三维MRI结合仿真内窥镜技术在胎儿面部成像中的应用价值

汪春红， 李小宝， 眭贺， 包雨微， 李茜， 庞颖， 孙子燕

胎儿颜面部畸形是一种体表畸形，如能在产前准确诊断，对患儿及其家庭具有重要的意义。2D和3D超声一直作为产前诊断的首选方法，但是具有一定的局限性，如软组织分辨率低、易受胎儿体位的影响等[1-2]。近几年来胎儿MRI在国内已逐渐广泛应用，但大多数研究中采用的是二维MRI技术。随着MR并行采集技术和多通道线圈的使用，胎儿三维MRI以及三维后处理技术正逐步取代传统的多平面二维MRI[3-4]。MR仿真内窥镜技术(magnetic resonance virtual endoscopy，MRVE)是以三维MRI影像数据为资源数据，以模拟光学内窥镜方式获得腔道内三维或动态三维解剖的一种后处理方法。目前MRVE作为一种无创性检查方法，几乎可应用于人体所有腔道器官的检查，如脑动脉瘤、胰胆管、结肠和侧脑室等[5-9]，但其在宫内胎儿方面的应用国内外目前文献报道较少[10]。本研究中采用三维MRI联合MRVE后处理技术对87例正常或异常胎儿面部结构进行评价，旨在探讨这项技术的临床应用价值。

材料与方法

1.病例资料

搜集在本院行产前超声检查且疑有胎儿先天畸形的87例孕妇的MRI检查资料，年龄19～42岁，平均27.2岁；孕周19～36周，平均28.5周。经产后随访证实，共26例患儿有面部畸形。所有胎儿检查均得到孕妇及家属的知情同意，并签署知情同意书。

2.超声检查方法

二维及三维超声检查使用Siemens Sequoia 521型彩色超声多普勒诊断系统，启动胎儿保护键，二维超声发射能量小于100 mW/cm2，探头频率为3.5～5.0 MHz。87例胎儿在超声检查怀疑有异常后，在同一天内由一位超声诊断主任医师进行复查并确认诊断，并建议进行MRI检查。

3．MRI扫描方法

MRI检查使用GE Signa 1.5T超导型MR仪，检查前先做好解释工作，消除孕妇的紧张情绪，未使用镇静剂及腹带。孕妇取仰卧位，平静呼吸，采用8通道相控阵体部线圈(Torso线圈)，在对孕妇腹部进行三个平面的定位像扫描后，先采用单次激发快速自旋回波序列(single shot fast spin echo，SSFSE)进行胎儿颅脑和胸腹部的横轴面、冠状面和矢状面扫描，扫描参数：TR 2100 ms，TE 90 ms，矩阵224×224，视野44 cm×44 cm，激励次数0.5，带宽62.5 kHz。层厚及层距根据胎儿的孕周和大小来决定。

胎儿三维成像使用三维稳态进动快速成像(three dimensional fast image employing steady-state acquisition，3D-FIESTA)序列，并使用阵列空间敏感性编码技术(array spatial sensitivity encoding technique，ASSET)技术(即并行采集技术，加速因子为2)和零填充内插处理技术(zerofill interpolation processing，ZIP)，扫描参数：TR 3.0 ms，TE 1.4 ms，矩阵224×224，视野36 cm×36 cm～40 cm×40 cm，激励次数0.5，带宽62.5 kHz，翻转角55°。3D-MRI平均扫描时间为14.5 s。

4.图像后处理

将扫描的原始数据传输至GE ADW 4.2工作站，使用Navigator 3.0软件进行三维图像后处理。MRVE的后处理操作分别由两位医师(分别有10年和8年放射诊断工作经验)独立完成。首先将原始图像叠加，产生一个由四帧图像组成的多平面重组图像的界面，从而可以在垂直相交的三个平面上同时观察到内窥镜的方位点和投射角度。本研究采用半自动阈值方法，即在原始采集图像上选择胎儿体表软组织与羊水的分界区，手工勾画一个圆形兴趣区(图1)，获取ROI内所有体素的信号强度的组方图。仿真内窥镜阈值定为羊水体素中的最小信号强度值。在navigator界面中选择相应的阈值后，即可获得胎儿面部及子宫内壁和胎盘的立体图像。

胎儿面部正常结构和畸形的诊断由两位儿科放射诊断副主任医师以上年资的医师独立观察2D-MRI、3D-MRI的原始图像结合MRVE作出诊断，诊断不一致时经协商达成一致意见。

5.统计学处理

使用GraphPad Prism 5和SPSS 13.0软件进行统计学分析，以P<0.05为差异有统计学意义。使用Bland-Altman图对两位医师进行仿真内窥镜成像时选取的阈值进行一致性分析。使用ROC曲线分析超声、二维MRI和MRVE图像对胎儿面部畸形的诊断效能。将两位医师基于超声和MRI对胎儿面部形态和结构的诊断结果划分为5个等级：0分，肯定为正常结构；1分，可能是正常结构；2分，不确定；3分，可能有畸形；4分，肯定有畸形或异常病变。后4个等级为诊断节点，第一个为阴性诊断结果。采用四格表卡方检验，计算诊断的敏感度和特异度，并绘制受试者工作特征(receiver operation characteristic，ROC)曲线，计算ROC曲线下面积(area under curve，AUC)，当AUC>0.9时提示诊断准确性较高，当AUC为0.7～0.9时提示诊断准确性中等，当AUC<0.7时提示诊断准确度较低，当AUC接近0.5时则认为该诊断无临床意义[11]。

图1 MR仿真内窥镜半自动阈值测量。a) 在3D-FIESTA图像上，在胎儿面部与羊水的交界区勾画圆形ROI； b) ROI内信号强度的组方图，阈值定义为羊水信号强度的最小值(虚线所示)。 图2 两位医师测量阈值的Bland-Altman分析图。两者间测量阈值的平均差值为0.885，差值的一致性界限95%置信区间为-15.165～16.935，两者的测量差值大部分位于一致性区间内(mean±1.96SD)。

结 果

FIESTA序列原始图像上，羊水呈高信号，胎儿面部、子宫壁和胎盘软组织呈中等信号，对比良好(图1)。胎儿面部结构仿真内窥镜重建的信号强度阈值选择：医师A为764～816，均值为797.7±12.6，95%置信区间为795.0～800.4；医师B为761～819，均值为796.9±11.4，95%置信区间为794.4～799.3。Bland-Altman分析图显示两位医师测量阈值的差值平均为0.885，一致性界限95%置信区间为-15.165～16.935(图2)。

随访结果显示共26例患儿有28处面部畸形或异常病变，胎儿双侧唇裂、牙槽弓裂3例，单侧唇裂14例、颌面部肿块3例(畸胎瘤1例，寄生胎2例)、面部赘生物1例、小颌畸形6例、喙鼻畸形1例，其中2例为多发畸形。MRVE技术可以多角度显示胎儿面部的解剖学特征(图3)，对胎儿面部畸形如唇腭裂等显示清晰，两位医师的诊断较明确(图4)。

超声、二维MRI和MRVE对胎儿颅面部结构的诊断结果见表1。

表1 三种图像对胎儿面部结构的诊断结果 (例)

三者间的差异有统计学意义(χ2=4.13，P<0.05)。三种方法诊断胎儿颅面部结构的ROC曲线见(图5)，AUC值分别为0.891(95%置信区间为0.813～0.968)、0.930(95%置信区间为0.861～0.999)和0.935，95%置信区间为0.866～1.000，超声和MRVE对显示胎儿面部结构的准确性较高。

讨 论

获取清晰的胎儿三维MRVE图像的前提是图像采集过程中保持胎儿体表结构的空间连贯性，无胎动的影响。因此需要使用快速3D序列来缩短图像采集时间，达到“冻结”胎动的目的。3D-FIESTA序列是一种快速稳态采集技术, 能产生高信噪比的图像。该脉冲序列利用稳态梯度在每个TR间期内使横向磁化重聚。TR时间短, 信号强度与TR无关而与T2/T1有关[12]。因此，该序列脉冲能增强T2/T1值高的组织(如羊水)的自旋时间，同时抑制T2/T1值低的组织(如胎儿体表软组织和胎盘)的信号，其成像效果就是使羊水显示为高亮信号，而胎儿体表和胎盘显示为中等信号，从而使羊水、胎儿体表软组织与胎盘之间形成显著的信号差异，提高了图像的对比度，保证所形成的三维图像边缘清晰锐利。笔者所采用的3D-FIESTA技术结合了并行采集技术(ASSET)，使采图像集时间较短(<20s)，孕妇仅需憋气1次即可完成全部容积数据的采集，受胎动影响较小，并有较高的组织对比度和信号噪声比，从而能获得满意的MRVE图像。

本研究显示，在羊水充足的情况下，3D FIESTA序列重组的MRVE图像可清晰直观地显示胎儿头面部的结构等，不受面部复杂结构及曲率变化的影响，获得类似于“胎儿照片”的整体印象观，可以把感兴趣区尤其是复杂的体表畸形旋转到最佳观察角度，不需采集标准的胎儿矢状面、冠状面和横轴面图像，减少扫描时间，从而减少胎动对图像的干扰。MRVE 是一种最早应用于血管成像的数据处理方法，主要技术原理是设置模拟光源(仿真成像)观察高、低信号分界处偏高信号区侧边缘形态，从不同的方向和角度对前方的结构进行图像重建。每一帧图像相当于通过一个四棱锥体视野观察到的景象，观察点相当于四棱锥体的顶点，四棱锥体的底即为视窗面积，视角可以在30°～120°内进行调整，视野的方向则可在三维空间自由旋转。

图3 正常胎儿面部。a)MRVE清晰显示胎儿面部形态；b)为图a的局部放大图。 图4 胎儿唇裂，超声和MRI均显示胎儿上唇裂隙样改变(箭)。a) 3D US； b) 2D MRI； c) MRVE图像。 图5 2D-MRI、超声和MRVE图像诊断胎儿面部异常的ROC曲线，AUC值分别为0.891、0.930和0.935，以MRVE图像的诊断效能最大。

胎儿MRVE技术的应用也存在一些不足之处。首先，清晰的MRVE图像的获取需要胎儿体表周围有一定量的羊水衬托，而羊水量过多、胎儿运动幅度较大时，易导致明显的运动伪影；其次MRVE是一种后处理技术，受到操作者技术的限制，不同的视角和阈值的选择都会影响到图像的质量。胎儿面部畸形最常见的是唇裂，而唇裂往往合并有更严重的腭裂畸形，超声和二维MRI均能有效地显示这两种畸形，而MRVE无法显示腭裂，因此，MRVE诊断腭裂的价值有限。

综上所述，利用快速3D-FIESTA采集的高分辨率三维图像，结合MRVE重建图像，可以多角度观察胎儿面部结构，能三维立体的显示胎儿面部的空间关系，对于显示胎儿面部的正常结构和畸形有重要价值，可以为临床产科手术或产后手术提供重要信息，有广阔的临床应用空间。