劉可 董素貞*

先天性心臟?。╟ongenital heart disease,CHD）簡稱先心病，是最常見的胎兒先天畸形，在活產(chǎn)嬰兒中發(fā)生率為0.6%～1.2%[1]。CHD 可以引起心臟及大血管的局部解剖結(jié)構(gòu)異常，還可以引起血流動力學(xué)和心功能的異常。產(chǎn)前準確評估血流動力學(xué)和心功能對于CHD 胎兒治療方式的選擇和預(yù)后的改善至關(guān)重要。

超聲心動圖是目前產(chǎn)前評估CHD 胎兒血流動力學(xué)和心功能的最主要方法，但是超聲心動圖受羊水過少、孕周過大、胎兒體位、胎兒肋骨鈣化、多胎和母體情況（如母體肥胖、合并子宮肌瘤等）的影響[2-3]。這些影響因素導(dǎo)致超聲心動圖不能清晰顯示和評估胎兒心血管解剖結(jié)構(gòu)、血流動力學(xué)和心功能。MRI 對胎兒無損傷和副作用[4]，而且MRI 能夠顯示在超聲心動圖上顯示不清的CHD 胎兒[5]。但是，由于胎兒心臟體積和結(jié)構(gòu)較小，加之不斷運動和心率較快會產(chǎn)生運動偽影，以及缺乏滿意的心電門控技術(shù)等，限制了MRI 產(chǎn)前評估CHD 胎兒的血流動力學(xué)和心功能[5]。

本文就目前可以應(yīng)用的胎兒心電門控技術(shù)和心臟 MRI 新技術(shù)如 4D 血流 MRI（4D FLOW MRI）、相位對比MRI（phase-contrast MRI,PC MRI）等在胎兒心血管結(jié)構(gòu)與CHD 評估方面取得的進展進行綜述，并闡述心臟MRI 新技術(shù)在胎兒心血管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能中的量化評估作用。

1 心電門控技術(shù)

目前研究報道可以應(yīng)用的心電門控技術(shù)有度量優(yōu)化門控（metric optimized gating,MOG）、自門控、多普勒超聲（doppler ultrasound, DUS）門控等[4，6-7]。MOG 是通過合成觸發(fā)器獲取k 空間數(shù)據(jù)，采集胎兒心率。Bidhult 等[8]通過血流模型獲取了血流偏差值和變異率，表明MOG 門控技術(shù)與常規(guī)門控技術(shù)之間具有良好的一致性，而且MOG PC MRI 對一定范圍內(nèi)的胎兒血流進行測量具有可行性，利于臨床醫(yī)生更好地監(jiān)測胎兒的血流動力學(xué)信息。但是，數(shù)據(jù)采集與重建比較復(fù)雜，且需要較長的運算時間。Han等[9]提出了一種新的心臟運動自門控方法，即在不使用傳統(tǒng)心電圖（echocardiography,ECG）門控的情況下，采用自門控電影序列精準地檢測出心臟觸發(fā)信號，從而獲得高質(zhì)量的電影影像并有望替代傳統(tǒng)ECG 門控。自門控是使用各種k 空間軌跡進行數(shù)據(jù)采集，通過多途徑來獲取胎兒心臟周期，但其觸發(fā)信號的獲取會受到環(huán)境噪聲的影響，無法在檢查期間獲取胎兒心臟影像。Haris 等[10]使用DUS 門控對胎兒運動進行加速數(shù)據(jù)采集，成功地在孕婦自由呼吸的情況下獲取胎兒動態(tài)電影影像，DUS 是直接通過血流和室壁的運動反映心臟的生理活動，因此能夠獲取更加準確實時的胎兒心臟運動信息。

2 心臟MRI 新技術(shù)

2.1 結(jié)構(gòu)成像序列 單次激發(fā)快速自旋回波（singleshot fast spin-echo, SSFSE） 序列和穩(wěn)態(tài)自由進動(steady-state free precession,SSFP) 序列是目前應(yīng)用于胎兒心臟MRI 的最主要序列。SSFSE 序列是射頻脈沖和回波脈沖依次交替激發(fā)進行重建圖像，可以在2 s 內(nèi)生成與血管和周圍組織結(jié)構(gòu)具有較好對比度的高分辨力影像[11]。其中，血流呈現(xiàn)黑色低信號，周圍組織呈現(xiàn)明亮的高信號。有研究[12]采用SSFSE序列數(shù)據(jù)進行三維重建，實現(xiàn)了CHD 心外血管的可視化。SSFP 序列是以梯度回波為基礎(chǔ)，經(jīng)過多次快速激發(fā)后，重聚橫向剩余磁化矢量，獲得較少運動偽影的胎兒心臟影像[13]。SSFP 采集數(shù)據(jù)時間非常短，并且能在心肌和血液之間形成良好的對比度，獲得顯示心內(nèi)外解剖結(jié)構(gòu)的最佳白血序列。該序列既可以得到靜態(tài)影像，又可以得到動態(tài)心臟影像。電影SSFP 是以SSFP 序列為基礎(chǔ)，通過使用ECG 門控，實現(xiàn)高時間分辨率和空間分辨率的心臟動態(tài)電影成像[11]。與靜態(tài)成像重建相比，壓縮傳感和k-t 敏感度編碼技術(shù)用于重建可獲得更高時間和空間分辨率的實時心臟影像[6]。此外，在自由呼吸的情況下，采用運動校正數(shù)據(jù)處理方法可以獲得呼吸或者運動偽影較少的圖像，實現(xiàn)多方向采集整個胎兒心臟數(shù)據(jù)[6]。

2.2 血流成像序列 PC MRI 和4D FLOW MRI 是目前應(yīng)用于心臟血流成像最重要的序列。PC MRI是利用血液流動中質(zhì)子產(chǎn)生的相位變化來測量血流速度，不僅能顯示血管解剖結(jié)構(gòu)，又能提供血流方向、流量及流速等血流動力學(xué)信息。4D FLOW MRI 是以PC MRI 為基礎(chǔ)，該技術(shù)將3D 空間編碼與3D 速度編碼相位對比MRI 相結(jié)合，進一步實現(xiàn)復(fù)雜血流模式演變過程的3D 可視化和量化。但是，4D FLOW 序列掃描時間較長，且依賴于強大的圖像后處理技術(shù)，在血管解剖的空間分辨力方面不如CT血管成像和增強MR 血管成像[14]。

2.3 功能成像序列 T1mapping 和T2mapping 序列是目前應(yīng)用于胎兒心臟MRI 功能成像的主要序列。T1mapping 和T2mapping 均可直接測量心肌組織T1、T2值，計算心肌細胞外間質(zhì)容積分數(shù)，定量評估心肌纖維化、出血及心肌水腫的程度和范圍，但是由于目前缺乏合適的T1和T2值的參考范圍，其臨床價值有待進一步研究。目前T1mapping 和T2mapping 成像序列仍未廣泛應(yīng)用于臨床。

3 心臟MRI 技術(shù)對胎兒心血管系統(tǒng)的量化

3.1 心血管結(jié)構(gòu)的定量評估 心臟MRI 可以測量主動脈弓直徑、心室壁厚度、左右心腔大小等心血管結(jié)構(gòu)，但目前用于胎兒心血管結(jié)構(gòu)方面的量化研究還較少。Toemen 等[15]前瞻性使用MRI 測量心臟右心室舒張末期容積、右心室射血分數(shù)、左心室舒張末期容積、左心室射血分數(shù)、左心室容積等，研究胎兒時期、嬰兒時期與兒童時期生長發(fā)育的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)胎兒時期和兒童時期的生長發(fā)育很可能與兒童時期的心臟大小相關(guān)。Lloyd 等[12]采用心臟MRI和二維超聲心動圖分別對51 例胎兒的降主動脈、上腔靜脈、橫主動脈弓直徑進行測量，發(fā)現(xiàn)兩者測得數(shù)據(jù)之間具有良好的一致性（組內(nèi)相關(guān)系數(shù)為0.78，95%CI 為 0.68～0.84）。Tavares 等[16]利用 DUSMRI 對正常胎兒和CHD 胎兒的心臟進行四腔切面成像，測量出心室直徑、二尖瓣和三尖瓣的瓣口直徑、心肌壁的厚度和心臟橫徑等，結(jié)果發(fā)現(xiàn)DUSMRI 與超聲心動圖之間存在高度一致性，對于更好地監(jiān)測胎兒心臟運動具有重要的臨床意義。

3.2 心血管血流的定量評估 胎兒循環(huán)的主要特點是來自臍靜脈的富氧血經(jīng)過靜脈導(dǎo)管流入右心房，再由卵圓孔進入左心房，供應(yīng)胎兒生長發(fā)育。來自右心室的乏氧血通過動脈導(dǎo)管、降主動脈和臍動脈輸送回胎盤，在肺循環(huán)中其相對較低的含氧量保持了胎兒循環(huán)典型的高肺血管阻力[17]。PC MRI 可以對胎兒升主動脈、動脈導(dǎo)管、降主動脈、上腔靜脈等大血管進行血流量以及血流速度的定量測量。Tsai-Goodman 等[18]通過使用3.0 T MRI 測量出了胎兒主肺動脈、上腔靜脈、動脈導(dǎo)管、升主動脈和降主動脈的血流量，所獲數(shù)據(jù)與1.5 T 下所測數(shù)據(jù)具有很好的相關(guān)性，為準確監(jiān)測胎兒各血管血流量的變化提供了一種新的方法。Schrauben 等[19]通過使用4D FLOW MRI 測量胎羊升主動脈、肺動脈、動脈導(dǎo)管、降主動脈、上腔靜脈、靜脈導(dǎo)管等血管血流量，從而評估胎羊心血管血流的循環(huán)分布。Schoennagel 等[20]使用PC MRI 測量了胎羊降主動脈血流的峰值速度、平均速度、最大平均速度和平均流量，表明MRI對評估胎兒循環(huán)血流動力學(xué)具有很大的潛在應(yīng)用價值。

3.3 心功能定量評估 CHD 胎兒心功能會影響胎兒的生長發(fā)育、器官發(fā)育和出生后的結(jié)局，因此胎兒心功能定量評估對于CHD 胎兒的干預(yù)具有重要價值。由于產(chǎn)前難以準確獲得血管面積以及評估穿過血管腔的血流速度的變化，限制了超聲對胎兒血流以及心功能的評估[21]。目前，心臟MRI 可以通過動態(tài)測量胎兒心室射血分數(shù)、心室輸出量等參數(shù)對心功能進行評估。Seed 等[22]首次通過心臟MRI 測量出胎兒心室輸出量以及主肺動脈、升主動脈、上腔靜脈、動脈導(dǎo)管、降主動脈、臍靜脈和肺血流量，表明MRI 對胎兒心血管的血液循環(huán)分布以及心功能評估具有可行性。此外，為更好地改善CHD 胎兒的臨床預(yù)后及降低其死亡率，尚需對CHD 胎兒進行心功能評估。Tsuritani 等[23]應(yīng)用超聲和MRI 分別對CHD 胎兒和正常胎兒心臟射血分數(shù)、降主動脈血流量進行測量的對照研究表明，MRI 可以比超聲更加準確地評估正常胎兒的心功能，也可以評估CHD 胎兒的心功能。Al Nafisi 等[21]測量了CHD 胎兒的心室輸出量以及肺血流量、上腔靜脈血流量，研究了胎兒血流動力學(xué)與肺和腦發(fā)育的關(guān)系，進一步證實MRI 評估CHD 胎兒心功能的可行性，加深對胎兒循環(huán)病理生理的理解。

3.4 胎兒循環(huán)血氧飽和度與血細胞容量定量評估 胎兒缺氧是胎兒生長受限的關(guān)鍵原因，胎兒缺氧程度可以用血細胞容量和血氧飽和度進行評估。目前臨床上主要是通過超聲檢測側(cè)支血流的變化來評估胎兒缺氧程度，但是因為血流不斷變化而無法獲得準確的結(jié)果[24]。T1mapping、T2mapping 成像序列可以無創(chuàng)評估血細胞容量和血氧飽和度，有助于提高胎兒缺氧產(chǎn)前診斷的準確率，實現(xiàn)早期干預(yù)，改善CHD 胎兒的預(yù)后。Portnoy 等[25]通過將T1和T2值進行代數(shù)轉(zhuǎn)換測得臍血標本的血氧飽和度和血細胞容量與血氣分析得到的正常值進行比較發(fā)現(xiàn)，MRI 所測值與正常值之間具有很好的一致性，表明MRI 可用于血氧飽和度和血細胞容量的定量測量，對胎兒宮內(nèi)生長受限和胎兒貧血的監(jiān)測具有重要的臨床意義。Portnoy 等[24]通過建立模型和相關(guān)參數(shù)獲得胎兒臍帶血磁化率、弛豫時間與血氧飽和度和血細胞容量之間的函數(shù)關(guān)系，有望成為無創(chuàng)測量胎兒血氧飽和度和血細胞容量的又一新方法，將有助于臨床上進一步評估胎兒的氧氣輸送、消耗的生理情況。

盡管有研究表明心臟MRI 可以用于測量主動脈直徑、心腔大小、血管血流量、心室射血分數(shù)以及血氧飽和度等，但未見進一步應(yīng)用于臨床的研究報道。隨著研究的不斷深入和技術(shù)發(fā)展，心臟MRI 在胎兒心血管系統(tǒng)量化評估方面的應(yīng)用將會快速推廣到臨床。

4 小結(jié)與展望

近年來，胎兒心臟MRI 技術(shù)已經(jīng)取得較大進展，有望成為胎兒超聲心動圖之外的又一種非常有前景的輔助手段；但技術(shù)發(fā)展的過程中，仍然存在一些需要進一步改進的地方。首先，由于胎兒心臟解剖結(jié)構(gòu)較小以及母體呼吸運動，心臟MRI 需要優(yōu)化特定序列參數(shù)、縮短數(shù)據(jù)重建時間、提高影像信噪比以及減輕母體呼吸運動的影響，以提高數(shù)據(jù)重建的穩(wěn)定性和優(yōu)化影像質(zhì)量。其次，復(fù)雜性CHD 有時合并心外異常，有必要綜合應(yīng)用各種檢查方法提高胎兒復(fù)雜性CHD 診斷準確率。最后，未來對新技術(shù)應(yīng)用的研究需要擴大臨床樣本量以進一步驗證。

當今，人工智能正在逐步應(yīng)用于影像醫(yī)學(xué)，它可以應(yīng)用于MRI 對心臟進行體積分析，通過自動分割右、左心室可以計算左心室和右心室的質(zhì)量和體積，快速獲取心室發(fā)育情況，有極大潛力提供精確、快速的心臟結(jié)構(gòu)和功能的生物標志物[26-27]。相信在不久的未來，人工智能自動圖像識別軟件與醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的快速發(fā)展與交集會在胎兒心血管評估方面取得更大進展。