8例早产儿胼胝体前中体成熟与新生儿运动功能的关系

摘要

背景．早产儿运动障碍的病因是多因素和不完全了解。胼胝体发育是否与运动功能受损有关尚不清楚。探讨了早产儿运动相关测量与胼胝体弥散张量成像(DTI)之间的潜在联系。方法.8名早产儿（胎龄为28–32周）在胎龄为42周时接受了Hammersmith新生儿神经系统检查和DTI评估。Hammersmith总评分和运动特异性评分（Hammersmith运动亚类之和）计算了6个胼胝体相关区域。在矢状位DTI切片上定义了膝、吻侧体、前中体、后中体、峡部和脾。计算了这些区域的分数各向异性（FA）和平均扩散率（MD），并寻求这些区域与Hammersmith测量值之间的相关性。结果．前中体FA测量与总Hammersmith呈正相关(rho那)和运动特异性得分（rho那).Hammersmith总分也与前中体MD测量值呈负相关（rho那)．讨论这些结果表明胼胝体轴突的完整性，特别是前中体轴突，在介导神经功能方面很重要。胼胝体成熟度越高，运动功能越强。胼胝体DTI可能被证明是一种有价值的筛查或预后标志物。

1.介绍

早产儿在以后的生活中运动障碍的风险很高，大约14%的早产儿会发展为脑瘫(CP) [1]高达40%的早产儿表现出轻度运动障碍[2］.尚未完全阐明此类电机障碍的机制，但与许多因素有关，包括异常脑发育（特别是在传感器区域）[3.]，如脑室周围白质软化、脑室周围出血[4.和/或新生儿重症监护病房(NICU)环境中的压力源[5.].对早产儿的神经结构和机制、潜在运动功能的新见解应有助于开发新的诊断和预后工具，并提供早期干预疗法即时疗效的信息。

胼callosum对于在半球之间的传播和集成马球和躯体感应信息，以及生物电机协调和功能的重要性至关重要[6.]。胼胝体的成熟或结构发育，即轴突纤维束的组织以及轴突髓鞘形成和微观结构完整性的程度，可以使用扩散张量成像（DTI）进行研究，特别是通过测量分数各向异性（FA）和平均扩散率（MD）。FA和MD值的解释并不完全清楚，主要取决于基础纤维结构，包括髓鞘形成程度、轴突大小、密度和组织[7.那8.］.由于胼胝体是一个高度组织的髓鞘结构，轴突通常以平行束形式排列，高FA值和低MD值提示结构成熟程度更高[9.］.在影像学研究中，婴儿胼胝体通常分为六个解剖区域，从前到后依次为膝、体吻侧、前中体、后中体、峡部和脾[10］.

Thompson等人发现，与足月婴儿相比，非常早产婴儿的胼胝体横截面积明显减少，FA较低，MD值较高，这表明与足月婴儿相比，早产儿的胼胝体发育发生了改变[10]少数研究通过检查胼胝体成熟与神经发育之间的关系，探讨了这种发育改变的含义[11-13]Rose等人研究了足月时膝和脾（胼胝体的最前和最后亚区）的DTI测量与神经学评估（Amiel-Tison量表、粗大运动功能分类系统和婴儿发育Bayley量表）之间的关系在早产儿18个月时进行[11］.在神经系统评估异常的儿童中，脾脏的成熟程度(由FA值反映)明显低于正常儿童，这表明近月龄的脾脏FA可用于预测随后的神经发育[11］.这些结果与Hoon Jr.等人2002年的研究一致，该研究使用DTI检查脑室周围白质软化导致的脑瘫儿童的白质束。与对照组相比，脑瘫患者的脾束、后辐射状冠束和后内囊束的大小明显减小[14]因此，有人认为，除了运动束外，传入或传出感觉皮层的半球间束也可能在运动损伤中起作用[14］.类似地，Rademaker等人发现，在学龄前儿童中，在t1加权磁共振成像(MRI)扫描中，胼胝体正中矢状面面积与伴随的运动功能之间存在很强的正相关性[15］.此外，Iai等人比较了患有痉挛性双瘫(CP)的早产儿与神经学典型儿童的正中矢状体胼胝体t1加权MRI测量[16］.在双瘫儿童中，我们发现，与神经学典型儿童的比值相比，压块厚度和中体厚度与胼胝体长度的比值明显减少[16］.此外，脾脏的比率与电动机损伤的程度高度相关[16］.提示胼胝体发育与运动功能密切相关。

然而，除了这几个研究之外，尚未报道胼u胼utes的潜在关联，并且尚未报告早产新生儿的神经电机功能。这些调查的结果可能证明临床意义;例如，他们可以通过开发早期预后指标，干预和/或标记，以告知怂恿此类干预措施。因此，本研究的主要目的是调查和探索胼um患者的次见区别措施与伴随早产儿的小样本中的神经措施之间的潜在关联。我们假设Corpus愈伤组织成熟和伴随神经措施之间存在阳性关系。

2.参与者和方法

2.1.与会者

参与者是在皇家布里斯班和妇女医院(RBWH)出生的28 - 32周(GA)的早产婴儿，没有产后医学问题或并发症。纳入标准为:孕龄在28 - 32周之间出生的婴儿，出生体重和长度在孕龄的第10 - 90百分位数之间，并被确定为医学上稳定的婴儿。排除标准:有脑超声异常(脑室内出血3级或4级，持续性脑室周围耀斑或脑室周围囊肿)，有重大遗传疾病或畸形。这些标准的设定是为了确保研究参与者出现不良结果的风险较低，并且在医学上是稳定的。

这项研究得到了RBWH人类研究伦理委员会和莫纳什大学人类研究伦理委员会的批准。同意他们的婴儿参与研究的父母签署了一份书面同意书，并提供了一份研究协议的副本。

2.2.临床评估

在达到足月等效年龄（42周GA）时，婴儿接受Hammersmith新生儿神经系统检查（HNE）[17由一名新生儿医生完成。

HNE评估许多运动和行为功能，包括姿势和音调、音调模式、反射、异常体征和方向以及行为[17］.在围绕术语年龄进行时，它为每个类别和总HNE评分（最大得分32）提供了总结分数，这是这些类别的总和。作为后续分析，通过从姿势和音调，音调模式和反应类别求解分数来计算总“电机特定的”得分（最多20个）。检查了HNE和特定于电机特定分数和DTI措施的关联。

2.3.新生儿神经影像学

婴儿在大约相当于足月的年龄接受了神经影像学检查(见表)1)．使用3.0 t西门子Tim Trio扫描仪对婴儿进行扫描，并将其放入带有专用头部线圈的mri兼容的新生儿培养箱(Lammers Medical, Luebeck, Germany)。扫描是在婴儿进食后自然睡眠时进行的。婴儿被襁褓裹住，放在真空固定的豆袋中，目的是让婴儿保持静止，并支撑在扫描仪中。在a点沿30个方向采集扩散加权图像B.-值1000秒/毫米²，并附上一张最小扩散加权图像()．扫描图像的平面分辨率为1.75 × 1.75 mm，层厚为2 mm。其他成像参数:TR/TE 9300/130 ms，视场128 × 128, 47片。扩散数据的采集时间大约为5分钟。获得了一幅实地地图，以协助校正磁化率失真。获得的场图MRI参数为TR/TE1/TE2 488/4.9/7.4 ms，矩阵大小64 × 64，视场160 × 160 mm，层厚2.6 mm，层间距0.65 mm, 29片，翻转角度60度。

使用蚂蚁，FSL和FreeSurfer进行预处理。对成像数据的预处理涉及使用刚体注册的任何头部运动的校正，随后调整B.-母体[18，剥头皮[19，以及敏感性失真校正[20.]强度不均匀性的分析与校正[21］.检测并替换由图像伪影或头部运动引起的强度离群体素[22]此外，对图像进行目测检查，以确定是否存在伪影和扭曲，并将在最小扩散加权图像上显示运动伪影的婴儿排除在DTI分析之外。

计算每个婴儿大脑的各向异性分数(FA)、彩色FA和MD图，FA代表各向异性扩散程度，MD代表扩散幅度。FA和MD采用对数线性最小二乘法与MRtrix计算[23］.使用约翰霍普金斯大学新生儿FA模板对FA图进行刚体配准，实现图像与正中矢状面对齐。这个转换被应用到颜色FA和MD地图。在手动描绘胼胝体时要小心谨慎，以尽量减少被部分体积效应污染的体素数目[24］.对于每个婴儿，基于目视检查，手动绘制胼calloSum的感兴趣区域，在Color-Fa映射的中间影片上被绘制到中间体切片上。为每个婴儿绘制四套面具，以确保面具的可重复性。对于每一种婴儿，然后将四种胼callosum面具进行分割成六个地区 - nu，rostral，前域，后域，峡部和脾脏 - 根据Thompson等人提供的新生儿分段模式。（见图1) [10］.然后确定每个区域的平均FA和MD。取四个面罩区域平均值的平均值，为每个婴儿提供6个胼胝体FA和MD值。

2.4. 统计分析

在DTI评估时，婴儿在41到45周之间。众所周知，由于增加的GA，FA值倾向于迅速增加[25，则对FA值进行GA调整。使用SPSS(社会科学统计软件包，版本14.0;IBM SPSS，芝加哥，IL，美国)，临床测量和胼胝体DTI测量之间的相关性使用双尾Spearman 's(见表)2和3.对于分析中使用的FA和MD值）。给出了多种比较的校正，但是，给出了该研究的探索性，并且分析了变量的变量的数量和性质。

3.结果

13名早产儿被纳入了这项研究。表格1总结这13名婴儿的特征和评估。

由于时间限制，两名婴儿未进行MRI检查。此外，由于技术问题和运动伪影，三名婴儿的DTI数据被排除在分析之外，剩下八名婴儿的数据被纳入相关分析。

３．１．临床与DTI相关性分析

使用Spearman的rho，探讨临床和DTI测量之间的关联(见表)4.和5.)．总HNE评分与前中体FA评分之间存在高度显著正相关(rho = 0.929;)，运动特异性评分和前中体FA测量之间也存在类似的差异(rho = 0.857;)．在总HNE分数和前域MD措施（RHO = -0.714之间，发现了统计学上的显着的负相关).图中提供了说明这些相关性的散点图2那3.,4.．

综上所述，总HNE评分与前中体FA和MD测量均显著相关。此外，在HNE评估的运动特异性亚分和前中体FA测量之间发现了显著的正相关。

4.讨论

总体神经功能以及特定的运动功能测量与中体前部的DTI测量值显著相关，但与胼胝体其他区域的DTI测量值不相关。这些发现与对灵长类和人类胼胝体地形的研究一致[26那27］.这些研究的结果表明，从神经解剖学的角度来看，中体轴突连接着前运动皮层和初级运动皮层。此外，初级和次级运动皮层和躯体感觉区域位于中央前皮层和中央后皮层，它们位于与胼胝体中体相似的空间区域[28].鉴于这些躯体感觉和运动区域以及胼胝体是地形组织的，连接左右皮质区同源区域的半球间轴突很可能穿过胼胝体中体。特别是，这些研究结果表明，连接（额叶）运动皮质区域的轴突可能构成前中体的一部分。

HNE总评分和运动特异性评分均与前中体更成熟相关（即FA值较高和MD值较低）。有人认为胼胝体FA值主要反映纤维密度和组织，而不是髓鞘或轴突直径[29］.因此，较高的FA值提示晚期胼胝体束组织。相反，MD值被认为对(前期)髓鞘形成更为敏感[30.]， MD值较低，表明胼胝体髓鞘形成和微结构进展[30.那31］.因此，一个相对组织良好且有髓鞘的胼胝体(如中体前部)可能与更有效的半球间神经信号传输有关，从而允许在两个半球之间更优地处理和整合(如运动相关)信息。

这项研究似乎是最早描述早产儿中前体成熟与伴随神经功能之间的强相关性的研究之一。相反，一些研究(如本节所述)4.)显示脾成熟与神经功能改变之间存在关联。然而，在这些研究中使用的婴儿队列涉及被证实有白质损伤和脑室周围白质软化(PVL)的婴儿。PVL的特征是脾部变薄或成熟;因此，这可能解释了为什么在这些婴儿的脾成熟和神经功能改变之间发现了强烈的联系。

鉴于这些发现，应进一步研究促进白质发育的干预方案和管理策略，因为这可能有助于增强早产儿的运动功能和其他神经行为功能。Smith等人进行的一项MRI研究表明，通过DTI和功能MRI评估，NICU环境的压力与早产儿白质成熟和半球间通讯的减少相关[5.]这项研究还报告说，婴儿在出生后立即经历较大的新生儿重症监护病房（NICU）诱发的应激，在足月同等年龄时表现出较差的运动功能[5.]因此，NICU应激源可能对白质发育和神经发育结果产生不利影响。Als等人进行了一项随机对照试验，调查新生儿个体化发展护理和评估计划（NIDCAP）的优点，以减少早产儿在NICU期间的压力源[32］.他们发现，与对照组相比，NIDCAP组婴儿的白质发育(通过DTI评估)、脑功能连通性(通过脑电图测量)和神经功能都得到了改善。McAnulty等人进行的一项类似研究表明，NIDCAP干预至少对学龄前儿童的神经行为功能有积极影响[33]由于目前的研究结果表明前中体发育与神经功能之间存在关联，这可能部分解释了为什么NIDCAP等旨在促进白质发育的干预措施能够改善神经运动功能。

观察到的前中体完整性和神经功能之间的关系，如果在更大的研究中得到重复和扩展，可能会为新生儿预后工具的未来发展提供信息。未来的研究应该调查这种DTI测量方法是否在预测神经发育，特别是老年时的运动结果方面有价值。相反，鉴于HNE评分和DTI测量之间的强相关性，HNE评估也可能被证明是一个有价值的预后指标，其附加优势是易于在床边进行。这些标记也可能最终被证明对未来的干预试验项目有帮助，例如入选标准的选择，或预测或评估对给定干预的反应。

目前的研究存在一些局限性，特别是样本量小和相关的统计能力低[34]此外，所采用的胼胝体分割方法并不一定是最佳的，因为与成人研究不同，目前对婴儿胼胝体解剖分割和肠道地形图的理解是有限的。通过对婴儿DTI纤维束成像方法确定的胼胝体区域的识别，这可能会有所改善[35］.然而，这项小型研究提供了一些新的发现，可能会为未来的研究提供信息。

5.结论

在同等年龄评估的健康早产儿中，DTI测量的胼胝体前中体结构成熟度与神经和运动功能之间存在正相关。未来更大样本的研究可能会扩展这些初步发现，并可能研究胼胝体DTI测量作为神经发育和运动结果的早期预后标志物的价值。

缩写

遗传算法:	胎龄
CP:	脑瘫
NICU:	新生儿重症监护室
NIDCAP:	新生儿个体化发育护理及评估方案
DTI:	扩散张量成像
费尔南多-阿隆索:	部分各向异性
MD:	平均扩散率
核磁共振成像：	磁共振成像
HNE：	哈默史密斯新生儿神经系统检查。

利益冲突

提交人声明没有利益冲突。

作者的贡献

这项研究是许多研究人员和临床医生共同努力的结果。M.G.D'Acunto和a.Guzzetta与P.Colditz、S.Rose和S.Finnigan共同开发了更广泛的研究概念和设计，其余列出的作者也提供了意见。大部分数据收集和综合由P.Co.完成lditz、S.Rose、K.Pannek、S.Finnigan和P.Mathew。数据分析和论文起草由P.Mathew、K.Pannek、S.Finnigan和P.Snow完成，其余列出的作者提供了大量投入。

参考文献

1. C. M. T. Robertson, M. J. Watt, Y. Yasui，“在一个超过30年的基于人口的项目中，早产儿脑瘫患病率的变化，”美国医学协会杂志，第297卷，第2期24, pp. 2733-2740, 2007。视图:出版商的网站|谷歌学者
2. L. Holsti, R. V. E. Grunau，和M. F. Whitfield，“九岁极低出生体重儿童的发育协调障碍，”发育与行为儿科杂志，第23卷，第2期。1，页9-15,2002。视图:谷歌学者
3. B.S.Peterson，A.W.Anderson，R.Ehrenkranz等人，“足月和早产儿的区域脑容量及其后期神经发育相关性，”儿科学号，第111卷5，页939-948,2003。视图:出版商的网站|谷歌学者
4. P.S.Hüppi，“早产儿未成的白质病变”儿科学杂志第145卷第1期5，页575-578,2004。视图:出版商的网站|谷歌学者
5. G.C.Smith，J.Gutovich，C.Smyser等人，“新生儿重症监护病房的压力与早产儿的大脑发育有关，”神经学年报，第70卷，第2期4, pp. 541-549, 2011。视图:谷歌学者
6. A. Stančák, E. R. Cohen, R. D. Seidler, T. Q. Duong和S. G. Kim，“胼胝体的大小与双手和单手运动中内侧运动皮层区域的功能激活相关，”脑皮质，第13卷，第2期5，第475-485页，2003。视图:出版商的网站|谷歌学者
7. D.Le Bihan，“用扩散MRI研究大脑的功能结构，”神经系统科学自然评论，第4卷，第6期，第469-480页，2003年。视图:出版商的网站|谷歌学者
8. 神经系统中各向异性水扩散的基础-技术综述在生物医学核磁共振，第15卷，第5期。7-8，页435-455,2002。视图:出版商的网站|谷歌学者
9. S. E. Rose，X. Hatzigeorgou，M.W. Strudwick，G. Durbridge，P.S.W. Davies和P. B.Colditz，“Colditz”的白质扩散各向异性在术语等价年龄的正常和早产儿，“医学中的磁共振，第60卷，第4期，第761-767页，2008年。视图:出版商的网站|谷歌学者
10. D. K. Thompson, T. E. Inder, N. Faggian等人，“利用MRI对早产儿和足月婴儿胼胝体的表征”，科学杂志，第55卷，第2期，第479-490页，2011年。视图:出版商的网站|谷歌学者
11. J. Rose, E. E. Butler, L. E. Lamont, P. D. Barnes, S. W. Atlas, D. K. Stevenson，“极低出生体重早产儿的MRI和弥散张量成像的新生儿大脑结构、性别和神经发育，”发展医学和儿童神经学，第51卷，第7期，第526-535页，2009年。视图:出版商的网站|谷歌学者
12. J.S.Andrews、M.Ben Shachar、J.D.Yeatman、L.L.Flom、B.E.A.T.R.I.Z.LUNA和H.M.Feldman，“早产儿和足月儿的阅读成绩与白质特性相关，”发展医学和儿童神经学号，第52卷。6，页94 - e100,2010。视图:出版商的网站|谷歌学者
13. K.M.Mullen，B.R.Vohr，K.H.Katz等人，“早产导致16岁时神经连接的改变。”科学杂志，第54卷，第4期，第2563-25702011页。视图:出版商的网站|谷歌学者
14. A. H. Hoon Jr.， W. T. Lawrie Jr.， E. R. Melhem等，“脑室周围白质软化扩散张量成像显示受影响的感觉皮层白质通路”，神经学，第59卷，第5期，第752-756页，2002年。视图:谷歌学者
15. K.J.Radimaker，J.N.G.P.Lam，I. C.Van Haastert等，“较大的胼callosum尺寸，具有更好的运动性能在过早出生的儿童中，”在围产期学研讨会，第28卷，第4期，第279-287页，2004年。视图:出版商的网站|谷歌学者
16. M. Iai, Y. Tanabe, M. Goto, K. Sugita, H. Niimi，“神经正常儿童和痉挛性双瘫儿童胼胝体的比较磁共振成像研究，”《儿科学报》，国际儿科杂志，第83卷，第83期10, pp. 1086-1090, 1994。视图:谷歌学者
17. L.杜博维茨，V.杜博维茨和E.默丘里，早产和足月新生儿的神经系统评估，剑桥大学出版社，伦敦，英国，1999年第二版。
18. A. Leemans和D. K. Jones，“B族矩阵必须在校正DTI数据中的主题运动时旋转”，“医学中的磁共振第61卷第1期6, pp. 1336-1349, 2009。视图:出版商的网站|谷歌学者
19. s·m·史密斯，《快速、强大的自动大脑提取》人类大脑图谱，第17卷，第3期，第143-155页，2002年。视图:出版商的网站|谷歌学者
20. M. Jenkinson, C. F. Beckmann, T. E. Behrens, M. W. Woolrich, and S. M. Smith， " FSL， "科学杂志，第62卷，第782-79012页。视图:谷歌学者
21. J.G.Sied、A.P.Zijdenbos和A.C.Evans，“自动校正mri数据中强度不均匀性的非参数方法，”IEEE医学影像汇刊，第十七卷，第二期第1页，第87-97页，1998。视图:谷歌学者
22. D. Morris, R. Nossin-Manor, M. J. Taylor, and J. G. Sled，“在重采样前使用检测和替换异常值的早产儿扩散处理”，医学中的磁共振，第66卷，第1期，第92-101页，2011年。视图:出版商的网站|谷歌学者
23. P.J.Basser，J.Mattiello和D.LeBihan，“磁共振扩散张量光谱和成像，”生物物理杂志，第66卷，第1期，第259-267页，1994年。视图:谷歌学者
24. A. H. Hoon Jr.，E. E.Stashinko，L.M.Nagae等，“脑瘫突然出生的儿童的感觉和电机缺陷与丘脑皮质途径的扩散张量成像异常相关联，”发展医学和儿童神经学，卷。51，不。9，pp。697-704，2009。视图:出版商的网站|谷歌学者
25. P. McGraw, L. Liang, J. M. Provenzale，“通过弥散张量成像显示婴儿期和儿童期正常年龄相关各向异性变化的评估，”美国放射学杂志，卷。179年，没有。6，PP。1515-1522,2002。视图:谷歌学者
26. R. Caminiti, H. Ghaziri, R. Galuske, P. R. Hof，和G. M. Innocenti，“进化放大了灵长类动物暂时分散的缓慢神经元连接的过程，”美国国家科学院学报，第106卷，第2期。46，页19551-19556,2009。视图:出版商的网站|谷歌学者
27. F. Aboitiz，A. B.Scheibel，R. S. Fisher和E. Zaidel，“人类胼callosum的纤维成分”，大脑研究第598期1-2，第143-153页，1992。视图:出版商的网站|谷歌学者
28. w·Hendelman功能神经解剖学图谱，CRC Oress，渥太华，加拿大，2000。
29. M. Wahl, B. Lauterbach-Soon, E. Hattingen等人，“人类运动胼胝体:地形、躯体结构和微结构与功能之间的联系，”神经科学杂志，第27卷，第45号，第12132-12138页，2007年。视图:出版商的网站|谷歌学者
30. J. H.Gilmore，W.Lin，I. Corouge等，“胼ut，胼um愈伤组织的早期产后发育，用定量牵引术评估，”美国神经放射学杂志第28卷第2期9，第1789-1795页，2007。视图:出版商的网站|谷歌学者
31. T.Bäumer，J.C.Rothwell和A.Münchau，“用TMS研究人类运动前和运动皮层的功能连接”，年临床神经生理学补充保罗斯(W. Paulus)和哈雷特(M. Hallett)主编。那chapter 14, pp. 160–169, Elsevier, 2003.视图:谷歌学者
32. H. Als, F. H. Duffy, G. B. McAnulty等人，“早期经验改变大脑功能和结构，”儿科学，第113卷，第113期。第4页，2004。视图:出版商的网站|谷歌学者
33. G. B. McAnulty, S. C. Butler, J. H. Bernstein, H. Als, F. H. Duffy, D. Zurakowski，“新生儿个性化发展护理和评估项目(NIDCAP)在8岁时的影响:初步数据，”临床儿科，卷。49，没有。3，pp。258-270，2010。视图:出版商的网站|谷歌学者
34. D.C.豪厄尔，心理学的统计方法，沃兹沃思，费城，宾夕法尼亚州，美国，2009年。
35. H.-J.Park，J.K.Jae，S.-K.Lee等人，“使用皮质灰质镶板和DT-MRI绘制胼胝体连接图，”人类大脑图谱，第29卷，第5期，第503-516页，2008年。视图:出版商的网站|谷歌学者

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