胎兒顱腦MR成像技術(shù)新進(jìn)展

孫銘澤,劉世同,王寧

(青島大學(xué)附屬醫(yī)院,山東 青島 266003 1 婦產(chǎn)科;2 放射科)

胎兒腦組織發(fā)育過程是一個(gè)敏感、脆弱的過程,容易受到干擾而發(fā)生畸形,甚至導(dǎo)致死亡。超聲檢查一直是胎兒產(chǎn)前體檢的首選檢查方式,但其在胎兒腦組織檢查中有諸多限制與不足[1]。磁共振(MR)檢查無輻射,具有良好的軟組織分辨力,近年來已越來越多地用于胎兒腦組織產(chǎn)前檢查[2-3]。MR檢查常規(guī)序列已廣泛應(yīng)用于胎兒檢查,本文對此不作贅述。為了探索更優(yōu)質(zhì)的胎兒顱腦檢查方法,本文著重就彌散加權(quán)成像序列(DWI)及彌散張量成像序列(DTI)、磁敏感加權(quán)成像(SWI)、三維磁共振序列(3D-MR)以及磁共振波譜成像序列(MRS)等MR 成像技術(shù)在胎兒腦組織檢查中的應(yīng)用新進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 DWI與DTI

DWI通過自由水的氫質(zhì)子在橫向磁化上產(chǎn)生的相位位移變化,反映組織中水分子無序擴(kuò)散運(yùn)動快慢的信息。處于不同組織中的水分子,受周圍微環(huán)境的影響,其擴(kuò)散能力不同。DWI檢查將相位位移量化為表觀彌散系數(shù)(ADC),采用ADC值反映組織中水分子運(yùn)動受限的程度。其中ADC值越高,表明組織內(nèi)水分子彌散運(yùn)動的能力越強(qiáng),反之亦然。DWI檢查用于胎兒可以評估腦組織的發(fā)育成熟程度,早期診斷腦損傷。

近年來,多位學(xué)者應(yīng)用DWI獲得了更多胎兒腦組織的信息。ARTHURS等[4]分析30 例宮內(nèi)生長受限嚴(yán)重的胎兒DWI圖像,發(fā)現(xiàn)其腦白質(zhì)、丘腦、半卵圓中心及腦橋等處ADC值低于正常胎兒,表明這些區(qū)域發(fā)育不良。KUTUK等[5]對54例宮內(nèi)生長受限的胎兒行腦部DWI檢查,也得到了類似的結(jié)果。此外,通過對DWI和多普勒超聲檢查對比,發(fā)現(xiàn)ADC值降低的分布和程度不僅與腦組織的部位有關(guān),還與腦組織的舒張末期異常逆流有關(guān)。SHROT 等[6]的研究結(jié)果顯示,CHIARIⅡ型畸形的胎兒,其額顳葉的ADC 值會降低。除了可檢查胎兒腦組織發(fā)育情況之外,DWI還可用于檢查胎兒腦組織有無感染。YANIV 等[7]應(yīng)用DWI檢查巨細(xì)胞病毒感染的胎兒腦組織,發(fā)現(xiàn)額頂顳枕葉、丘腦及小腦ADC值降低,其中以小腦降低最明顯,而基底核區(qū)等部位變化不明顯,這可能與細(xì)胞富集及包涵體有關(guān)。DTI是在DWI的基礎(chǔ)上,施加多個(gè)非線性方向的梯度場獲取彌散張量圖像。利用白質(zhì)纖維束示蹤技術(shù),DTI檢查常用于評估白質(zhì)纖維束的完整性。SONG 等[8]應(yīng)用DTI檢查預(yù)測胎兒胼胝體及皮質(zhì)脊髓束的產(chǎn)后完整性,但由于胎兒纖維束發(fā)育尚不成熟,所得結(jié)果并不理想,但作者認(rèn)為DTI檢查可以作為預(yù)測胎兒投射纖維和聯(lián)合纖維發(fā)育畸形的方法。DTI受運(yùn)動偽影的影響較重。為了防止運(yùn)動偽影產(chǎn)生明顯影響,LOCKWOOD 等[9]在DTI檢查時(shí)應(yīng)用運(yùn)動補(bǔ)償技術(shù),得到了84%胎兒的DTI圖像,并獲得ADC 值、分?jǐn)?shù)各向異性值等定量數(shù)值。有部分學(xué)者嘗試?yán)眠\(yùn)動偽影較重的圖像數(shù)據(jù),得到DTI圖像。例如,KHAN 等[10]運(yùn)用一種新的算法,從運(yùn)動偽影明顯的DWI圖像中提取數(shù)據(jù),得到較高質(zhì)量的DTI圖像。

2 SWI

SWI屬于梯度回波序列,對磁性物質(zhì)如血、鐵、鈣化物等敏感。這些順磁性或逆磁性物質(zhì)會干擾磁場,導(dǎo)致局部信號缺失。因此,SWI常用于診斷腦組織創(chuàng)傷、血管畸形,評估鈣質(zhì)沉積及區(qū)分出血性疾病和非出血性疾病[11-12]。除了常規(guī)應(yīng)用,近年來部分學(xué)者探索了諸多SWI的新應(yīng)用。NEELAVALLI等[13]應(yīng)用SWI進(jìn)行胎兒腦部MR 靜脈造影,發(fā)現(xiàn)多數(shù)圖像質(zhì)量較好,可以滿足診斷要求。通過分析上矢狀竇的MR 磁化率,SWI還可用于評估胎兒腦靜脈血氧飽和度,所得結(jié)果與經(jīng)腹近紅外光譜法所得結(jié)果相似[14]。定量磁敏感圖是在梯度回波序列基礎(chǔ)上,通過將幅值圖與相位圖融合而得到反映組織之間磁化率差異的MR 成像方法,可以在SWI基礎(chǔ)上進(jìn)行定量分析[15]。YADAV 等[16]應(yīng)用SWI獲得胎兒腦定量磁敏感圖,測得胎兒上矢狀竇血氧飽和度為(67±7)%,與SWI腦部靜脈造影等方法所得數(shù)值相符。

3 3D-MR

與二維磁共振序列(2D-MR)相比,3D-MR 具有更高的信號噪聲比,可以進(jìn)行任意方位重建,在檢查時(shí)不需要嚴(yán)格根據(jù)定位像確定掃描方位。早期MR 受硬件和軟件的限制,3D-MR 很少用于胎兒檢查,最開始僅用于測量宮內(nèi)發(fā)育遲緩和巨大胎兒的體積和體質(zhì)量[17-18]。與一般受檢者不同,胎兒行MR 檢查時(shí),不僅存在母體的呼吸運(yùn)動偽影,還存在胎動偽影,而3D-MR 受運(yùn)動干擾影響較重。因此,如何快速獲得高質(zhì)量的3D-MR 圖像,一直是國內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)。國內(nèi)孫子燕等[19]應(yīng)用3D-FIESTA 序列聯(lián)合并行采集技術(shù),一次屏氣采集時(shí)間為10～15 s,基本克服了母體呼吸運(yùn)動偽影和胎動偽影。此外,該研究運(yùn)用容積重組和磁共振仿真內(nèi)鏡技術(shù)后,可較2D-MR 更準(zhǔn)確診斷無腦回畸形、腦膜腦膨出畸形。LIU 等[20]應(yīng)用自由呼吸的快速3D-MR 進(jìn)行胎兒檢查,獲得了較高質(zhì)量的圖像,并依靠原始數(shù)據(jù)重建出橫軸位、冠狀位和矢狀位圖像,明顯縮短了成像時(shí)間,減少了運(yùn)動偽影的影響。ZHAO 等[21]運(yùn)用3D-MR 水成像技術(shù),準(zhǔn)確地獲得胎兒側(cè)腦室體積的數(shù)據(jù),表明該方法可以用于早期診斷先天性巨腦室。

4 MRS

隨著孕周及胎兒健康狀況的變化,胎兒腦組織的代謝情況會發(fā)生變化。正常胎兒代謝產(chǎn)物發(fā)生變化可能與突觸發(fā)育及髓鞘形成有關(guān)。目前,MRS是唯一能夠無創(chuàng)檢查胎兒腦組織代謝和生化變化情況的技術(shù)。早期MRS檢查只關(guān)注肌酐、膽堿和乙酰天門冬氨酸,而現(xiàn)在也會監(jiān)測谷氨酸、谷氨酰胺和肌醇等物質(zhì)的含量[22]。EVANGELOU 等[23]通過分析204例MRS數(shù)據(jù),得到胎齡18～40 周的胎兒腦部肌酐、膽堿和乙酰天門冬氨酸的正常范圍及變化趨勢。URBANIK 等[24]通過分析32例胎齡18～40周的正常胎兒腦MRS數(shù)據(jù),得到了與EVANGELOU 等[23]相似的結(jié)果。此外,該研究還發(fā)現(xiàn),肌醇會隨孕周增加而升高,而谷氨酸和谷氨酰胺增加并不明顯。HEIMER 等[25]應(yīng)用氫質(zhì)子MRS技術(shù),發(fā)現(xiàn)1例死胎的右側(cè)大腦半球存在較高含量的β-羥基丁酸和丙酮,與尸檢結(jié)果相符,認(rèn)為MRS是無創(chuàng)診斷酮癥酸中毒導(dǎo)致胎兒死亡的可行方法。

5 總結(jié)與展望

近年來胎兒MR 檢查取得了巨大進(jìn)步(本文所述幾種胎兒腦組織MR 新序列的用途見表1),然而,MR 檢查時(shí)母體呼吸或胎兒運(yùn)動產(chǎn)生的偽影一直是影響圖像質(zhì)量的重要因素[26],偽影過重會影響診斷效能。減少偽影的主要方法為提高成像速度。因此,如何在保證質(zhì)量的前提下,快速獲得圖像是胎兒MR 檢查的重要研究方向。由于3 T 以上的磁場對胎兒的安全性有待驗(yàn)證[27-30],尚不能通過增加場強(qiáng)來縮短成像時(shí)間。因此,提高成像速度可考慮采取以下手段:①優(yōu)化已有序列,設(shè)計(jì)新的序列;②運(yùn)用新型并行采集技術(shù),如CAIPIRINHA 技術(shù);③運(yùn)用壓縮感知技術(shù);④設(shè)計(jì)新的重建算法。以上設(shè)想有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

表1 胎兒腦組織MR 新序列的用途