胎兒顱腦MR成像技術新進展

2021-08-18 21:54孫銘澤劉世同王寧
青島大學學報(醫學版) 2021年3期
關鍵詞:磁共振成像胎兒綜述

孫銘澤 劉世同 王寧

[摘要] 近年來,胎兒顱腦磁共振(MR)檢查取得巨大進步,能夠更好更快地顯示出胎兒腦組織的形態、功能及代謝狀態。本文著重就彌散加權成像序列及彌散張量成像序列、磁敏感序列、三維磁共振序列、磁共振波譜成像序列等MR成像技術在胎兒腦組織檢查中的應用新進展進行綜述。

[關鍵詞] 胎兒;腦;磁共振成像;綜述

[中圖分類號] R445.2;R714.5

[文獻標志碼] A

[文章編號] 2096-5532(2021)03-0467-03

doi:10.11712/jms.2096-5532.2021.57.072

[開放科學(資源服務)標識碼(OSID)]

[網絡出版] https://kns.cnki.net/kcms/detail/37.1517.R.20210224.0922.001.html;2021-02-24 11:12:25

ADVANCES IN FETAL BRAIN MAGNETIC RESONANCE IMAGING

SUN Mingze, LIU Shitong, WANG Ning

(Department of Gynecology, The Affiliated Hospital of Qingdao University, Qingdao 266003, China)

[ABSTRACT]In recent years, great progress has been made in fetal brain magnetic resonance imaging (MRI), which can display the morphology, function, and metabolic state of fetal brain tissue better and faster. This article reviews the recent advances in the application of several MRI techniques in fetal brain examination, such as diffusion-weighted imaging, diffusion tensor imaging, magnetic sensitive sequence, three-dimensional magnetic resonance sequence, and magnetic resonance spectroscopy imaging.

[KEY WORDS]fetus; brain; magnetic resonance imaging; review

胎兒腦組織發育過程是一個敏感、脆弱的過程,容易受到干擾而發生畸形,甚至導致死亡。超聲檢查一直是胎兒產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前檢查[2-3]。MR檢查常規序列已廣泛應用于胎兒檢查,本文對此不作贅述。為了探索更優質的胎兒顱腦檢查方法,本文著重就彌散加權成像序列(DWI)及彌散張量成像序列(DTI)、磁敏感加權成像(SWI)、三維磁共振序列(3D-MR)以及磁共振波譜成像序列(MRS)等MR成像技術在胎兒腦組織檢查中的應用新進展進行綜述。

1 DWI與DTI

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

近年來,多位學者應用DWI獲得了更多胎兒腦組織的信息。ARTHURS等[4]分析30例宮內生長受限嚴重的胎兒DWI圖像,發現其腦白質、丘腦、半卵圓中心及腦橋等處ADC值低于正常胎兒,表明這些區域發育不良。KUTUK等[5]對54例宮內生長受限的胎兒行腦部DWI檢查,也得到了類似的結果。此外,通過對DWI和多普勒超聲檢查對比,發現ADC值降低的分布和程度不僅與腦組織的部位有關,還與腦組織的舒張末期異常逆流有關。SHROT等[6]的研究結果顯示,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]應用DWI檢查巨細胞病毒感染的胎兒腦組織,發現額頂顳枕葉、丘腦及小腦ADC值降低,其中以小腦降低最明顯,而基底核區等部位變化不明顯,這可能與細胞富集及包涵體有關。DTI是在DWI的基礎上,施加多個非線性方向的梯度場獲取彌散張量圖像。利用白質纖維束示蹤技術,DTI檢查常用于評估白質纖維束的完整性。SONG等[8]應用DTI檢查預測胎兒胼胝體及皮質脊髓束的產后完整性,但由于胎兒纖維束發育尚不成熟,所得結果并不理想,但作者認為DTI檢查可以作為預測胎兒投射纖維和聯合纖維發育畸形的方法。DTI受運動偽影的影響較重。為了防止運動偽影產生明顯影響,LOCKWOOD等[9]在DTI檢查時應用運動補償技術,得到了84%胎兒的DTI圖像,并獲得ADC值、分數各向異性值等定量數值。有部分學者嘗試利用運動偽影較重的圖像數據,得到DTI圖像。例如,KHAN等[10]運用一種新的算法,從運動偽影明顯的DWI圖像中提取數據,得到較高質量的DTI圖像。

2 SWI

SWI屬于梯度回波序列,對磁性物質如血、鐵、鈣化物等

敏感。這些順磁性或逆磁性物質會干擾磁場,導致局部信號缺失。因此,SWI常用于診斷腦組織創傷、血管畸形,評估鈣質沉積及區分出血性疾病和非出血性疾病[11-12]。除了常規應用,近年來部分學者探索了諸多SWI的新應用。NEE-

LAVALLI等[13]應用SWI進行胎兒腦部MR靜脈造影,發現多數圖像質量較好,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,所得結果與經腹近紅外光譜法所得結果相似[14]。定量磁敏感圖是在梯度回波序列基礎上,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基礎上進行定量分析[15]。YADAV等[16]應用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,可以進行任意方位重建,在檢查時不需要嚴格根據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發育遲緩和巨大胎兒的體積和體質量[17-18]。與一般受檢者不同,胎兒行MR檢查時,不僅存在母體的呼吸運動偽影,還存在胎動偽影,而3D-MR受運動干擾影響較重。因此,如何快速獲得高質量的3D-MR圖像,一直是國內外學者的研究重點。國內孫子燕等[19]應用3D-FIESTA序列聯合并行采集技術,一次屏氣采集時間為10~15 s,基本克服了母體呼吸運動偽影和胎動偽影。此外,該研究運用容積重組和磁共振仿真內鏡技術后,可較2D-MR更準確診斷無腦回畸形、腦膜腦膨出畸形。LIU等[20]應用自由呼吸的快速3D-MR進行胎兒檢查,獲得了較高質量的圖像,并依靠原始數據重建出橫軸位、冠狀位和矢狀位圖像,明顯縮短了成像時間,減少了運動偽影的影響。ZHAO等[21]運用3D-MR水成像技術,準確地獲得胎兒側腦室體積的數據,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生變化。正常胎兒代謝產物發生變化可能與突觸發育及髓鞘形成有關。目前,MRS是唯一能夠無創檢查胎兒腦組織代謝和生化變化情況的技術。早期MRS檢查只關注肌酐、膽堿和乙酰天門冬氨酸,而現在也會監測谷氨酸、谷氨酰胺和肌醇等物質的含量[22]。EVANGELOU等[23]通過分析204例MRS數據,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數據,得到了與EVANGELOU等[23]相似的結果。此外,該研究還發現,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]應用氫質子MRS技術,發現1例死胎的右側大腦半球存在較高含量的SymbolbA@-羥基丁酸和丙酮,與尸檢結果相符,認為MRS是無創診斷酮癥酸中毒導致胎兒死亡的可行方法。

5 總結與展望

近年來胎兒MR檢查取得了巨大進步(本文所述幾種胎兒腦組織MR新序列的用途見表1),然而,MR檢查時母體呼吸或胎兒運動產生的偽影一直是影響圖像質量的重要因素[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證[27-30],尚不能通過增加場強來縮短成像時間。因此,提高成像速度可考慮采取以下手段:①優化已有序列,設計新的序列;②運用新型并行采集技術,如CAIPIRINHA技術;③運用壓縮感知技術;④設計新的重建算法。以上設想有待進一步研究證實。

[參考文獻]

[1]KLINE-FATH B M. Ultrasound and MR imaging of the normal fetal brain[J].? Neuroimaging Clinics of North America, 2019,29(3):339-356.

[2]RUTHERFORD M A. Magnetic resonance imaging of the fetal brain[J].? Curr Opin Obstet Gyneco, 2009,21(2):180-186.

[3]BARKOVICH M J, BARKOVICH A J. MR imaging of normal brain development[J].? Neuroimaging Clinics of North America, 2019,29(3):325-337.

[4]ARTHURS O J, REGA A, GUIMIOT F, et al. Diffusion-weighted magnetic resonance imaging of the fetal brain in intrauterine growth restriction[J].? Ultrasound Obstet Gynecol, 2017,50(1):79-87.

[5]KUTUK M S, SAHIN M, GORKEM S B, et al. Relationship between Doppler findings and fetal brain apparent diffusion coefficient in early-onset intra-uterine growth restriction[J].? The Journal of Maternal-Fetal & Neonatal Medicine, 2018,31(23):3201-3208.

[6]SHROT S, SOARES B P, WHITEHEAD M T. Cerebral diffusivity changes in fetuses with Chiari Ⅱ malformation[J].? Fetal Diagn Ther, 2019,45(4):268-274.

[7]YANIV G, HOFFMANN C, WEISZ B, et al. Region-specificreductions in brain apparent diffusion coefficient in cytomegalovirus-infected fetuses[J].? Ultrasound Obstet Gynecol, 2016,47(5):600-607.

[8]SONG J W, GRUBER G M, PATSCH J M, et al. How accurate are prenatal tractography results? A postnatal in vivo follow-up study using diffusion tensor imaging[J].? Pediatric Ra-

diology, 2018,48(4):486-498.

[9]LOCKWOOD ESTRIN G, WU Z Q, DEPREZ M, et al. White and grey matter development in utero assessed using motion-corrected diffusion tensor imaging and its comparison to ex utero measures[J].? Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine, 2019,32(4):473-485.

[10]KHAN S, VASUNG L, MARAMI B, et al. Fetal brain growth portrayed by a spatiotemporal diffusion tensor MRI atlas computed from in utero images[J].? NeuroImage, 2019,185:593-608.

[11]NORTHINGTON F J. Susceptibility weighted imaging of the neonatal brain[J].? Clin Radiol, 2012,67(8):793-801.

[12]KERSBERGEN K J, BENDERS M J N L, FLORIS G, et al. Different patterns of punctate white matter lesions in serially scanned preterm infants[J].? PloS One, 2014,9(10):e108904.

[13]NEELAVALLI J, MODY S, YEO L, et al. MR venography of the fetal brain using susceptibility weighted imaging[J].? J Magn Reson Imaging, 2014,40(4):949-957.

[14]NEELAVALLI J, JELLA P K, KRISHNAMURTHY U, et al. Measuring venous blood oxygenation in fetal brain using susceptibility-weighted imaging[J].? Journal of Magnetic Resonance Imaging, 2014,39(4):998-1006.

[15]楊星,陶曉峰. 定量磁敏感圖研究進展及臨床應用現狀[J].? 國際醫學放射學雜志, 2017,40(5):556-560.

[16]YADAV B K, BUCH S, KRISHNAMURTHY U, et al. Quantitative susceptibility mapping in the human fetus to measure blood oxygenation in the superior sagittal sinus[J].? European Radiology, 2019,29(4):2017-2026.

[17]SCHIERLITZ L, DUMANLI H, ROBINSON J N. Three-dimensional magnetic resonance imaging of fetal brains[J]. Lancet, 2001,357(9263):1177-1178.

[18]LEVINE D. Three-dimensional fetal MR imaging: will it fulfill its promise[J]?? Radiology, 2001,219(2):313-315.

[19]孫子燕,夏黎明,龐穎,等. 胎兒三維磁共振成像技術的初步應用[J].? 放射學實踐, 2011,26(9):996-999.

[20]LIU J, GLENN O A, XU D. Fast, free-breathing, in vivo fetal imaging using time-resolved 3D MRI technique: preliminary results[J].? Quant Imaging Med Surg, 2014,4(2):123-128.

[21]ZHAO S X, XIAO Y H, LV F R, et al. Lateral ventricular volume measurement by 3D MR hydrography in fetal ventriculomegaly and normal lateral ventricles[J].? J Magn Reson Imaging, 2018,48(1):266-273.

[22]CLOUCHOUX C, LIMPEROPOULOS C. Novel applications of quantitative MRI for the fetal brain[J].? Pediatric Radiology, 2012,42(Suppl 1):S24-S32.

[23]EVANGELOU I E, DU PLESSIS A J, VEZINA G, et al. Elucidating metabolic maturation in the healthy fetal brain using 1H-MR spectroscopy[J].? AJNR Am J Neuroradiol, 2016,37(2):360-366.

[24]URBANIK A, CICHOCKA M, KOZUB J, et al. Evaluation of changes in biochemical composition of fetal brain between 18th and? 40th gestational week in proton magnetic resonance spectroscopy[J].? J Matern Fetal Neonatal Med, 2019,32(15):2493-2499.

[25]HEIMER J, GASCHO D, FLISS B, et al. Detection of eleva-

ted ketone bodies by postmortem 1H-MRS in a case of fetal ketoacidosis[J].? J Forensic Leg Med, 2018,59:16-19.

[26]劉學玲. 胎兒超聲對新生兒顱內出血的檢查及診斷價值評定[J].? 中國實用醫藥, 2019,14(34):42-44.

[27]艾李萍. 胎兒顱腦磁共振安全性與檢查優化的探討[J].? 影像研究與醫學應用, 2018,2(24):238-239.

[28]趙芳,王將軍. 磁共振成像在產前胎兒顱腦疾病的臨床應用價值[J].? 實用醫學影像雜 志, 2019,20(1):15-17.

[29]周樂,李喬. 胎兒功能磁共振成像技術在胎兒生長受限中的應用[J].? 西部醫學, 2019,31(5):814-817.

[30]STRIZEK B, JANI J C, MUCYO E, et al. Safety of MR imaging at 1.5 T in fetuses: a retrospective case-control study of birth weights and the effects of acoustic noise[J].? Radiology, 2015,275(2):530-537.

(本文編輯 馬偉平)

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