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[摘要] 近年来，胎儿颅脑磁共振（MR）检查取得巨大进步，能够更好更快地显示出胎儿脑组织的形态、功能及代谢状态。本文着重就弥散加权成像序列及弥散张量成像序列、磁敏感序列、三维磁共振序列、磁共振波谱成像序列等MR成像技术在胎儿脑组织检查中的应用新进展进行综述。
[关键词] 胎儿;脑;磁共振成像;综述
[中图分类号] R445.2;R714.5
[文献标志码] A
[文章编号] 2096-5532（2021）03-0467-03
doi：10.11712/jms.2096-5532.2021.57.072
[开放科学（资源服务）标识码（OSID）]
[网络出版] 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
胎兒脑组织发育过程是一个敏感、脆弱的过程，容易受到干扰而发生畸形，甚至导致死亡。超声检查一直是胎儿产前体检的首选检查方式，但其在胎儿脑组织检查中有诸多限制与不足[1]。磁共振（MR）检查无辐射，具有良好的软组织分辨力，近年来已越来越多地用于胎儿脑组织产前检查[2-3]。MR检查常规序列已广泛应用于胎儿检查，本文对此不作赘述。为了探索更优质的胎儿颅脑检查方法，本文着重就弥散加权成像序列（DWI）及弥散张量成像序列（DTI）、磁敏感加权成像（SWI）、三维磁共振序列（3D-MR）以及磁共振波谱成像序列（MRS）等MR成像技术在胎儿脑组织检查中的应用新进展进行综述。
1 DWI与DTI
DWI通过自由水的氢质子在横向磁化上产生的相位位移变化，反映组织中水分子无序扩散运动快慢的信息。处于不同组织中的水分子，受周围微环境的影响，其扩散能力不同。DWI检查将相位位移量化为表观弥散系数（ADC），采用ADC值反映组织中水分子运动受限的程度。其中ADC值越高，表明组织内水分子弥散运动的能力越强，反之亦然。DWI检查用于胎儿可以评估脑组织的发育成熟程度，早期诊断脑损伤。
近年来，多位学者应用DWI获得了更多胎儿脑组织的信息。ARTHURS等[4]分析30例宫内生长受限严重的胎儿DWI图像，发现其脑白质、丘脑、半卵圆中心及脑桥等处ADC值低于正常胎儿，表明这些区域发育不良。KUTUK等[5]对54例宫内生长受限的胎儿行脑部DWI检查，也得到了类似的结果。此外，通过对DWI和多普勒超声检查对比，发现ADC值降低的分布和程度不仅与脑组织的部位有关，还与脑组织的舒张末期异常逆流有关。SHROT等[6]的研究结果显示，CHIARIⅡ型畸形的胎儿，其额颞叶的ADC值会降低。除了可检查胎儿脑组织发育情况之外，DWI还可用于检查胎儿脑组织有无感染。YANIV等[7]应用DWI检查巨细胞病毒感染的胎儿脑组织，发现额顶颞枕叶、丘脑及小脑ADC值降低，其中以小脑降低最明显，而基底核区等部位变化不明显，这可能与细胞富集及包涵体有关。DTI是在DWI的基础上，施加多个非线性方向的梯度场获取弥散张量图像。利用白质纤维束示踪技术，DTI检查常用于评估白质纤维束的完整性。SONG等[8]应用DTI检查预测胎儿胼胝体及皮质脊髓束的产后完整性，但由于胎儿纤维束发育尚不成熟，所得结果并不理想，但作者认为DTI检查可以作为预测胎儿投射纤维和联合纤维发育畸形的方法。DTI受运动伪影的影响较重。为了防止运动伪影产生明显影响，LOCKWOOD等[9]在DTI检查时应用运动补偿技术，得到了84%胎儿的DTI图像，并获得ADC值、分数各向异性值等定量数值。有部分学者尝试利用运动伪影较重的图像数据，得到DTI图像。例如，KHAN等[10]运用一种新的算法，从运动伪影明显的DWI图像中提取数据，得到较高质量的DTI图像。
2 SWI
SWI属于梯度回波序列，对磁性物质如血、铁、钙化物等 敏感。这些顺磁性或逆磁性物质会干扰磁场，导致局部信号缺失。因此，SWI常用于诊断脑组织创伤、血管畸形，评估钙质沉积及区分出血性疾病和非出血性疾病[11-12]。除了常规应用，近年来部分学者探索了诸多SWI的新应用。NEE-
LAVALLI等[13]应用SWI进行胎儿脑部MR静脉造影，发现多数图像质量较好，可以满足诊断要求。通过分析上矢状窦的MR磁化率，SWI还可用于评估胎儿脑静脉血氧饱和度，所得结果与经腹近红外光谱法所得结果相似[14]。定量磁敏感图是在梯度回波序列基础上，通过将幅值图与相位图融合而得到反映组织之间磁化率差异的MR成像方法，可以在SWI基础上进行定量分析[15]。YADAV等[16]应用SWI获得胎儿脑定量磁敏感图，测得胎儿上矢状窦血氧饱和度为（67±7）%，與SWI脑部静脉造影等方法所得数值相符。
3 3D-MR
与二维磁共振序列（2D-MR）相比，3D-MR具有更高的信号噪声比，可以进行任意方位重建，在检查时不需要严格根据定位像确定扫描方位。早期MR受硬件和软件的限制，3D-MR很少用于胎儿检查，最开始仅用于测量宫内发育迟缓和巨大胎儿的体积和体质量[17-18]。与一般受检者不同，胎儿行MR检查时，不仅存在母体的呼吸运动伪影，还存在胎动伪影，而3D-MR受运动干扰影响较重。因此，如何快速获得高质量的3D-MR图像，一直是国内外学者的研究重点。国内孙子燕等[19]应用3D-FIESTA序列联合并行采集技术，一次屏气采集时间为10～15 s，基本克服了母体呼吸运动伪影和胎动伪影。此外，该研究运用容积重组和磁共振仿真内镜技术后，可较2D-MR更准确诊断无脑回畸形、脑膜脑膨出畸形。LIU等[20]应用自由呼吸的快速3D-MR进行胎儿检查，获得了较高质量的图像，并依靠原始数据重建出横轴位、冠状位和矢状位图像，明显缩短了成像时间，减少了运动伪影的影响。ZHAO等[21]运用3D-MR水成像技术，准确地获得胎儿侧脑室体积的数据，表明该方法可以用于早期诊断先天性巨脑室。
4 MRS
随着孕周及胎儿健康状况的变化，胎儿脑组织的代谢情况会发生变化。正常胎儿代谢产物发生变化可能与突触发育及髓鞘形成有关。目前，MRS是唯一能够无创检查胎儿脑组织代谢和生化变化情况的技术。早期MRS检查只关注肌酐、胆碱和乙酰天门冬氨酸，而现在也会监测谷氨酸、谷氨酰胺和肌醇等物质的含量[22]。EVANGELOU等[23]通过分析204例MRS数据，得到胎龄18～40周的胎儿脑部肌酐、胆碱和乙酰天门冬氨酸的正常范围及变化趋势。URBANIK等[24]通过分析32例胎龄18～40周的正常胎儿脑MRS数据，得到了与EVANGELOU等[23]相似的结果。此外，该研究还发现，肌醇会随孕周增加而升高，而谷氨酸和谷氨酰胺增加并不明显。HEIMER等[25]应用氢质子MRS技术，发现1例死胎的右侧大脑半球存在较高含量的SymbolbA@-羟基丁酸和丙酮，与尸检结果相符，认为MRS是无创诊断酮症酸中毒导致胎儿死亡的可行方法。
5 总结与展望
近年来胎儿MR检查取得了巨大进步（本文所述几种胎儿脑组织MR新序列的用途见表1），然而，MR检查时母体呼吸或胎儿运动产生的伪影一直是影响图像质量的重要因素[26]，伪影过重会影响诊断效能。减少伪影的主要方法为提高成像速度。因此，如何在保证质量的前提下，快速获得图像是胎儿MR检查的重要研究方向。由于3 T以上的磁场对胎儿的安全性有待验证[27-30]，尚不能通过增加场强来缩短成像时间。因此，提高成像速度可考虑采取以下手段：①优化已有序列，设计新的序列;②运用新型并行采集技术，如CAIPIRINHA技术;③运用压缩感知技术;④设计新的重建算法。以上设想有待进一步研究证实。
[参考文献]
[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.
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[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.
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[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.
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[18]LEVINE D. Three-dimensional fetal MR imaging： will it fulfill its promise[J]？ Radiology， 2001，219（2）：313-315.
[19]孙子燕，夏黎明，庞颖，等. 胎儿三维磁共振成像技术的初步应用[J]. 放射学实践， 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.
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（本文编辑 马伟平）
[关键词] 胎儿;脑;磁共振成像;综述
[中图分类号] R445.2;R714.5
[文献标志码] A
[文章编号] 2096-5532（2021）03-0467-03
doi：10.11712/jms.2096-5532.2021.57.072
[开放科学（资源服务）标识码（OSID）]
[网络出版] 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.
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1 DWI与DTI
DWI通过自由水的氢质子在横向磁化上产生的相位位移变化，反映组织中水分子无序扩散运动快慢的信息。处于不同组织中的水分子，受周围微环境的影响，其扩散能力不同。DWI检查将相位位移量化为表观弥散系数（ADC），采用ADC值反映组织中水分子运动受限的程度。其中ADC值越高，表明组织内水分子弥散运动的能力越强，反之亦然。DWI检查用于胎儿可以评估脑组织的发育成熟程度，早期诊断脑损伤。
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2 SWI
SWI属于梯度回波序列，对磁性物质如血、铁、钙化物等 敏感。这些顺磁性或逆磁性物质会干扰磁场，导致局部信号缺失。因此，SWI常用于诊断脑组织创伤、血管畸形，评估钙质沉积及区分出血性疾病和非出血性疾病[11-12]。除了常规应用，近年来部分学者探索了诸多SWI的新应用。NEE-
LAVALLI等[13]应用SWI进行胎儿脑部MR静脉造影，发现多数图像质量较好，可以满足诊断要求。通过分析上矢状窦的MR磁化率，SWI还可用于评估胎儿脑静脉血氧饱和度，所得结果与经腹近红外光谱法所得结果相似[14]。定量磁敏感图是在梯度回波序列基础上，通过将幅值图与相位图融合而得到反映组织之间磁化率差异的MR成像方法，可以在SWI基础上进行定量分析[15]。YADAV等[16]应用SWI获得胎儿脑定量磁敏感图，测得胎儿上矢状窦血氧饱和度为（67±7）%，與SWI脑部静脉造影等方法所得数值相符。
3 3D-MR
与二维磁共振序列（2D-MR）相比，3D-MR具有更高的信号噪声比，可以进行任意方位重建，在检查时不需要严格根据定位像确定扫描方位。早期MR受硬件和软件的限制，3D-MR很少用于胎儿检查，最开始仅用于测量宫内发育迟缓和巨大胎儿的体积和体质量[17-18]。与一般受检者不同，胎儿行MR检查时，不仅存在母体的呼吸运动伪影，还存在胎动伪影，而3D-MR受运动干扰影响较重。因此，如何快速获得高质量的3D-MR图像，一直是国内外学者的研究重点。国内孙子燕等[19]应用3D-FIESTA序列联合并行采集技术，一次屏气采集时间为10～15 s，基本克服了母体呼吸运动伪影和胎动伪影。此外，该研究运用容积重组和磁共振仿真内镜技术后，可较2D-MR更准确诊断无脑回畸形、脑膜脑膨出畸形。LIU等[20]应用自由呼吸的快速3D-MR进行胎儿检查，获得了较高质量的图像，并依靠原始数据重建出横轴位、冠状位和矢状位图像，明显缩短了成像时间，减少了运动伪影的影响。ZHAO等[21]运用3D-MR水成像技术，准确地获得胎儿侧脑室体积的数据，表明该方法可以用于早期诊断先天性巨脑室。
4 MRS
随着孕周及胎儿健康状况的变化，胎儿脑组织的代谢情况会发生变化。正常胎儿代谢产物发生变化可能与突触发育及髓鞘形成有关。目前，MRS是唯一能够无创检查胎儿脑组织代谢和生化变化情况的技术。早期MRS检查只关注肌酐、胆碱和乙酰天门冬氨酸，而现在也会监测谷氨酸、谷氨酰胺和肌醇等物质的含量[22]。EVANGELOU等[23]通过分析204例MRS数据，得到胎龄18～40周的胎儿脑部肌酐、胆碱和乙酰天门冬氨酸的正常范围及变化趋势。URBANIK等[24]通过分析32例胎龄18～40周的正常胎儿脑MRS数据，得到了与EVANGELOU等[23]相似的结果。此外，该研究还发现，肌醇会随孕周增加而升高，而谷氨酸和谷氨酰胺增加并不明显。HEIMER等[25]应用氢质子MRS技术，发现1例死胎的右侧大脑半球存在较高含量的SymbolbA@-羟基丁酸和丙酮，与尸检结果相符，认为MRS是无创诊断酮症酸中毒导致胎儿死亡的可行方法。
5 总结与展望
近年来胎儿MR检查取得了巨大进步（本文所述几种胎儿脑组织MR新序列的用途见表1），然而，MR检查时母体呼吸或胎儿运动产生的伪影一直是影响图像质量的重要因素[26]，伪影过重会影响诊断效能。减少伪影的主要方法为提高成像速度。因此，如何在保证质量的前提下，快速获得图像是胎儿MR检查的重要研究方向。由于3 T以上的磁场对胎儿的安全性有待验证[27-30]，尚不能通过增加场强来缩短成像时间。因此，提高成像速度可考虑采取以下手段：①优化已有序列，设计新的序列;②运用新型并行采集技术，如CAIPIRINHA技术;③运用压缩感知技术;④设计新的重建算法。以上设想有待进一步研究证实。
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（本文编辑 马伟平）