b值1 000 s/mm2 DWI正常胎腦區(qū)域ADC值與孕齡的相關(guān)性分析

徐夢瑩，李春花，李 健，張 攀，洪子涵，鄭琳升，陳 兵*

(1.寧夏醫(yī)科大學(xué)研究生院，寧夏 銀川 750004；2.寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院腫瘤醫(yī)院放射科，寧夏 銀川 750004)

近年來，胎腦發(fā)育異常、病理性胎腦損傷發(fā)病率逐年上升，迫切要求臨床豐富產(chǎn)前診斷手段、提高產(chǎn)前診斷及治療水平。DWI具有基于布朗分子運動非侵入性探測組織結(jié)構(gòu)的能力；因此，通過測量ADC值可量化發(fā)育過程和病理過程，其在產(chǎn)前篩查中的應(yīng)用可提供目前常規(guī)產(chǎn)前檢查手段無法獲得的成像數(shù)據(jù)[1]，有利于提高新生兒出生率及優(yōu)生率。目前，國外已有采用DWI測量正常胎腦ADC值的報道[2-5]，但國內(nèi)相關(guān)研究仍相對較少[6-8]。本研究收集具有正常神經(jīng)發(fā)育結(jié)局的中晚孕期胎兒，測量胎腦區(qū)域ADC值并分析其與孕齡的關(guān)系，以期為產(chǎn)前篩查提供我國正常胎腦區(qū)域ADC值數(shù)據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2016年6月—2019年1月于寧夏醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院接受DWI檢查的106名中晚孕期孕婦的資料，年齡18～37歲，中位年齡27歲；孕23～37周，中位孕周32周，孕中期(13～27周)孕婦28名，孕晚期(≥28周)孕婦78名。納入標準：①單胎妊娠；②產(chǎn)前超聲懷疑異常但胎腦常規(guī)MR及DWI檢查均未見異常，且產(chǎn)后隨訪證實新生兒神經(jīng)發(fā)育正常(其中42名新生兒接受顱腦MR檢查，結(jié)果顯示正常；對其余64名新生兒的家屬均進行電話隨訪，家屬均否認異常)。排除標準：①經(jīng)產(chǎn)前超聲或MR檢查明確診斷胎兒異常；②DWI整體圖像質(zhì)量較差或運動偽影明顯，無法滿足診斷要求。

1.2 儀器與方法 采用GE Signa HDxt 1.5T GEMSOC01超導(dǎo)MR掃描儀，8通道心臟線圈。檢查前未予孕婦鎮(zhèn)靜藥物。先行常規(guī)MR檢查，具體掃描序列及參數(shù)：①快速平衡穩(wěn)態(tài)采集(fast imaging employing steady state acquisition， FIESTA)序列T2WI，TR 3.5～5.0 ms，TE 1.0～2.0 ms，層厚4.0 mm，層間距0，矩陣224×224～256×256，F(xiàn)A 45°～60°；②單次激發(fā)快速自旋回波(single shot fast spin-echo， SSFSE， SSFSE)序列T2WI，TR 1 150.0～1 450.0 ms，TE 90.0～135.0 ms，層厚4.0 mm，層間距0，矩陣256×160～256×192，F(xiàn)A 90°。而后行DWI檢查，采用單次激發(fā)平面回波(single-shot echo planar imaging， EPI)序列，TR 5 000 ms，TE Min，層厚4.0 mm，層間隔0，矩陣128×128，F(xiàn)OV 350 mm，在x、y、z軸方向分別施加擴散梯度，b值為1 000 s/mm2，掃描時間15～25 s。

1.3 圖像處理與數(shù)據(jù)測量 將常規(guī)MR及DWI原始圖像數(shù)據(jù)均傳至AW 4.4工作站進行處理，獲得ADC圖。

由2名具有3年以上胎兒MR診斷經(jīng)驗的醫(yī)師共同審閱圖像并進行數(shù)據(jù)測量，有分歧時經(jīng)討論獲得一致意見。ADC值測量方法：以同層面T2WI軸位圖像為參考，在DWI圖像上勾畫15個ROI，包括額葉、頂葉、顳葉、枕葉白質(zhì)區(qū)域ROI及基底核、丘腦、小腦半球區(qū)域ROI各2個(左右側(cè)各一，盡量保證ROI放置在對稱的解剖位置上且面積相等)及1個腦橋區(qū)域ROI。ROI盡量避免囊括生發(fā)層、皮質(zhì)層及腦溝。由于顳葉、枕葉腦白質(zhì)較薄且走行不規(guī)則，采用卵圓形ROI；其余部位均采用圓形ROI。ROI面積25～97 mm2。分別測量并記錄各ROI的ADC 值，每個ROI測量2次，取平均值。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 23.0統(tǒng)計分析軟件。計量資料以±s表示。采用線性回歸分析不同部位ADC值與孕齡的相關(guān)性。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 正常胎腦DWI圖像及ADC圖特征 DWI圖中,胎腦顯示為層狀結(jié)構(gòu)，幕上腦實質(zhì)軸位大體表現(xiàn)為不同信號的3層(圖2)，由內(nèi)向外依次為：生發(fā)層，呈高信號；室周層、中間帶及皮質(zhì)下層，呈低信號；皮質(zhì)層，呈高信號。ADC圖中同樣可見不同信號的3層結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外依次為：生發(fā)層，呈低信號；室周層、中間帶及皮質(zhì)下層，呈高信號；皮質(zhì)層，呈低信號。同為DWI低信號、ADC圖高信號的室周層、中間帶及皮質(zhì)下層通常難以區(qū)分，僅在孕25前部分胎兒DWI圖像及ADC圖中可分辨出室周層、皮質(zhì)下層，室周層位于生發(fā)層外周，呈中等偏高信號，皮質(zhì)下層位于皮層下，呈偏高信號。

圖1 測量胎腦區(qū)域ADC時15個ROI放置情況 A.雙側(cè)額葉(1、2)及頂葉白質(zhì)(3、4)ROI； B、C.雙側(cè)顳葉(5、6)及枕葉白質(zhì)(7、8)ROI； D.雙側(cè)基底核(9、10)及丘腦(11、12)ROI； E.雙側(cè)小腦半球(13、14)及腦橋(15)ROI 圖2 孕24+5周胎腦DWI圖像 胎腦顯示為3層結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外依次為：生發(fā)層呈高信號，室周層、中間帶及皮質(zhì)下層呈低信號，皮質(zhì)層呈高信號

一般情況下，生發(fā)層、室周層、中間帶及皮質(zhì)下層、皮質(zhì)層表現(xiàn)出的這種不同信號的層狀結(jié)構(gòu)可識別至孕28周，但這種信號強度分層模式會隨孕齡增加而發(fā)生變化。孕28周后，由于生發(fā)層厚度持續(xù)減少，中間帶在深部白質(zhì)區(qū)逐漸消失且其信號與室周層、皮層下層無法區(qū)分，分層結(jié)構(gòu)基本消失，僅留下白質(zhì)和灰質(zhì)。

2.2 正常胎腦區(qū)域ADC值 正常胎腦ADC值從高至低依次為：頂葉白質(zhì)[(1.84±0.08)mm2/s]、枕葉白質(zhì)[(1.82±0.08)mm2/s]、額葉白質(zhì)[(1.77±0.03)mm2/s]、顳葉白質(zhì)[(1.70±0.13)mm2/s]、小腦半球[(1.41±0.10)mm2/s]、基底核[(1.40±0.13)mm2/s]、丘腦[(1.35±0.04)mm2/s]、腦橋[(1.27±0.08)mm2/s]。

2.3 胎腦區(qū)域ADC值與孕齡的關(guān)系 正常胎腦頂葉白質(zhì)、顳葉白質(zhì)、枕葉白質(zhì)、基底核、丘腦、小腦半球及腦橋ADC值均與孕齡呈負相關(guān)(P均<0.05)，且其中小腦半球ADC值與孕齡的相關(guān)性最強；散點圖顯示額葉白質(zhì)ADC值與孕齡無明顯線性相關(guān)關(guān)系。見表1，圖3、4。

表1 正常胎腦不同部位ADC值與孕齡間的相關(guān)系數(shù)及回歸系數(shù)

圖3 正常胎腦區(qū)域ADC值箱式圖

3 討論

DWI通過檢測水分子擴散運動受限的方向和程度，反映胎腦發(fā)育過程中細微結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律[6]。幕上腦實質(zhì)各部位結(jié)構(gòu)不同，水分子擴散狀態(tài)也不同，因此在DWI圖像及ADC圖中均表現(xiàn)為層狀結(jié)構(gòu)。生發(fā)層產(chǎn)生成神經(jīng)細胞、神經(jīng)膠質(zhì)細胞和室管膜細胞[9]，細胞密度高，細胞外間隙窄，水分子擴散受限嚴重，DWI呈高信號，ADC圖呈低信號(ADC值較低)；室周層、中間帶及皮質(zhì)下層均屬胎腦白質(zhì)成分，主要由正在定向遷移的未成熟神經(jīng)元、神經(jīng)纖維組成，細胞間隙疏松，水分子擴散受限程度較低，DWI以低信號為主，ADC圖呈較高信號(ADC值較高)，且由于神經(jīng)纖維及神經(jīng)元隨孕周移行，各層的組成成分及髓鞘化程度不同，較難單獨區(qū)分出室周層、中間帶和皮質(zhì)下層[6]；皮質(zhì)層由大量神經(jīng)元和神經(jīng)突觸形成，細胞較密集，細胞外間隙窄，水分子擴散受限嚴重，DWI呈高信號，ADC圖呈低信號(ADC值較低)。

圖4 正常胎腦區(qū)域ADC值與孕齡的線性回歸圖

本研究結(jié)果顯示，正常胎腦各部位ADC值有所不同，頂葉白質(zhì)ADC值最高，其次為枕葉白質(zhì)、額葉白質(zhì)、顳葉白質(zhì)、小腦半球、基底核、丘腦，腦橋ADC值最低，與既往研究[5-6]報道一致。大腦深部白質(zhì)ADC值較高的原因可能與其灰質(zhì)核團髓鞘化過程晚于小腦半球、基底核、丘腦、腦橋有關(guān)，髓鞘化過程中ADC值減低[10]；此外，胎兒腦白質(zhì)主要由神經(jīng)膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞組成，這些大分子結(jié)構(gòu)疏松，單位體積內(nèi)所含細胞及細胞膜少，細胞外間隙寬，因此水擴散受限程度低；同時也不除外在勾畫胎兒大腦深部白質(zhì)ROI時包含了部分生發(fā)層及皮質(zhì)層，而這些組織ADC值較高[10]。總的來說，正常胎腦各部位ADC值的變化特征遵循了基于成熟度和髓鞘形成的預(yù)期排序，可反映出胎兒大腦不同部位在細胞增多、神經(jīng)元成熟和髓鞘增多等因素作用下發(fā)育方面的差異[1]。

本研究中，線性回歸分析結(jié)果顯示正常胎腦頂葉、顳葉及枕葉白質(zhì)、基底核、丘腦、小腦半球及腦橋ADC值均與孕齡呈負相關(guān)，即ADC值隨孕齡增加而減低，且以小腦半球ADC值下降速度最快，與國內(nèi)外早期相關(guān)研究[5-6]報道基本一致。既往研究[4]已證實ADC值的逐漸下降是由多種因素造成的，隨著孕齡增加，大腦總含水量逐漸降低、脂質(zhì)濃度逐漸升高、細胞內(nèi)大分子濃度逐漸增加、膜表面-細胞體積比逐漸增大，均可能導(dǎo)致ADC值減小。

2014年Hoffmann等[3]研究報道，在任何測量區(qū)域內(nèi)胎腦ADC值均未隨孕齡發(fā)生顯著變化，其測量區(qū)域、ROI勾畫方法與本研究一致，但結(jié)果與本研究有出入，分析原因可能有兩方面：①Hoffmann等[3]的研究樣本量較小(僅48胎)且孕齡范圍相對較窄(26～33孕周)，其中孕中期孕婦(≤28孕周)僅6名，無法全面反映胎腦區(qū)域ADC值與孕齡的關(guān)系；而本研究收集的樣本量更大(106胎)、孕齡范圍更廣(23～37孕周)，且各孕齡孕婦分布相對均勻，能有利于推測區(qū)域ADC值與孕齡的相關(guān)性；②Hoffmann等[3]的研究在進行DWI掃描時b值為0和700、1 000 s/mm2，本研究中b值固定為1 000 s/mm2。有研究[11-13]報道，b值為1 000 s/mm2時DWI圖像組織對比度好、清晰度高，而ADC值較低；但不同b值對胎腦ADC值、圖像質(zhì)量的影響目前尚存在爭議，仍有待未來進一步研究。

2007年Schneider等[4]研究報道，胎腦不同部位中僅小腦半球、丘腦及腦橋ADC值與孕齡呈負相關(guān)，而幕上腦白質(zhì)及基底核ADC值在孕30周前表現(xiàn)為上升趨勢，此后則呈下降趨勢。本研究與Schneider等[4]的研究結(jié)果不一致的原因可能為：①Schneider等[4]的研究中ROI面積過大(84 mm2)且形態(tài)固定，不利于避免生發(fā)層、皮質(zhì)層和腦溝對ADC值測量的影響，而本研究則選用不同形狀、不同大小的ROI進行測量；②b值不同，Schneider等[4]的研究中b值為500、1 000 s/mm2。

總之，正常胎腦區(qū)域ADC值隨孕齡增加表現(xiàn)出一定的規(guī)律性變化，能夠反映胎腦發(fā)育過程。