夏薇,周婧,郭豫,邵劍波

胎兒腦部的發(fā)育過程遵循由簡單到復(fù)雜的模式,胎兒腦溝的發(fā)育也是如此。腦溝的形成自胎兒在宮內(nèi)的第2個月起開始,一直持續(xù)到分娩甚至出生后。初級腦溝首先出現(xiàn),由表淺的凹陷逐漸加深,之后變得曲折并衍生出側(cè)枝,即次級腦溝。次級腦溝繼續(xù)發(fā)展側(cè)枝,形成三級腦溝[1]。腦溝的發(fā)育極其復(fù)雜,而腦溝的顯示是其中一個重要的參考指標。腦溝出現(xiàn)的時間是評價胎齡的可靠指標,是胎兒腦發(fā)育水平的重要指標,具有里程碑式的意義。評價腦溝發(fā)育的金標準是神經(jīng)解剖學(xué)檢查,但是在實際工作中很難實現(xiàn)[2]。在產(chǎn)前精確評價腦溝的發(fā)育水平,不僅有助于判斷胎兒的胎齡,同時有助于早期發(fā)現(xiàn)胎兒神經(jīng)元移行異常疾病。有研究中利用超聲評價胎兒的腦溝發(fā)育,但是超聲所獲得的切面與操作手法有關(guān),不同醫(yī)師間的一致性較差[3]。隨著高場強MRI在胎兒中的應(yīng)用逐漸廣泛,更高的信噪比和分辨率使胎兒腦溝得以更好地被觀察到。MRI在胎兒腦部顯示方面的優(yōu)勢已得到了廣泛的認可,已有研究者借助人工智能技術(shù)來識別胎兒的腦溝回從而輔助判斷胎兒孕周,但由于胎兒MRI數(shù)據(jù)量有限,其結(jié)果的魯棒性差、泛化能力弱,尚無法應(yīng)用于臨床[4]。同時由于基于人工智能技術(shù)所獲得的結(jié)果缺乏可解釋性,難以應(yīng)用于臨床場景[5]。我們研究的目的是利用單次激發(fā)快速自旋回波序列MRI細致評價不同孕周胎兒腦溝的發(fā)育,為準確評估胎兒腦溝發(fā)育提供參考數(shù)據(jù),也為產(chǎn)前咨詢提供依據(jù)。

材料與方法

1.病例選擇

回顧性選取2018年3月-2021年5月在本院行MRI檢查的203例胎齡22～38周的單胎妊娠胎兒作為研究對象。所有孕婦檢查前簽署了知情同意書,研究方案得到了武漢兒童醫(yī)院倫理委員會的批準(2021R088-E01)。所有胎兒的臨床孕周根據(jù)孕婦末次月經(jīng)時間計算,并與早孕期超聲根據(jù)頂臀長計算所得超聲孕周一致。胎兒MRI檢查由婦產(chǎn)科醫(yī)師根據(jù)不同原因提出申請,如胎兒體位不佳、羊水異常、胎盤位置異常和透明隔顯示不清等。所有胎兒的顱腦MRI檢查結(jié)果正常。新生兒在分娩時、出生后1、3和/或6個月時的生長發(fā)育常規(guī)體檢中未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

2.MRI檢查方法

使用GE Discovery MR750或Philips Ingenia CX 3.0T磁共振儀和體部相控陣線圈。對腦溝的評價均在單次激發(fā)FSE序列T2WI圖像上進行:使用GE磁共振儀掃描時采用的是半傅立葉采集單次激發(fā)短時自旋回波(half-fourier-acquired single-shot turbo spin echo,HASTE)序列,掃描參數(shù):TE 100 ms,TR 3000 ms,激勵次數(shù)1,層厚4 mm,視野480 mm×480 mm,矩陣384×288;Philips磁共振儀上采用的是單次激發(fā)短時自旋回波(single-shot turbo spin echo,SSh-TSE)序列,掃描參數(shù):TE 90 ms,TR 800 ms,激勵次數(shù)1,層厚4 mm,視野300 mm×300 mm,矩陣260×222。

胎兒的常規(guī)檢查序列還包括顱腦橫軸面T1WI和DWI。GE設(shè)備的T1WI掃描參數(shù):TE 3.4 ms,TR 130 ms,激勵次數(shù)1,層厚4 mm,視野480 mm×480 mm,矩陣160×288;GE設(shè)備DWI掃描參數(shù):TE 70 ms,TR 3000 ms,層厚4 mm,視野360 mm×360 mm,矩陣128×130,b值為50和800 s/mm2;Philips設(shè)備T1WI掃描參數(shù):TE 2.3 ms,TR 290 s,激勵次數(shù)1,層厚4 mm,視野250 mm×250 mm,矩陣168×156;Philips設(shè)備DWI掃描參數(shù):TE 56 ms,TR 1132 ms,層厚4 mm,視野300 mm×395 mm,矩陣100×129,b值為50和800 s/mm2?？倰呙铏z查時間不超過30 min,不使用鎮(zhèn)靜藥物。

3.圖像分析

由經(jīng)驗豐富的1位高年資主治醫(yī)師及1位主任醫(yī)師在FSE序列T2WI圖像上對胎兒腦溝進行評價,兩者達成一致意見后給出結(jié)論。對胎兒腦溝的評價在胎兒腦部的3個正交切面上進行,定位方法:矢狀面的定位線平行于腦干,其中正中矢狀位可以顯示胼胝體、中腦導(dǎo)水管及垂體;冠狀面平行于腦干,兩側(cè)可對稱顯示內(nèi)耳結(jié)構(gòu);橫軸面則垂直于腦干,平行于胼胝體體部,兩側(cè)對稱[6]。評價腦溝的影像層面如圖1～16所示,包括半球間裂、外側(cè)裂、頂枕溝、海馬裂、胼胝體溝、距狀裂、扣帶溝、邊緣溝、中央溝、中央前溝、中央后溝、頂內(nèi)溝、側(cè)副溝、顳上溝、顳下溝、枕顳溝、額上溝、額下溝、次級扣帶溝、島溝和次級枕溝。腦表面任一側(cè)或雙側(cè)出現(xiàn)可以識別的凹陷即認為腦溝可見[7]。記錄在不同孕周時各溝回出現(xiàn)者的例數(shù)和占比。在每個孕周統(tǒng)計各個腦溝回的可見率,分為25%～75%可見、>75%可見和100%可見。

圖1 孕22周胎兒腦部冠狀面T2WI,可見半球間裂(長箭)和距狀裂(短箭)。

結(jié) 果

所有胎兒進行MRI檢查時的胎齡分布如圖17所示,并根據(jù)胎齡進行分組。

圖17 203例胎兒的孕周分布。

各腦溝在不同孕周時可見的百分比詳見表1。

表1 高場MRI腦溝發(fā)育時間表 /孕周

22孕周時,半球間裂、外側(cè)裂、頂枕溝、海馬裂、胼胝體溝及距狀裂均為100%可見。在23周時,57%的扣帶溝、35%的邊緣溝及26%的側(cè)副溝可被識別;其中,扣帶溝在24周時100%可見,邊緣溝在25周時89%可見,側(cè)副溝在25周時78%可見,后兩者在26周時100%可見。75%的中央溝和30%的額上溝在24周時可見,在25周時可見百分比分別增高至89%和78%,在26周時均100%可見。中央前溝(56%)、中央后溝(44%)、頂內(nèi)溝(56%)和顳上溝(44%)均在25周時可見;至26周時,中央前溝和頂內(nèi)溝100%可見,中央后溝及顳上溝75%可見;顳上溝在27周時100%可見,中央后溝在28周時100%可見。額下溝在26周時25%可見,27周時90%可見,在29周時100%可見。29周時35%的顳下溝和39%的枕顳溝可見;在31周時兩者的可見百分比分別升高至94%和82%;在33周時兩者均100%可見。在31周時,次級扣帶溝88%可見,次級枕溝47%可見;32周時,兩者的可見百分比分別升高至93%和87%;33周時,兩者均100%可見。島溝出現(xiàn)最晚,33周時68%可見,34周時100%可見。

討 論

超聲是評價胎兒宮內(nèi)發(fā)育情況的一線檢查方法,在早孕期可以通過測量胎兒的頂臀長來估算相應(yīng)的超聲孕周,并可與臨床孕周進行對比,其在早孕期確定孕周具有很高的可信度[8]。在中晚孕期,超聲測量的雙頂徑、頭圍等指標可以反映胎兒顱腦的宮內(nèi)發(fā)育水平,但是隨著孕周的進展,其穩(wěn)定性較差[9-10]。為此,有必要尋找一種可靠的反映宮內(nèi)胎兒顱腦發(fā)育情況的標志物,以更準確地判斷胎兒顱腦的發(fā)育水平。既往神經(jīng)解剖學(xué)研究發(fā)現(xiàn),胎兒腦溝回的出現(xiàn)時間比較穩(wěn)定,可以作為判斷胎兒顱腦發(fā)育水平的標志物[11]。此外,腦溝的發(fā)育與許多疾病狀態(tài)有關(guān)聯(lián),如神經(jīng)元移行異常相關(guān)疾病等,因此準確判斷胎兒腦溝發(fā)育情況是輔助疾病診斷及預(yù)后的重要參考信息[12-17]。超聲作為一線產(chǎn)前影像檢查手段,在嘗試評價胎兒腦溝回方面做出了很多嘗試[18-21]。盡管目前超聲的圖像質(zhì)量已明顯改善,但是其應(yīng)用仍具有局限性:其對胎兒腦溝的顯示在很大程度上基于超聲醫(yī)師的測量手法,其扇形束的切面對胎兒腦溝的顯示難以與解剖結(jié)果相對照;同時由于顱骨聲影的影響和掃描切面的受限,超聲對腦溝的顯示不全面、不系統(tǒng);在胎頭入盆、羊水過少及母體肥胖等情況下,超聲難以滿意地顯示胎兒顱腦的結(jié)構(gòu),更無法評價腦溝。上述原因使得超聲在產(chǎn)前評價胎兒腦溝發(fā)育方面的應(yīng)用受到限制[22-25]。

MRI在胎兒顱腦顯示和評價方面的優(yōu)勢已得到了很多研究的證實[26-28]。MRI可以實現(xiàn)標準正交切面的多平面成像,使其可以與神經(jīng)解剖的結(jié)果互為驗證。同時MRI不受胎兒頭部位置、羊水量及母體體型的影響,在腦脊液的襯托下可以很好地顯示胎兒腦表面的結(jié)構(gòu)。有研究基于胎兒尸體MRI檢查來評價腦溝回的發(fā)育情況[29],還有研究者是基于早產(chǎn)兒顱腦MRI[30],但是現(xiàn)有研究認為健康胎兒和早產(chǎn)兒的腦溝回發(fā)育軌跡并不一致[31]。還有的研究僅對某一腦溝進行研究,未能系統(tǒng)評價胎兒腦溝的發(fā)育情況[32]。現(xiàn)有的利用人工智能輔助評價胎兒腦溝發(fā)育的研究中,由于各個孕周的胎兒MRI數(shù)據(jù)量十分有限,因此其結(jié)果的魯棒性差、泛化能力弱,無法應(yīng)用于臨床。同時由于基于人工智能技術(shù)所獲得的結(jié)果缺乏可解釋性,如無法說明其模型得出的結(jié)論是基于胎兒腦溝的發(fā)育,致其難以應(yīng)用于臨床場景[4-5]。本研究中總結(jié)了胎兒腦溝出現(xiàn)的孕周,可以為今后人工智能的特征標注提供參考,提高其結(jié)果的可信度及可解釋性。

本研究基于胎兒腦部3個正交切面,如本文中圖1～16所示,不同平面對不同腦溝的顯示各有優(yōu)劣,綜合分析3個正交平面的圖像,可以更全面、準確地評價各個腦溝的發(fā)育情況,減少分析結(jié)果的偏倚。冠狀面圖像可以較好地顯示半球間裂、外側(cè)裂、海馬裂、胼胝體溝、距狀裂、扣帶溝、頂內(nèi)溝、側(cè)副溝、顳上溝、顳下溝、枕顳溝、額上溝、額下溝和島溝,矢狀面圖像對頂枕溝、中央溝、中央前溝、中央后溝、次級扣帶溝和次級枕溝的顯示較好,而橫軸面圖像則可以用來觀察半球間裂、外側(cè)裂、邊緣溝、中央溝、中央前溝、中央后溝、島溝和次級枕溝。三個平面都有其不可替代的作用,同時可以互為補充、相互驗證。同時,胎兒MRI可以無創(chuàng)性地在體觀察胎兒腦部的真實形態(tài),相較需要對腦組織進行制片等處理流程的神經(jīng)解剖學(xué)檢查而言,能更真實地反映胎兒腦溝的發(fā)育情況。這是因為神經(jīng)解剖學(xué)制備標本的過程需要進行脫水、固定和切片等,腦組織在這個過程中會發(fā)生萎縮和變形,因此這種方法并不能真實反映活體腦溝的狀態(tài)。既往有研究者利用0.5T MR腦部圖像(層厚5mm)評價胎兒的腦溝發(fā)育,發(fā)現(xiàn)MRI上顯示額上溝、額下溝、枕顳溝、次級扣帶溝、次級枕溝和島溝的時間就早于神經(jīng)解剖學(xué)檢查[33],說明MRI相較傳統(tǒng)的神經(jīng)解剖方法能更真實地反映腦溝的發(fā)育。我們的研究結(jié)果也顯示,產(chǎn)前MRI可以更早地顯示額上溝、頂內(nèi)溝、額下溝、顳下溝、枕顳溝、次級扣帶溝、次級枕溝和島溝。同時,本研究中很多腦溝的可見時間較之前的研究中觀察到的時間提前了1～2周,這可能是由于高場強MRI在保證了高信噪比的前提下采集速度更快,使得在進行胎兒腦部成像時可以選用更薄的層厚[7]。

本研究存在一定的局限性:首先,在評價時未考慮腦溝發(fā)育的偏側(cè)性優(yōu)勢,而腦溝的發(fā)育雙側(cè)并不一致[34],腦溝發(fā)育的偏側(cè)優(yōu)勢及意義尚需更大樣本量的研究進行驗證;第二,本研究中也未考慮胎兒的性別因素,但是既往有研究證實不同性別間腦溝的發(fā)育無明顯差異[35];第三,神經(jīng)元移行異常會影響對胎兒腦溝顯示的判斷,因此我們選擇由具有多年胎兒MRI診斷經(jīng)驗的高年資影像專家對圖像進行判讀,同時回顧胎兒出生后的常規(guī)體檢資料,僅納入體檢結(jié)果正常的胎兒,以盡可能地排除神經(jīng)元移行異常的可能;第四,本研究結(jié)果未能獲得解剖學(xué)的驗證,但是既往研究表明,MRI可以實現(xiàn)解剖級別的成像,并且不受標本處理的影響,能更真實地反映活體狀態(tài)[36];最后,本研究中樣本量尚有限,且胎兒MRI多是在超聲篩查后為進一步明確診斷而進行的[37],因此納入研究的胎兒的孕齡主要集中于23～24孕周(超聲大排畸)和29～30孕周(超聲小排畸),各孕周患兒的數(shù)量差異比較大,可能存在樣本選擇偏倚,而且為了盡力保證納入的對象是健康胎兒,排除了產(chǎn)前檢查發(fā)現(xiàn)異常或出生后體檢不正常的胎兒,總之我們將在今后的工作中進一步擴充樣本量進行更深入地研究。

本研究描述了自22周起至38周孕期每周腦溝的發(fā)育,為利用MRI評價腦溝發(fā)育提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在孕34周時,所有初級腦溝及部分次級腦溝均可以顯示,因此,我們建議可以利用MRI單次激發(fā)FSE序列在22～34孕周進行MRI掃描來評價胎兒腦溝的發(fā)育情況。鑒于個體發(fā)育的差異性,我們提供了腦溝在不同孕周可見的百分數(shù),并大致分為3個類別,包括25%～75%,大于75%且<100%和100%。在臨床應(yīng)用時,我們建議以100%可見孕周作為發(fā)育延遲的標準,75%可見孕周作為隨訪的標準,而25%～75%可見孕周反映了個體發(fā)育的差異性。

總之,我們的研究提供了基于高場強MRI的22～38孕周胎兒每周胎兒腦溝發(fā)育的數(shù)據(jù),證實了胎兒腦溝發(fā)育遵循一定的時間順序,并且是可以評價和預(yù)測的。MRI單次激發(fā)快速自旋回波序列能夠提供清晰的對比度,可以在產(chǎn)前無創(chuàng)性顯示宮內(nèi)胎兒腦溝的發(fā)育情況,是評價胎兒腦發(fā)育的一種有價值的方法。