擴(kuò)散加權(quán)成像在胎兒腦發(fā)育中的應(yīng)用進(jìn)展

劉海東　許相豐

神經(jīng)放射學(xué)

擴(kuò)散加權(quán)成像在胎兒腦發(fā)育中的應(yīng)用進(jìn)展

劉海東許相豐*

胎兒先天性發(fā)育異常是圍生兒死亡和致殘的重要原因，產(chǎn)前早期準(zhǔn)確診斷是干預(yù)及治療的關(guān)鍵。胎兒MR成像能夠彌補(bǔ)超聲檢查的不足，是胎兒產(chǎn)前診斷的一種重要輔助手段。擴(kuò)散加權(quán)成像不但能夠評(píng)估胎兒的正常腦發(fā)育過(guò)程，而且對(duì)腦先天發(fā)育異常及胎兒宮內(nèi)腦損傷的早期評(píng)估具有重要意義。現(xiàn)就擴(kuò)散加權(quán)成像在胎兒腦發(fā)育中的應(yīng)用進(jìn)展予以綜述。

胎兒；腦損傷；先天性異常；擴(kuò)散加權(quán)成像；表觀擴(kuò)散系數(shù)

Int J Med Radiol，2016，39（4）：378-381

胎兒先天性發(fā)育異常在新生兒中的發(fā)生率為4%～6%，是圍生兒死亡和致殘的重要原因，早期準(zhǔn)確的產(chǎn)前診斷是臨床醫(yī)師采取有效干預(yù)措施的關(guān)鍵。超聲是產(chǎn)前診斷的首選方法，但也存在一定局限性。近年來(lái)，隨著MR成像設(shè)備和快速成像序列的發(fā)展，胎兒MR成像的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，彌補(bǔ)了胎兒超聲檢查的不足，成為胎兒產(chǎn)前診斷的一種重要輔助手段。擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）能夠無(wú)創(chuàng)地評(píng)估活體組織內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，可以從微觀角度反映組織器官的解剖結(jié)構(gòu)和功能信息，是胎兒MR成像的一種重要檢查技術(shù)?，F(xiàn)就DWI在胎兒腦發(fā)育中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1　DWI概述

擴(kuò)散是指水分子不規(guī)則隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，即布朗運(yùn)動(dòng)，是DWI的物理基礎(chǔ)。生物組織內(nèi)水分子擴(kuò)散與體外容器內(nèi)水分子自由擴(kuò)散不同，它受細(xì)胞膜和大分子物質(zhì)限制，包括細(xì)胞外、細(xì)胞內(nèi)、跨細(xì)胞膜運(yùn)動(dòng)以及微循環(huán)灌注［1］。由于人體不同組織間擴(kuò)散強(qiáng)度不同，所以不同組織信號(hào)衰減程度也就不同，從而形成組織對(duì)比，產(chǎn)生擴(kuò)散加權(quán)影像。水分子擴(kuò)散慢時(shí)在DWI上為高信號(hào)；反之，為低信號(hào)。由水分子擴(kuò)散所引起DWI信號(hào)強(qiáng)度的變化還可以用表觀擴(kuò)散系數(shù) （apparent diffusion coefficient，ADC）來(lái)定量表示，即ADC值越大，水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)越快；反之，水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)越慢。目前，胎兒DWI檢查主要應(yīng)用于胎兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

由于胎兒在母體子宮內(nèi)的位置不斷改變，且無(wú)法應(yīng)用各種門(mén)控技術(shù)，因此對(duì)胎兒DWI技術(shù)有以下幾點(diǎn)要求：①應(yīng)用快速成像序列，盡量縮短采集時(shí)間，減輕運(yùn)動(dòng)偽影；②b值應(yīng)相對(duì)低（700 s/mm2），這對(duì)富質(zhì)子的胎兒腦組織更合適；③DWI檢查應(yīng)用以胎兒為中心標(biāo)準(zhǔn)的幾何正交平面采集影像數(shù)據(jù)，這樣有利于識(shí)別正常與異常胎兒組織結(jié)構(gòu)［2］。

2　DWI在胎兒腦發(fā)育中的應(yīng)用

2.1胎兒正常腦發(fā)育的評(píng)估DWI能夠反映胎兒腦發(fā)育程度。大腦半球在DWI上表現(xiàn)為3種層狀分布的不同信號(hào)，由腦室周?chē)链竽X表面依次代表兩側(cè)腦室周?chē)氖夜苣は聟^(qū)、皮質(zhì)下腦白質(zhì)區(qū)和大腦皮質(zhì)區(qū)［3］。不同層間的腦組織結(jié)構(gòu)不同，水分子擴(kuò)散特性有差異，因此DWI上信號(hào)也各有特點(diǎn)，這是DWI顯示胎兒大腦結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)［2］。最內(nèi)層是含有神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)前體細(xì)胞的室管膜下區(qū)，該區(qū)域還含有大量的微血管，細(xì)胞密度大，細(xì)胞外間隙小，水分子擴(kuò)散受限明顯，DWI上呈高信號(hào)。中間層是皮質(zhì)下腦白質(zhì)區(qū)，此層較薄，體積較小，其內(nèi)含大量神經(jīng)纖維和軸突，但細(xì)胞密度小而細(xì)胞外間隙大，水分子擴(kuò)散受限輕，DWI上表現(xiàn)為皮質(zhì)下邊界清楚、連續(xù)的低信號(hào)帶。由于腦白質(zhì)區(qū)含有較多的神經(jīng)纖維束，因此可以通過(guò)擴(kuò)散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）來(lái)描述水分子在三維空間擴(kuò)散的方向和程度，反映腦組織各向異性和神經(jīng)纖維走行特征。最外層是腦皮質(zhì)區(qū)，由已遷移的神經(jīng)元和各自軸突、樹(shù)突及起支撐作用的膠質(zhì)纖維構(gòu)成，在DWI上表現(xiàn)為高信號(hào)。

DWI不僅可以通過(guò)信號(hào)強(qiáng)度的變化觀察胎兒腦發(fā)育程度，還可以通過(guò)ADC值進(jìn)行定量評(píng)估［4］。Han等［5］評(píng)估了40例胎齡大于24周正常胎兒的10個(gè)不同腦區(qū)ADC值，包括雙側(cè)額葉白質(zhì)、枕葉白質(zhì)、丘腦、基底節(jié)和小腦半球，相應(yīng)腦區(qū)ADC值分別為（1.800±0.214）×10-3mm2/s、（1.700±0.133）×10-3mm2/s、（1.300±0.126）×10-3mm2/s、（1.400±0.100）×10-3mm2/s和（1.400±0.155）×10-3mm2/s；基底節(jié)、丘腦、小腦和枕葉白質(zhì)的ADC值與胎齡呈明顯負(fù)相關(guān)，ADC值在枕葉白質(zhì)降低最快，其次為小腦和丘腦，基底節(jié)最慢；額葉白質(zhì)ADC值在不同胎齡間無(wú)明顯變化。Bui等［6］對(duì)24例正常胎兒（胎齡31～37周）的腦白質(zhì)DWI研究顯示，半卵圓中心、胼胝體和錐體束的ADC值分別為1.8×10-3mm2/s、1.2×10-3mm2/s、1.1× 10-3mm2/s，三者的FA值依次為1.1%、3.8%、4.7%；隨著胎齡增加，錐體束和胼胝體的ADC值逐漸降低，而FA值逐漸升高。提示不同白質(zhì)區(qū)髓鞘化程度不同，相同白質(zhì)區(qū)的髓鞘化程度隨著胎兒腦發(fā)育而提高，而ADC值能夠反映胎兒腦成熟度信息。鄭等［7］也有相似的研究結(jié)果。Hoffmann等［8］研究顯示，相同胎齡階段的胎兒不同腦區(qū)的ADC值不同，白質(zhì)最高，腦橋最低；但在孕晚期，同一腦區(qū)ADC值相對(duì)穩(wěn)定，隨胎齡變化不明顯，因此孕晚期腦ADC定量分析對(duì)胎兒腦發(fā)育的評(píng)估更重要。Cartry等［9］對(duì)正常胎兒的腦DWI研究認(rèn)為，在孕晚期（胎齡＞32周），胎兒大腦的ADC值存在額-枕梯度差，是胎兒腦成熟的一個(gè)重要標(biāo)志。但Cannie等［10］采用線性回歸分析法對(duì)胎兒腦ADC值的研究顯示，不同腦區(qū)平均ADC值、最大ADC值和最小ADC值與胎齡的相關(guān)性變化很大，因此ADC值對(duì)胎兒腦發(fā)育評(píng)估的穩(wěn)定性和重復(fù)性還有待進(jìn)一步證實(shí)。

2.2胎兒腦先天發(fā)育異常的評(píng)估DWI可以顯示胎兒腦解剖結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征，有利于早期發(fā)現(xiàn)腦先天發(fā)育異常。DWI能夠識(shí)別腦回的發(fā)育狀態(tài)。Ozcan等［11］分析了41例正常胎兒腦中央前回DWI特征與胎齡關(guān)系，發(fā)現(xiàn)中央前回表現(xiàn)為中央溝前方的額葉高信號(hào)帶，在ADC圖為低信號(hào)帶；中央前回最早可在胎齡25周時(shí)顯示；在胎齡25～27周時(shí)，雙側(cè)顯示率為60%，單側(cè)顯示率為40%；從28周開(kāi)始，兩側(cè)中央前回都可顯示（顯示率100%）；在胎齡大于28周時(shí)，如果DWI不能顯示中央前回，提示胎兒腦發(fā)育異常。Prayer等［12］認(rèn)為DWI可以在胎兒大腦皮質(zhì)褶皺發(fā)育異?；蛉笔С霈F(xiàn)前發(fā)現(xiàn)腦發(fā)育異常。在中期妊娠時(shí)，腦溝和腦回還沒(méi)有發(fā)育，常規(guī)序列無(wú)法診斷無(wú)腦回畸形，但DWI可以發(fā)現(xiàn)一些異常征象：腦的正常分層狀結(jié)構(gòu)消失或紊亂，在皮質(zhì)下白質(zhì)區(qū)出現(xiàn)高信號(hào)結(jié)構(gòu)等。DWI也可以發(fā)現(xiàn)胎兒腦發(fā)育過(guò)程中神經(jīng)元移行異常。胎兒皮質(zhì)區(qū)的神經(jīng)元是從腦室下區(qū)經(jīng)過(guò)白質(zhì)區(qū)移行而來(lái)。在神經(jīng)元正常移行過(guò)程中 （胚胎2～6個(gè)月），腦白質(zhì)區(qū)內(nèi)也可含有神經(jīng)元，這些神經(jīng)元與已經(jīng)移行至皮質(zhì)區(qū)的神經(jīng)元都將發(fā)育成新生兒的大腦皮質(zhì)，因此兩者的結(jié)構(gòu)和功能相同，在DWI上信號(hào)也相同［3］。當(dāng)神經(jīng)元移行受阻、停滯（如灰質(zhì)異位）時(shí)，室管膜下區(qū)和白質(zhì)區(qū)也可以出現(xiàn)與皮質(zhì)區(qū)相似的異常信號(hào)，因此在神經(jīng)元移行期，DWI診斷神經(jīng)元移行異常不可靠。

2.3胎兒腦損傷的評(píng)估胎兒腦損傷的超聲檢出率為1%～2%，出生后超聲隨訪及尸檢發(fā)現(xiàn)率為3%～5%，與母體及胎兒本身因素所致的缺血缺氧性事件有關(guān)［2，13］。產(chǎn)前超聲對(duì)胎兒腦損傷的評(píng)估有局限性，MRI是評(píng)估胎兒腦損傷的最佳影像方式，但MR常規(guī)序列僅對(duì)胎兒腦損傷的晚期評(píng)估敏感，對(duì)急性期腦損傷評(píng)估困難。DWI對(duì)胎兒急性腦損傷非常敏感，呈明顯高信號(hào)，擴(kuò)散明顯受限，比T2WI能更早地發(fā)現(xiàn)腦損傷病灶。Weisz等［14］對(duì)30例雙胎輸血綜合征的研究顯示，DWI能夠早期顯示胎兒鏡激光凝固手術(shù)所致的腦損傷。Righini等［15］也有相似的發(fā)現(xiàn)。但動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究顯示，腦損傷缺血再灌注階段存在ADC值“假正常化”現(xiàn)象，即在急性持續(xù)缺氧缺血性損傷發(fā)生后數(shù)分鐘內(nèi)，腦組織ADC值降低；當(dāng)缺血再灌注發(fā)生后，ADC值又可以恢復(fù)正常［16］。急性腦損傷早期ADC值減低與細(xì)胞毒性水腫有關(guān)，之后ADC值升高與細(xì)胞膜破壞、細(xì)胞外間隙增加和血管源性水腫有關(guān)［17］。有關(guān)雙胎輸血綜合征的研究也說(shuō)明胎兒腦ADC值正常并不能排除腦損傷［15］。胎兒急性腦損傷過(guò)程中也常伴發(fā)腦出血，尤其是缺血后再灌注階段。Manganaro等［13］發(fā)現(xiàn)胎兒腦出血亞急性期在DWI呈高信號(hào)，但這種改變沒(méi)有特征性，必須結(jié)合常規(guī)序列進(jìn)行綜合評(píng)估。DWI還能檢出急性腦損傷后的腦室周?chē)踪|(zhì)軟化病灶，但與常規(guī)序列比較沒(méi)有優(yōu)勢(shì)［13］。DWI對(duì)胎兒腦慢性缺血性損傷也有一定幫助。在胎兒腦積水時(shí)，腦室內(nèi)壓升高，腦血流量減少，無(wú)氧酵解增加，細(xì)胞內(nèi)乳酸濃度增高，最終導(dǎo)致細(xì)胞毒性水腫，因此額葉和枕葉白質(zhì)、基底節(jié)區(qū)水分子擴(kuò)散受限，提示缺血性改變［18］。Berman等［19］在先天性心臟病胎兒的MRI研究中也發(fā)現(xiàn)了相似結(jié)果。

DWI不但能夠發(fā)現(xiàn)胎兒急、慢性腦損傷，而且能夠預(yù)測(cè)腦損傷所致的胎兒生后運(yùn)動(dòng)功能障礙。Drobyshevsky等［20］對(duì)孕晚期發(fā)生缺血缺氧性事件的胎兔進(jìn)行了MRI實(shí)驗(yàn)，在不同時(shí)間點(diǎn)（子宮缺血后40 min，再灌注后20 min、4 h、24 h、72 h）對(duì)胎兔進(jìn)行一系列MRI掃描，并與其出生后的運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果顯示，子宮缺血后，高肌張力組與非高肌張力組的ADC值均低于基線水平，但前者程度更低，相當(dāng)于基線水平的70.3%，而對(duì)照組ADC值高于基線水平；ADC值能夠在一定程度上提示胎兒的預(yù)后。但是，由于不同胎齡階段的胎兒腦組織ADC值是可變的，并且在急性缺氧缺血性腦損傷再灌注階段ADC值有“假正?；爆F(xiàn)象，因此DWI評(píng)估胎兒腦損傷的敏感性取決于病變的嚴(yán)重程度和檢查的時(shí)間窗，多次MRI隨訪檢查對(duì)于判斷胎兒預(yù)后至關(guān)重要［20-21］。

3　胎兒MR成像的安全性

MRI自1980年應(yīng)用于臨床以來(lái)，至今尚未發(fā)現(xiàn)對(duì)人體（包括胎兒）損害的報(bào)道，也沒(méi)有證據(jù)表明短期暴露于場(chǎng)強(qiáng)≤1.5 T的磁場(chǎng)中會(huì)影響胎兒生長(zhǎng)發(fā)育［6］。盡管MR射頻磁場(chǎng)產(chǎn)生的熱效應(yīng)可能是一種潛在的風(fēng)險(xiǎn)，但是胎豬實(shí)驗(yàn)研究顯示，MRI檢查不會(huì)升高羊水、胎兒腹部和腦的溫度，也不會(huì)對(duì)胎兒產(chǎn)生損傷［22］。目前，應(yīng)用于臨床的MR成像系統(tǒng)都有限制受試者接受過(guò)多熱量的功能，檢查序列的特異性吸收率不會(huì)過(guò)高；同時(shí)胎兒成像過(guò)程中有羊水保護(hù)，因此MRI檢查對(duì)母體和胎兒都是安全的。盡管如此，目前仍不主張對(duì)孕3個(gè)月以內(nèi)的胎兒進(jìn)行MRI檢查，因?yàn)樵撾A段是胎兒細(xì)胞分化的關(guān)鍵期，生長(zhǎng)發(fā)育易受外界因素干擾。

4　局限性

盡管DWI在胎兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)的產(chǎn)前評(píng)估中具有重要作用，但仍然存在一些局限性。首先，母體和胎兒運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的偽影是DWI檢查最大的挑戰(zhàn)，盡管采用快速成像序列能夠減輕這種影響，但仍然不能完全消除。其次，DWI信噪比和空間分辨力低，對(duì)細(xì)微解剖結(jié)構(gòu)的顯示不佳；同時(shí)ADC值定量評(píng)估時(shí)也容易受部分容積效應(yīng)影響。第三，胎兒DWI檢查b值低，不能消除微血管灌注作用對(duì)影像的影響，因此不能準(zhǔn)確反映水分子擴(kuò)散狀態(tài)。第四，胎兒DWI檢查還要避免特異性吸收率過(guò)高，一般要控制在3W/kg以下［23］。

總之，DWI是胎兒MRI檢查的一種具有重要應(yīng)用潛力的成像技術(shù)，能夠?yàn)樘褐袠猩窠?jīng)系統(tǒng)的產(chǎn)前評(píng)估提供重要信息。常規(guī)MRI序列結(jié)合DWI檢查可以彌補(bǔ)超聲檢查的不足，可作為產(chǎn)前超聲檢查的一種有力補(bǔ)充和重要輔助手段。

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（收稿2015-09-22）

Research progresses of diffusion weighted imaging in fetal brain development

LIU Haidong，XU Xiangfeng. Department of Radiology，Tianjin Central Hospital of Gynecology and Obstetrics，Tianjin 300100，China

The fetal congenital abnormality is a crucial cause leading to perinatal death and disability.The key of intervention and treatment is the early and accurate prenatal diagnosis.Fetal MR imaging can remedy the deficiency of ultrasound，which is an important auxiliary prenatal diagnosis method.Diffusion weighted imaging（DWI）can not only evaluate the normal fetal brain development，but also can detect the congenital dysplasia and brain injury of fetus.In this article，we reviewed the current clinical applications of DWI in fetal brain，as well as its safety and limitations.

Fetus；Brain injuries；Congenital abnormalities；Diffusion-weighted imaging；Apparent diffusion coefficient

*審校者

10.19300/j.2016.Z3725

R714.51；R445.2

A

天津市中心婦產(chǎn)科醫(yī)院放射科，天津300100

許相豐，E-mail：tjxxf813@163.com