑氧，研究人员开展 QSM 及顺磁性成分测量研究，发现其有潜力但存在局限。

　　# 磁敏感分离技术助力早产儿脑氧测量：进展与思考
在新生儿医学领域，随着医疗技术的进步，越来越多的早产儿得以存活。然而，这些早产儿面临着较高的神经发育不良风险，而早期脑氧水平的异常，正是导致这一问题的潜在因素。如果在新生儿重症监护病房（NICU）护理期间，氧气供应过少，可能会导致早产儿白质损伤；而氧气过多，则可能会降低皮质连接性。因此，精确、准确且无创地测量早产儿脑氧合水平，对于理解和改善其神经发育结局至关重要。

目前，测量新生儿脑氧代谢面临诸多挑战。正电子发射断层扫描（PET）利用氧 - 15 测量脑氧代谢率（CMRO₂），虽被视为金标准，但该方法具有侵入性，且需要电离辐射，不适用于新生儿。近红外光谱（NIRS）相对无创，可用于床边连续监测，它通过测量近红外光（~650 - 950nm）在生物组织中的衰减来估算脑静脉血氧饱和度（SvO₂）。不过，NIRS 只能在探头放置区域进行局部评估，且由于近红外光穿透深度浅，仅对浅层脑组织敏感。基于磁共振成像（MRI）的技术为解决这一难题带来了希望，但将其应用于新生儿还面临着诸如新生儿解剖结构小、血流动力学特征独特、易受运动伪影影响以及招募困难等挑战。

在这样的背景下，来自英属哥伦比亚大学（The University of British Columbia）的研究人员开展了一项重要研究，相关成果发表在《Pediatric Research》上。研究人员旨在探究将定量磁敏感成像（QSM）图像分解为顺磁性和抗磁性成分，是否能更准确地评估早产儿中央脑静脉（CCV）的 SvO₂，同时研究上矢状窦（SSS）和 CCV 之间是否存在氧合差异。

研究人员从之前的研究中选取了 19 名出生时胎龄在 25 - 31 周的早产儿作为研究对象。这些早产儿在达到足月等效年龄（37 - 44 周胎龄）时，在 3.0 特斯拉的 MRI 扫描仪上进行扫描，扫描过程中使用了多回波磁敏感加权成像序列。在图像分析阶段，研究人员通过一系列复杂的操作，创建了包含 SSS 的特定脑掩码，利用相关工具处理图像并计算 QSM，还使用了 X - separation 工具箱分离出 QSM 数据的顺磁性成分。最后，根据特定公式计算出 SSS 和 CCV 的 SvO₂值，并运用统计分析方法对数据进行处理。

研究结果显示，从 QSM 数据得出的 SSS 和 CCV 的平均 SvO₂值分别为 72.4%（标准差为 3.4%）和 68.7%（标准差为 3.5%）；而从顺磁性图得出的相应平均 SvO₂值分别为 58.1%（标准差为 7.3%）和 57.7%（标准差为 7.0%）。对比 QSM 和顺磁性图获得的数据，研究发现两者存在显著差异。同时，在 QSM 数据中，CCV 和 SSS 的平均磁化率（χ）和平均 SvO₂存在显著差异；但在顺磁性图数据中，两者在这两个指标上均无显著差异。

在讨论部分，研究人员将本研究结果与文献进行对比。发现从磁敏感分离得到的 SSS 的 SvO₂值与其他类似研究结果相近，表明磁敏感分离技术在测量脑静脉氧合方面具有一定的潜力。不过，从顺磁性图得到的 CCV 的 SvO₂值与文献存在差异，但考虑到现有研究的局限性，该差异并不能完全否定本研究中顺磁性图测量结果的准确性。此外，研究还发现，本研究与以往文献不同之处在于，当从顺磁性图推导 χ 时，未观察到 SSS 和 CCV 之间存在显著的氧合差异。

这项研究具有重要意义。它首次在新生儿队列中测试了磁敏感分离技术对 QSM 数据的应用，为测量早产儿脑静脉氧合提供了新的思路和方法。磁敏感分离技术有望成为一种有效的工具，用于测量婴儿大脑区域的氧消耗情况，这对于深入了解早产儿大脑发育和神经发育结局具有重要的推动作用。

不过，该研究也存在一些局限性。研究样本量仅为 19 名婴儿，样本量较小可能影响研究结果的普遍性。此外，研究未纳入健康足月儿作为对照，无法直接比较足月儿和早产儿在脑氧消耗方面的差异。未来研究可以考虑增加样本量，纳入健康足月儿对照，并且在 QSM 图像分解时使用多回波 T2 成像数据，以进一步提高测量的准确性。

总体而言，这项研究为早产儿脑氧测量领域带来了新的突破，同时也为后续研究指明了方向。期待未来有更多相关研究，能够进一步完善磁敏感分离技术，为临床和科研工作提供更有力的支持。

研究技术方法

研究人员采用了以下关键技术方法：一是利用 3.0 特斯拉的 MRI 扫描仪对早产儿进行扫描，获取多回波磁敏感加权成像数据；二是通过一系列图像处理步骤，包括创建脑掩码、计算 QSM 等，对图像进行分析；三是使用 X - separation 工具箱分离 QSM 数据的顺磁性成分；四是根据特定公式计算 SSS 和 CCV 的 SvO₂值，并运用统计分析方法进行数据处理。研究样本来自之前一项研究中符合条件的早产儿队列。

研究结果

1. SvO₂值测量结果：通过 QSM 数据和分离顺磁性成分分别测量 SSS 和 CCV 的 SvO₂，得到不同的均值和标准差。
2. 数据对比结果：对比 QSM 和顺磁性图获得的数据，发现两者在 χ 和 SvO₂值上存在显著差异；同时，在 QSM 和顺磁性图数据中，CCV 和 SSS 在 χ 和 SvO₂的差异情况不同。

研究结论与讨论

研究表明，磁敏感分离技术在测量早产儿脑静脉氧合方面有一定潜力，其得到的 SSS 的 SvO₂值与文献结果相近。但该技术也存在局限性，如测量的 SvO₂值变异性较大。此外，研究未观察到 SSS 和 CCV 之间存在显著的氧合差异，与以往研究结果不同。这一研究为后续探索和改进磁敏感分离技术提供了重要参考，有望推动新生儿脑氧测量领域的发展。