產(chǎn)前MRI對(duì)先天性心臟病胎兒心血管異常和腦發(fā)育的量化評(píng)估

張霞 董素貞

先天性心臟病(congenital heart disease,CHD)是胎兒期最常見(jiàn)的先天性出生缺陷，發(fā)病率在活產(chǎn)嬰兒中為0.6%～1.2%，在胎兒期更高[1]。CHD胎兒可伴有不同程度的腦發(fā)育異常，產(chǎn)前準(zhǔn)確量化評(píng)估CHD胎兒心血管異常和腦發(fā)育情況對(duì)孕婦管理和CHD胎兒治療至關(guān)重要。超聲一直是評(píng)估胎兒心血管系統(tǒng)和腦發(fā)育的首選方法，但當(dāng)受到孕周過(guò)大、母體肥胖、羊水過(guò)少、胎兒肋骨鈣化、顱骨骨化、胎兒體位等因素影響時(shí)，其成像質(zhì)量會(huì)有所降低。而MRI不受上述因素影響，對(duì)于一些超聲顯示不清的胎兒心血管系統(tǒng)異常及腦異常，MRI能提供有用的補(bǔ)充信息[2]。本文就CHD胎兒的心血管異常和腦發(fā)育的相關(guān)性，以及MRI對(duì)CHD胎兒心血管異常和腦發(fā)育量化評(píng)估的臨床應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 胎兒CHD及與腦發(fā)育的關(guān)系

有研究[3]報(bào)道孤立性CHD胎兒腦部結(jié)構(gòu)異常的發(fā)生率為28%，其中最常見(jiàn)的腦部結(jié)構(gòu)異常是腦室擴(kuò)張，8.6%的CHD胎兒可出現(xiàn)腦室擴(kuò)張。CHD胎兒較正常胎兒更易出現(xiàn)腦體積減小、發(fā)育遲緩和腦循環(huán)改變[3]。Marino等[4]研究發(fā)現(xiàn)CHD新生兒的嚴(yán)重程度與神經(jīng)發(fā)育異常的發(fā)生率和嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，輕度C HD（如房間隔缺損或室間隔缺損、孤立性半月瓣疾?。┥窠?jīng)發(fā)育障礙的發(fā)生率較低，而嚴(yán)重雙心室或緩和性單心室CHD（如大動(dòng)脈轉(zhuǎn)位等）患兒大多存在神經(jīng)發(fā)育異常。與遺傳性疾病/綜合征（如唐氏綜合征等）和多種先天畸形（如Charge綜合征）相關(guān)的CHD新生兒幾乎均伴有神經(jīng)發(fā)育受損[4]。

CHD胎兒腦發(fā)育異常受多種因素影響，包括胎兒異常的血液循環(huán)、胎盤功能不全、基因遺傳因素、胎兒母親的心理因素等。許多CHD胎兒血液循環(huán)會(huì)發(fā)生改變，從而使大腦中氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸送減少。Sun等[5]對(duì)30例單、雙心室CHD胎兒的研究發(fā)現(xiàn)，CHD胎兒大腦中氧供給量平均減少15%，氧消耗量減少32%，這與胎兒腦體積減少13%有關(guān)，說(shuō)明CHD胎兒腦氧合降低與腦發(fā)育受損之間可能存在直接聯(lián)系。此外，異常的血液循環(huán)不僅直接使胎兒大腦氧的輸送減少，還可能造成腦血管床發(fā)育不良、腦血管自我調(diào)節(jié)受損，無(wú)法通過(guò)降低腦血管阻力和改善腦血流來(lái)抵消大腦氧供應(yīng)的減少，進(jìn)一步加重了胎兒腦損傷[6]。胎盤功能不全也可導(dǎo)致胎兒腦發(fā)育異常，有研究[7]發(fā)現(xiàn)胎盤的質(zhì)量和CHD胎兒的總體生長(zhǎng)和腦發(fā)育呈正相關(guān)，而CHD胎兒的胎盤平均質(zhì)量較低。Schlatterer等[8]發(fā)現(xiàn)57%的CHD新生兒存在胎盤病理異常，在腦MRI出現(xiàn)異常的CHD新生兒中，胎盤異常者的腦損傷趨勢(shì)更嚴(yán)重。多基因遺傳異常和表觀遺傳調(diào)節(jié)受損也可導(dǎo)致CHD胎兒腦發(fā)育遲緩，CHD胎兒的心臟和大腦中的高表達(dá)基因可以發(fā)生突變，染色質(zhì)修飾途徑存在異常[9]。Russell等[10]則發(fā)現(xiàn)血管生成正調(diào)控相關(guān)基因變異可能是胎兒心臟、大腦和胎盤發(fā)育異常的共同原因。CHD胎兒母親心理上易產(chǎn)生壓力、焦慮、抑郁，由此可能會(huì)導(dǎo)致孕晚期CHD胎兒小腦和海馬體積減少，頂葉和枕骨旁區(qū)域以及左側(cè)小腦葉的前上部發(fā)育受損[11]。

2 MRI對(duì)CHD胎兒心血管異常的評(píng)估

2.1 評(píng)估心血管結(jié)構(gòu) 胎兒心血管結(jié)構(gòu)細(xì)小，且成像易受到孕婦呼吸和胎兒運(yùn)動(dòng)的干擾。MRI結(jié)合心電門控、運(yùn)動(dòng)校正等技術(shù)可有效減輕運(yùn)動(dòng)偽影干擾，詳細(xì)準(zhǔn)確地量化胎兒心臟、血管結(jié)構(gòu)。Tavares等[12]采用多普勒超聲門控的動(dòng)態(tài)心臟MRI與超聲心動(dòng)圖測(cè)量CHD胎兒和正常胎兒的左、右心室，二尖瓣、三尖瓣的大小及心肌壁厚度，結(jié)果表明多普勒超聲門控的動(dòng)態(tài)心臟MRI可以更好地評(píng)估胎兒心血管解剖結(jié)構(gòu)，并可準(zhǔn)確診斷CHD胎兒心血管結(jié)構(gòu)異常。在超聲心動(dòng)圖顯示結(jié)構(gòu)不清時(shí)，MRI可提供補(bǔ)充診斷信息。結(jié)合運(yùn)動(dòng)校正算法，Lloyd等[13]使用三維MRI重建CHD胎兒的心臟大血管連接，測(cè)量降主動(dòng)脈、上腔靜脈、主動(dòng)脈弓峽部直徑，三維MRI可以更詳細(xì)直觀地觀察胎兒心血管結(jié)構(gòu)及各部分之間的關(guān)系。

2.2 評(píng)估血流 胎兒的血流量分布會(huì)影響胎兒生長(zhǎng)和器官發(fā)育，MRI量化評(píng)估血流有助于對(duì)胎兒循環(huán)病理生理的深入理解。相位對(duì)比MRI（phasecontrast MRI，PC MRI）可以無(wú)創(chuàng)評(píng)估胎兒血管血流量、速度、方向[14]。Al Nafisi等[15]使用PC MRI測(cè)量了孕晚期CHD胎兒和正常胎兒的心輸出量、肺血流量、腦血流量、上腔靜脈和升主動(dòng)脈血流量，與產(chǎn)前及出生后超聲心動(dòng)圖結(jié)果對(duì)照發(fā)現(xiàn)，PC MRI可以準(zhǔn)確量化評(píng)估孕晚期CHD胎兒血液循環(huán)分布，并根據(jù)胎兒血液循環(huán)與器官體積之間的關(guān)系評(píng)價(jià)胎兒血流動(dòng)力學(xué)與肺和大腦發(fā)育之間的聯(lián)系。MRI評(píng)估胎兒血流量也有助于了解胎兒心功能情況。Tsuritani等[16]采用PC MRI量化評(píng)估了CHD胎兒和正常對(duì)照組胎兒的心輸出量、射血分?jǐn)?shù)、左室短軸縮短率及降主動(dòng)脈的血流量，與超聲心動(dòng)圖檢查結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，發(fā)現(xiàn)MRI能夠更精準(zhǔn)地量化評(píng)估胎兒循環(huán)動(dòng)力學(xué)。

2.3 評(píng)估血氧飽和度 臍靜脈含氧豐富的血液經(jīng)靜脈導(dǎo)管穿過(guò)卵圓孔流至升主動(dòng)脈，右心室流出的乏氧血液經(jīng)動(dòng)脈導(dǎo)管、降主動(dòng)脈和臍動(dòng)脈返回胎盤。胎兒這種特殊的血液循環(huán)方式使其主要血管血氧飽和度呈現(xiàn)出不同于新生兒的特點(diǎn)。在MRI上，血液弛豫時(shí)間的變化與紅細(xì)胞壓積和氧合血紅蛋白存在一定的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)T2值可無(wú)創(chuàng)評(píng)估胎兒血氧飽和度[17]。Saini等[18]使用MRI測(cè)量孕晚期正常胎兒和胎羊的臍靜脈、靜脈導(dǎo)管、升主動(dòng)脈、下腔靜脈、主肺動(dòng)脈、動(dòng)脈導(dǎo)管、降主動(dòng)脈的氧飽和度，通過(guò)不同大血管之間血氧飽和度的變化顯示了正常胎兒和胎羊血液循環(huán)方式。通過(guò)血氧飽和度變化還可直接評(píng)估CHD胎兒缺氧程度變化。Porayette等[19]采用MRI測(cè)量正常胎兒和孕晚期CHD胎兒升主動(dòng)脈、主肺動(dòng)脈、左右肺動(dòng)脈、上腔靜脈、降主動(dòng)脈、動(dòng)脈導(dǎo)管、臍靜脈血流量及臍靜脈的T2值，發(fā)現(xiàn)基線狀態(tài)下CHD胎兒臍靜脈氧飽和度低于正常水平，而在治療期間CHD胎兒臍靜脈T2值增加，血氧飽和度有所改善。

3 MRI對(duì)CHD胎兒腦發(fā)育的評(píng)估

3.1 評(píng)估大腦三維容積 胎兒腦結(jié)構(gòu)定量評(píng)估對(duì)于早期準(zhǔn)確診斷胎兒腦異常并監(jiān)測(cè)其進(jìn)展至關(guān)重要。MRI通過(guò)量化胎兒大腦三維容積，可分析CHD胎兒腦發(fā)育遲緩發(fā)生的時(shí)間、不同類型CHD胎兒腦發(fā)育遲緩的程度，有助于理解CHD胎兒腦發(fā)育的病生理改變。Jarvis等[20]使用三維容積MRI測(cè)量正常胎兒腦部二維徑線（雙頂徑和枕額徑）和三維顱內(nèi)容積（腦室容積、腦實(shí)質(zhì)容積、腦外間隙容積和顱內(nèi)總?cè)莘e），測(cè)得了胎兒顱內(nèi)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)量化數(shù)據(jù)，較超聲二維測(cè)量更加全面地反映了胎兒大腦動(dòng)態(tài)發(fā)育變化。胎兒大腦生長(zhǎng)迅速，目前MRI在妊娠早中期即可很好地檢測(cè)出CHD胎兒大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育的變化[21]。Ren等[21]通過(guò)三維容積MRI量化孕齡26周CHD胎兒灰質(zhì)、皮質(zhì)下腦組織、顱內(nèi)體積、側(cè)腦室、小腦、腦干、腦室外腦脊液體積，發(fā)現(xiàn)與健康胎兒相比，CHD胎兒的灰質(zhì)、皮質(zhì)下腦組織體積、小腦和腦干體積顯著減少。Masoller等[22]采用MRI進(jìn)一步研究CHD胎兒腦發(fā)育異常的原因，通過(guò)對(duì)不同腦血氧含量的CHD胎兒的腦體積的測(cè)量發(fā)現(xiàn)，與腦血氧含量接近正常的CHD胎兒相比，腦血氧含量嚴(yán)重減少的CHD胎兒腦體積減小更為顯著。

3.2 評(píng)估大腦成熟度 胎兒腦發(fā)育過(guò)程中，隨著白質(zhì)的發(fā)育、髓鞘的形成，在擴(kuò)散張量成像（diffusion tensor imaging,DTI）上呈現(xiàn)各向異性分?jǐn)?shù)（FA）值逐漸升高，故可在微觀角度上通過(guò)神經(jīng)纖維走行特征監(jiān)測(cè)胎兒腦發(fā)育情況。Khan等[23]利用DTI測(cè)量正常胎兒在不同孕周的腦組織不同區(qū)域的FA值和平均擴(kuò)散率變化，創(chuàng)建首個(gè)描繪胎兒大腦時(shí)空發(fā)育特性的DTI圖譜，為研究胎兒腦發(fā)育變化提供了參考。胼胝體連接左右兩側(cè)大腦半球，是全腦最大的白質(zhì)纖維束，可很好地反映胎兒腦發(fā)育成熟情況，Khan等[24]比較CHD胎兒和正常胎兒胼胝體的FA值和平均擴(kuò)散率，發(fā)現(xiàn)在28周CHD胎兒就已經(jīng)存在白質(zhì)發(fā)育遲緩。

3.3 評(píng)估大腦代謝 CHD胎兒腦內(nèi)生化代謝物濃度異常變化可能提示其神經(jīng)發(fā)育障礙，利用MR波譜（MRS）可反映胎兒大腦局部組織代謝產(chǎn)物的相對(duì)含量及含量變化，無(wú)創(chuàng)評(píng)估胎兒大腦代謝狀態(tài)，從而為研究CHD胎兒神經(jīng)發(fā)育異常的病因及發(fā)病機(jī)制提供幫助。Pradhan等[25]分析了219名正常胎兒的1H-MRS影像，描繪了胎兒大腦正常代謝軌跡，有助于對(duì)比研究CHD胎兒腦生化代謝異常。Limperopoulos等[26]發(fā)現(xiàn)孕晚期CHD胎兒大腦N-乙酰天冬氨酸與膽堿的比值較正常胎兒顯著降低，部分CHD胎兒腦中存在過(guò)多的乳酸，這一代謝異常可能是由血流動(dòng)力學(xué)改變所引起。

3.4 評(píng)估大腦氧合 大腦氧合情況是影響胎兒腦發(fā)育的關(guān)鍵因素。通過(guò)測(cè)量胎兒上腔靜脈及升主動(dòng)脈的血流量和T2值可估算胎兒大腦氧飽和度及氧的供給量與消耗量，進(jìn)而評(píng)估大腦氧合水平。Lauridsen等[27]測(cè)量并比較CHD胎兒和正常胎兒的大腦T2值，發(fā)現(xiàn)CHD胎兒大腦平均T2值明顯低于正常胎兒的水平，說(shuō)明大腦氧合水平較差可能是導(dǎo)致CHD胎兒腦發(fā)育異常的潛在原因。Sun等[5]測(cè)量孕晚期CHD胎兒和正常胎兒的大腦體積、氧飽和度和主要血管的血流量發(fā)現(xiàn)，CHD大腦體積減小與升主動(dòng)脈氧飽和度和腦耗氧量降低相關(guān)。血氧水平依賴功能MRI可用于定量研究組織血氧含量改變。You等[28]利用該技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，母體高氧治療狀態(tài)下特定CHD亞型胎兒的大腦血氧含量增加，為臨床應(yīng)用母體氧療法改善CHD胎兒大腦發(fā)育提供了支持。

4 小結(jié)與展望

在量化評(píng)估CHD胎兒心血管異常及腦發(fā)育方面，除超聲心動(dòng)圖外，胎兒MRI也已成為一種極具前景的輔助手段。產(chǎn)前MRI對(duì)CHD胎兒心腦功能的評(píng)估不斷深入，即從CHD胎兒心血管結(jié)構(gòu)到血流動(dòng)力學(xué)變化，從腦宏觀結(jié)構(gòu)到發(fā)育代謝等微觀改變，且逐步走向自動(dòng)化和量化。隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)與醫(yī)學(xué)影像的交叉融合，當(dāng)前已經(jīng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分割左右心室及腦組織各區(qū)域，快速準(zhǔn)確地量化胎兒心腦體積，從而避免人為主觀因素的影響。由于胎兒心血管及大腦結(jié)構(gòu)細(xì)小，加之胎兒身體、心臟及母體呼吸等的運(yùn)動(dòng)影響，故仍需進(jìn)一步提高后處理技術(shù)以優(yōu)化影像質(zhì)量。此外，當(dāng)前研究的樣本量普遍較小，大部分研究沒(méi)有細(xì)分CHD具體類型，研究對(duì)象多處于晚孕期，未來(lái)應(yīng)擴(kuò)大研究規(guī)模，開(kāi)展多中心研究，建立基于CHD胎兒MRI研究的心腦量化數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。相信未來(lái)隨著產(chǎn)前MRI新技術(shù)的發(fā)展，CHD胎兒的血流動(dòng)力學(xué)、心功能以及腦功能研究將日漸成熟。