三維MRI結(jié)合仿真內(nèi)窺鏡技術(shù)在胎兒面部成像中的應(yīng)用價(jià)值

汪春紅， 李小寶， 眭賀， 包雨微， 李茜， 龐穎， 孫子燕

胎兒顏面部畸形是一種體表畸形，如能在產(chǎn)前準(zhǔn)確診斷，對(duì)患兒及其家庭具有重要的意義。2D和3D超聲一直作為產(chǎn)前診斷的首選方法，但是具有一定的局限性，如軟組織分辨率低、易受胎兒體位的影響等[1-2]。近幾年來(lái)胎兒MRI在國(guó)內(nèi)已逐漸廣泛應(yīng)用，但大多數(shù)研究中采用的是二維MRI技術(shù)。隨著MR并行采集技術(shù)和多通道線圈的使用，胎兒三維MRI以及三維后處理技術(shù)正逐步取代傳統(tǒng)的多平面二維MRI[3-4]。MR仿真內(nèi)窺鏡技術(shù)(magnetic resonance virtual endoscopy，MRVE)是以三維MRI影像數(shù)據(jù)為資源數(shù)據(jù)，以模擬光學(xué)內(nèi)窺鏡方式獲得腔道內(nèi)三維或動(dòng)態(tài)三維解剖的一種后處理方法。目前MRVE作為一種無(wú)創(chuàng)性檢查方法，幾乎可應(yīng)用于人體所有腔道器官的檢查，如腦動(dòng)脈瘤、胰膽管、結(jié)腸和側(cè)腦室等[5-9]，但其在宮內(nèi)胎兒方面的應(yīng)用國(guó)內(nèi)外目前文獻(xiàn)報(bào)道較少[10]。本研究中采用三維MRI聯(lián)合MRVE后處理技術(shù)對(duì)87例正常或異常胎兒面部結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在探討這項(xiàng)技術(shù)的臨床應(yīng)用價(jià)值。

材料與方法

1.病例資料

搜集在本院行產(chǎn)前超聲檢查且疑有胎兒先天畸形的87例孕婦的MRI檢查資料，年齡19～42歲，平均27.2歲；孕周19～36周，平均28.5周。經(jīng)產(chǎn)后隨訪證實(shí)，共26例患兒有面部畸形。所有胎兒檢查均得到孕婦及家屬的知情同意，并簽署知情同意書(shū)。

2.超聲檢查方法

二維及三維超聲檢查使用Siemens Sequoia 521型彩色超聲多普勒診斷系統(tǒng)，啟動(dòng)胎兒保護(hù)鍵，二維超聲發(fā)射能量小于100 mW/cm2，探頭頻率為3.5～5.0 MHz。87例胎兒在超聲檢查懷疑有異常后，在同一天內(nèi)由一位超聲診斷主任醫(yī)師進(jìn)行復(fù)查并確認(rèn)診斷，并建議進(jìn)行MRI檢查。

3．MRI掃描方法

MRI檢查使用GE Signa 1.5T超導(dǎo)型MR儀，檢查前先做好解釋工作，消除孕婦的緊張情緒，未使用鎮(zhèn)靜劑及腹帶。孕婦取仰臥位，平靜呼吸，采用8通道相控陣體部線圈(Torso線圈)，在對(duì)孕婦腹部進(jìn)行三個(gè)平面的定位像掃描后，先采用單次激發(fā)快速自旋回波序列(single shot fast spin echo，SSFSE)進(jìn)行胎兒顱腦和胸腹部的橫軸面、冠狀面和矢狀面掃描，掃描參數(shù)：TR 2100 ms，TE 90 ms，矩陣224×224，視野44 cm×44 cm，激勵(lì)次數(shù)0.5，帶寬62.5 kHz。層厚及層距根據(jù)胎兒的孕周和大小來(lái)決定。

胎兒三維成像使用三維穩(wěn)態(tài)進(jìn)動(dòng)快速成像(three dimensional fast image employing steady-state acquisition，3D-FIESTA)序列，并使用陣列空間敏感性編碼技術(shù)(array spatial sensitivity encoding technique，ASSET)技術(shù)(即并行采集技術(shù)，加速因子為2)和零填充內(nèi)插處理技術(shù)(zerofill interpolation processing，ZIP)，掃描參數(shù)：TR 3.0 ms，TE 1.4 ms，矩陣224×224，視野36 cm×36 cm～40 cm×40 cm，激勵(lì)次數(shù)0.5，帶寬62.5 kHz，翻轉(zhuǎn)角55°。3D-MRI平均掃描時(shí)間為14.5 s。

4.圖像后處理

將掃描的原始數(shù)據(jù)傳輸至GE ADW 4.2工作站，使用Navigator 3.0軟件進(jìn)行三維圖像后處理。MRVE的后處理操作分別由兩位醫(yī)師(分別有10年和8年放射診斷工作經(jīng)驗(yàn))獨(dú)立完成。首先將原始圖像疊加，產(chǎn)生一個(gè)由四幀圖像組成的多平面重組圖像的界面，從而可以在垂直相交的三個(gè)平面上同時(shí)觀察到內(nèi)窺鏡的方位點(diǎn)和投射角度。本研究采用半自動(dòng)閾值方法，即在原始采集圖像上選擇胎兒體表軟組織與羊水的分界區(qū)，手工勾畫(huà)一個(gè)圓形興趣區(qū)(圖1)，獲取ROI內(nèi)所有體素的信號(hào)強(qiáng)度的組方圖。仿真內(nèi)窺鏡閾值定為羊水體素中的最小信號(hào)強(qiáng)度值。在navigator界面中選擇相應(yīng)的閾值后，即可獲得胎兒面部及子宮內(nèi)壁和胎盤的立體圖像。

胎兒面部正常結(jié)構(gòu)和畸形的診斷由兩位兒科放射診斷副主任醫(yī)師以上年資的醫(yī)師獨(dú)立觀察2D-MRI、3D-MRI的原始圖像結(jié)合MRVE作出診斷，診斷不一致時(shí)經(jīng)協(xié)商達(dá)成一致意見(jiàn)。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

使用GraphPad Prism 5和SPSS 13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。使用Bland-Altman圖對(duì)兩位醫(yī)師進(jìn)行仿真內(nèi)窺鏡成像時(shí)選取的閾值進(jìn)行一致性分析。使用ROC曲線分析超聲、二維MRI和MRVE圖像對(duì)胎兒面部畸形的診斷效能。將兩位醫(yī)師基于超聲和MRI對(duì)胎兒面部形態(tài)和結(jié)構(gòu)的診斷結(jié)果劃分為5個(gè)等級(jí)：0分，肯定為正常結(jié)構(gòu)；1分，可能是正常結(jié)構(gòu)；2分，不確定；3分，可能有畸形；4分，肯定有畸形或異常病變。后4個(gè)等級(jí)為診斷節(jié)點(diǎn)，第一個(gè)為陰性診斷結(jié)果。采用四格表卡方檢驗(yàn)，計(jì)算診斷的敏感度和特異度，并繪制受試者工作特征(receiver operation characteristic，ROC)曲線，計(jì)算ROC曲線下面積(area under curve，AUC)，當(dāng)AUC>0.9時(shí)提示診斷準(zhǔn)確性較高，當(dāng)AUC為0.7～0.9時(shí)提示診斷準(zhǔn)確性中等，當(dāng)AUC<0.7時(shí)提示診斷準(zhǔn)確度較低，當(dāng)AUC接近0.5時(shí)則認(rèn)為該診斷無(wú)臨床意義[11]。

圖1 MR仿真內(nèi)窺鏡半自動(dòng)閾值測(cè)量。a) 在3D-FIESTA圖像上，在胎兒面部與羊水的交界區(qū)勾畫(huà)圓形ROI； b) ROI內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度的組方圖，閾值定義為羊水信號(hào)強(qiáng)度的最小值(虛線所示)。 圖2 兩位醫(yī)師測(cè)量閾值的Bland-Altman分析圖。兩者間測(cè)量閾值的平均差值為0.885，差值的一致性界限95%置信區(qū)間為-15.165～16.935，兩者的測(cè)量差值大部分位于一致性區(qū)間內(nèi)(mean±1.96SD)。

結(jié) 果

FIESTA序列原始圖像上，羊水呈高信號(hào)，胎兒面部、子宮壁和胎盤軟組織呈中等信號(hào)，對(duì)比良好(圖1)。胎兒面部結(jié)構(gòu)仿真內(nèi)窺鏡重建的信號(hào)強(qiáng)度閾值選擇：醫(yī)師A為764～816，均值為797.7±12.6，95%置信區(qū)間為795.0～800.4；醫(yī)師B為761～819，均值為796.9±11.4，95%置信區(qū)間為794.4～799.3。Bland-Altman分析圖顯示兩位醫(yī)師測(cè)量閾值的差值平均為0.885，一致性界限95%置信區(qū)間為-15.165～16.935(圖2)。

隨訪結(jié)果顯示共26例患兒有28處面部畸形或異常病變，胎兒雙側(cè)唇裂、牙槽弓裂3例，單側(cè)唇裂14例、頜面部腫塊3例(畸胎瘤1例，寄生胎2例)、面部贅生物1例、小頜畸形6例、喙鼻畸形1例，其中2例為多發(fā)畸形。MRVE技術(shù)可以多角度顯示胎兒面部的解剖學(xué)特征(圖3)，對(duì)胎兒面部畸形如唇腭裂等顯示清晰，兩位醫(yī)師的診斷較明確(圖4)。

超聲、二維MRI和MRVE對(duì)胎兒顱面部結(jié)構(gòu)的診斷結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 三種圖像對(duì)胎兒面部結(jié)構(gòu)的診斷結(jié)果 (例)

三者間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=4.13，P<0.05)。三種方法診斷胎兒顱面部結(jié)構(gòu)的ROC曲線見(jiàn)(圖5)，AUC值分別為0.891(95%置信區(qū)間為0.813～0.968)、0.930(95%置信區(qū)間為0.861～0.999)和0.935，95%置信區(qū)間為0.866～1.000，超聲和MRVE對(duì)顯示胎兒面部結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性較高。

討 論

獲取清晰的胎兒三維MRVE圖像的前提是圖像采集過(guò)程中保持胎兒體表結(jié)構(gòu)的空間連貫性，無(wú)胎動(dòng)的影響。因此需要使用快速3D序列來(lái)縮短圖像采集時(shí)間，達(dá)到“凍結(jié)”胎動(dòng)的目的。3D-FIESTA序列是一種快速穩(wěn)態(tài)采集技術(shù), 能產(chǎn)生高信噪比的圖像。該脈沖序列利用穩(wěn)態(tài)梯度在每個(gè)TR間期內(nèi)使橫向磁化重聚。TR時(shí)間短, 信號(hào)強(qiáng)度與TR無(wú)關(guān)而與T2/T1有關(guān)[12]。因此，該序列脈沖能增強(qiáng)T2/T1值高的組織(如羊水)的自旋時(shí)間，同時(shí)抑制T2/T1值低的組織(如胎兒體表軟組織和胎盤)的信號(hào)，其成像效果就是使羊水顯示為高亮信號(hào)，而胎兒體表和胎盤顯示為中等信號(hào)，從而使羊水、胎兒體表軟組織與胎盤之間形成顯著的信號(hào)差異，提高了圖像的對(duì)比度，保證所形成的三維圖像邊緣清晰銳利。筆者所采用的3D-FIESTA技術(shù)結(jié)合了并行采集技術(shù)(ASSET)，使采圖像集時(shí)間較短(<20s)，孕婦僅需憋氣1次即可完成全部容積數(shù)據(jù)的采集，受胎動(dòng)影響較小，并有較高的組織對(duì)比度和信號(hào)噪聲比，從而能獲得滿意的MRVE圖像。

本研究顯示，在羊水充足的情況下，3D FIESTA序列重組的MRVE圖像可清晰直觀地顯示胎兒頭面部的結(jié)構(gòu)等，不受面部復(fù)雜結(jié)構(gòu)及曲率變化的影響，獲得類似于“胎兒照片”的整體印象觀，可以把感興趣區(qū)尤其是復(fù)雜的體表畸形旋轉(zhuǎn)到最佳觀察角度，不需采集標(biāo)準(zhǔn)的胎兒矢狀面、冠狀面和橫軸面圖像，減少掃描時(shí)間，從而減少胎動(dòng)對(duì)圖像的干擾。MRVE 是一種最早應(yīng)用于血管成像的數(shù)據(jù)處理方法，主要技術(shù)原理是設(shè)置模擬光源(仿真成像)觀察高、低信號(hào)分界處偏高信號(hào)區(qū)側(cè)邊緣形態(tài)，從不同的方向和角度對(duì)前方的結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖像重建。每一幀圖像相當(dāng)于通過(guò)一個(gè)四棱錐體視野觀察到的景象，觀察點(diǎn)相當(dāng)于四棱錐體的頂點(diǎn)，四棱錐體的底即為視窗面積，視角可以在30°～120°內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，視野的方向則可在三維空間自由旋轉(zhuǎn)。

圖3 正常胎兒面部。a)MRVE清晰顯示胎兒面部形態(tài)；b)為圖a的局部放大圖。 圖4 胎兒唇裂，超聲和MRI均顯示胎兒上唇裂隙樣改變(箭)。a) 3D US； b) 2D MRI； c) MRVE圖像。 圖5 2D-MRI、超聲和MRVE圖像診斷胎兒面部異常的ROC曲線，AUC值分別為0.891、0.930和0.935，以MRVE圖像的診斷效能最大。

胎兒MRVE技術(shù)的應(yīng)用也存在一些不足之處。首先，清晰的MRVE圖像的獲取需要胎兒體表周圍有一定量的羊水襯托，而羊水量過(guò)多、胎兒運(yùn)動(dòng)幅度較大時(shí)，易導(dǎo)致明顯的運(yùn)動(dòng)偽影；其次MRVE是一種后處理技術(shù)，受到操作者技術(shù)的限制，不同的視角和閾值的選擇都會(huì)影響到圖像的質(zhì)量。胎兒面部畸形最常見(jiàn)的是唇裂，而唇裂往往合并有更嚴(yán)重的腭裂畸形，超聲和二維MRI均能有效地顯示這兩種畸形，而MRVE無(wú)法顯示腭裂，因此，MRVE診斷腭裂的價(jià)值有限。

綜上所述，利用快速3D-FIESTA采集的高分辨率三維圖像，結(jié)合MRVE重建圖像，可以多角度觀察胎兒面部結(jié)構(gòu)，能三維立體的顯示胎兒面部的空間關(guān)系，對(duì)于顯示胎兒面部的正常結(jié)構(gòu)和畸形有重要價(jià)值，可以為臨床產(chǎn)科手術(shù)或產(chǎn)后手術(shù)提供重要信息，有廣闊的臨床應(yīng)用空間。