大脑皮质生前发育的高场强MRI研究

摘要

关于胚胎脑皮质发育的知识，长期以来缺乏系统完整的影像学资料。现阶段，临床对宫内胚胎主要应用超声检查，对于超声检查不确定或怀疑存在病变的胎儿再进行MRI检查。因此，现阶段关于胚胎脑皮质发育的影像学资料主要来源于超声与宫内MRI。超声检查是目前评价胎儿发育的首选影像学检查方法，其优点包括安全、经济、方便、可实时成像等。但超声有其明显的局限性，如空间分辨率、组织分辨率相对较低，对体型肥胖、羊水过少、成像区气体较多的情况显像质量较差。妊娠晚期胎儿颅骨及母体骨盆骨骼容易影响声波的穿透性，同时超声对一些畸形的表现无特异性。MRI技术的发展，特别是快速成像序列的采用，使宫内胎儿成像清晰度增加，使其成为继超声之后的最佳辅助诊断方法。但是，由于宫内胎儿采集场强通常为1.5 T，且受到采集序列、层厚的制约，同时还受到胎动、母体结构、母体动脉搏动等因素的影响，在清晰显示胎儿脑发育结构上存在不足之处。胎儿标本MRI不受宫内扫描的限制，可以有效的避免这些影响因素，成像质量得到提高，已有研究肯定了其在尸体解剖及胎脑发育研究中的应用价值。胎脑皮质发育过程中，其外部形态大小与内部细胞结构都会发生复杂变化。大脑皮质外表面的脑沟、内部层状结构、皮质折叠、表面积、体积与各种径线等都可以作为胚胎脑成熟的标志，对评价胚胎脑健康状况有重要意义。
　　 因此，在大样本、大孕龄跨度、高场强的标本MRI上显示人类胚胎大脑皮质的发育变化，获得其表面脑沟、内部层状结构的发育规律及皮质折叠、表面积、体积与各径线的准确测量值将是胚胎脑研究的突破。本研究旨在丰富与完善人类脑发育的胚胎学与影像学知识，为临床宫内胎儿脑发育状况诊断与评估提供指导，以提高异常胎儿诊断水平，提高人口出生质量，优生优育，同时提高早产儿存活率。
　　 本研究分为四个部分：1.脑沟的生前发育；2.皮质折叠的发育；3.皮质层状结构的发育；4.妊娠中期胎脑皮质发育的定量研究。
　　 第一部分：脑沟的生前发育
　　 目的：结合3.0T与7.0T胎儿标本MRl分析胎儿脑沟及其分支的出现时间。
　　 材料与方法：251例12-40周胎儿标本，3.0T MR扫描；并从中选取70例12-26周标本行7.0T MR扫描，选取两种场强与不同方位的MR图像，获得脑沟及其分支的出现时间。
　　 结果：本研究建立了一个新的脑沟发育时刻表。12周前，除外侧沟外，没有脑沟出现。至16周时，出现顶枕沟、距状沟、中央沟等脑沟。18周时，出现额上沟、颞下沟、中央前沟、眶沟、嗅束沟等。16.18周可视为脑沟出现最集中的时期。此时脑沟多为细小的‘脑沟根’。24周后可辨认中央后沟与顶内沟。26-27周可视为脑沟迅速加深、弯曲发育并开始发出分支的起点。扣带沟的次级分支最早可见于26周，30周后可见顶枕沟与距状沟的次级分支，三级分支多见于37周后。
　　 结论：此前神经病理学中已经被广为接受的脑沟的出现时间，也许需重新定义。胎儿脑沟的发育遵循特定时空规律，且应用标本MRI可以准确的显示其发育变化。本研究结果可以作为胎儿脑沟发育正常与否的参考。
　　 第二部分：皮质折叠的发育
　　 目的：应用3.0T标本MRI定量分析妊娠中、后三个月内胎脑皮质的生长趋势与折叠状况。
　　 材料与方法：131例14-40周胎儿标本，3.0T MR扫描后，统一选取经过胼胝体膝与压部下方的水平断面获取测量值。利用Photoshop与ZoomMagic软件测量全脑折叠皮质边缘长度值(LFCM)，整体未折叠皮质边缘长度值(LUCM)。定义折叠度(DCF)的计算方法为：(LFCM-LUCM)/LFCM。分析上述3值随孕龄的变化，并分析性别间、半球间的显著性差异。
　　 结果：LFCM(厘米)、DCF与GA(gestational age，孕龄)呈现为指数增长趋势，方程为：[LFCM=5.325 exp(0.079GA)；DCF=11.890 exp(0.043 GA)]。它们在26周后迅速增加，其可视为胎脑皮质与脑沟发育的转折点。LUCM与GA呈现对数增长，方程为：[LUCM=30.580 Ln(GA)-72.490]。26周后，其增速减慢。26周前后，上述三值存在显著性差异。性别间与半球间差异未发现。
　　 结论：胎脑体积在26周前先发育增长，此时几乎所有脑沟都已经出现；胎脑的表面积在26周之后迅速增加，此时脑沟迅速加深并剧烈折叠。本研究结果可为胎脑发育状况评估及临床诊断提供帮助。
　　 第三部分：皮质层状结构的发育
　　 目的：用3.0T与7.0T胎儿标本MRl分析大脑皮质发育过程中层状结构在妊娠中、后期的显示状况及其发育变化。
　　 材料与方法：46例14-40周胎儿标本，3.0TMR扫描，11例14-27周标本行7.0T MR扫描，选取不同场强与不同方位的MR图像，观察在此阶段内胎儿脑皮质层状结构的发育变化。
　　 结果：在T1加权的3.0T MRI上，14周时即可观察到层结构，18周后变得清楚。在7.0T MRI上，14周时可观察到4层结构；16周时，可观察到6层结构。18-23周时，层状结构发育典型，可观察到7层结构，与组织学上的7层结构相对应，且此时连续的室周纤维层和外囊纤维可以观察到。24-28周时，脑皮质层状结构变得不典型，且各层之间的界线不清晰。30周后，脑皮质层状结构消失并逐渐成熟。发育中的层状结构在组织学切片及MRI上都以枕叶及海马周围区最明显。16-28周时，3.0T T1加权MRI上，不同时期皮质下层内正在迁移的丘脑皮质纤维分别显示为其下、中、上部的高信号条带。
　　 结论：T1加权的3.0T MRI与T2加权的7.0T MRI可以很好的显示层状结构。胎儿脑皮质层状结构的发育遵循特定时空规律，且应用3.0T或7.0T标本MRI冠状位顶枕叶部图像可以最佳的显示其发育变化。
　　 第四部分：妊娠中期胎脑皮质发育的定量研究
　　 目的：应用7.0T胎儿标本MRI显示妊娠中三个月内胎脑皮质的发育状况，获得脑皮质的三维可视化模型及正常测量值，并分析与孕龄的变化趋势。
　　 材料与方法：69例12-22周胎儿标本，进行7.0T MR扫描。分别在横、矢、冠状位的T2加权MR图像上，应用Amira4.1软件分割脑皮质，并进行三维重建。
　　 结果：三维可视化模型可以如实的显示胎脑皮质的整体结构，对表面脑沟及其相互位置关系显示清楚。胎脑的各项测量值在此时期内与孕龄呈现直线增长，但速度不一。未发现测量值间在此时期内存在性别与半球间差异。
　　 结论：7.0T标本MRI可以较好的显示正在发育的胎脑皮质。三维可视化与定量分析对幼稚脑结构的宏观认识有大的帮助作用。