b值1 000 s/mm2 DWI正常胎脑区域ADC值与孕龄的相关性分析

徐梦莹，李春花，李 健，张 攀，洪子涵，郑琳升，陈 兵*

(1.宁夏医科大学研究生院，宁夏 银川 750004；2.宁夏医科大学总医院肿瘤医院放射科，宁夏 银川 750004)

近年来，胎脑发育异常、病理性胎脑损伤发病率逐年上升，迫切要求临床丰富产前诊断手段、提高产前诊断及治疗水平。DWI具有基于布朗分子运动非侵入性探测组织结构的能力；因此，通过测量ADC值可量化发育过程和病理过程，其在产前筛查中的应用可提供目前常规产前检查手段无法获得的成像数据[1]，有利于提高新生儿出生率及优生率。目前，国外已有采用DWI测量正常胎脑ADC值的报道[2-5]，但国内相关研究仍相对较少[6-8]。本研究收集具有正常神经发育结局的中晚孕期胎儿，测量胎脑区域ADC值并分析其与孕龄的关系，以期为产前筛查提供我国正常胎脑区域ADC值数据。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2016年6月—2019年1月于宁夏医科大学肿瘤医院接受DWI检查的106名中晚孕期孕妇的资料，年龄18～37岁，中位年龄27岁；孕23～37周，中位孕周32周，孕中期(13～27周)孕妇28名，孕晚期(≥28周)孕妇78名。纳入标准：①单胎妊娠；②产前超声怀疑异常但胎脑常规MR及DWI检查均未见异常，且产后随访证实新生儿神经发育正常(其中42名新生儿接受颅脑MR检查，结果显示正常；对其余64名新生儿的家属均进行电话随访，家属均否认异常)。排除标准：①经产前超声或MR检查明确诊断胎儿异常；②DWI整体图像质量较差或运动伪影明显，无法满足诊断要求。

1.2 仪器与方法 采用GE Signa HDxt 1.5T GEMSOC01超导MR扫描仪，8通道心脏线圈。检查前未予孕妇镇静药物。先行常规MR检查，具体扫描序列及参数：①快速平衡稳态采集(fast imaging employing steady state acquisition， FIESTA)序列T2WI，TR 3.5～5.0 ms，TE 1.0～2.0 ms，层厚4.0 mm，层间距0，矩阵224×224～256×256，FA 45°～60°；②单次激发快速自旋回波(single shot fast spin-echo， SSFSE， SSFSE)序列T2WI，TR 1 150.0～1 450.0 ms，TE 90.0～135.0 ms，层厚4.0 mm，层间距0，矩阵256×160～256×192，FA 90°。而后行DWI检查，采用单次激发平面回波(single-shot echo planar imaging， EPI)序列，TR 5 000 ms，TE Min，层厚4.0 mm，层间隔0，矩阵128×128，FOV 350 mm，在x、y、z轴方向分别施加扩散梯度，b值为1 000 s/mm2，扫描时间15～25 s。

1.3 图像处理与数据测量 将常规MR及DWI原始图像数据均传至AW 4.4工作站进行处理，获得ADC图。

由2名具有3年以上胎儿MR诊断经验的医师共同审阅图像并进行数据测量，有分歧时经讨论获得一致意见。ADC值测量方法：以同层面T2WI轴位图像为参考，在DWI图像上勾画15个ROI，包括额叶、顶叶、颞叶、枕叶白质区域ROI及基底核、丘脑、小脑半球区域ROI各2个(左右侧各一，尽量保证ROI放置在对称的解剖位置上且面积相等)及1个脑桥区域ROI。ROI尽量避免囊括生发层、皮质层及脑沟。由于颞叶、枕叶脑白质较薄且走行不规则，采用卵圆形ROI；其余部位均采用圆形ROI。ROI面积25～97 mm2。分别测量并记录各ROI的ADC 值，每个ROI测量2次，取平均值。

1.4 统计学分析 采用SPSS 23.0统计分析软件。计量资料以±s表示。采用线性回归分析不同部位ADC值与孕龄的相关性。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 正常胎脑DWI图像及ADC图特征 DWI图中,胎脑显示为层状结构，幕上脑实质轴位大体表现为不同信号的3层(图2)，由内向外依次为：生发层，呈高信号；室周层、中间带及皮质下层，呈低信号；皮质层，呈高信号。ADC图中同样可见不同信号的3层结构，由内向外依次为：生发层，呈低信号；室周层、中间带及皮质下层，呈高信号；皮质层，呈低信号。同为DWI低信号、ADC图高信号的室周层、中间带及皮质下层通常难以区分，仅在孕25前部分胎儿DWI图像及ADC图中可分辨出室周层、皮质下层，室周层位于生发层外周，呈中等偏高信号，皮质下层位于皮层下，呈偏高信号。

图1 测量胎脑区域ADC时15个ROI放置情况 A.双侧额叶(1、2)及顶叶白质(3、4)ROI； B、C.双侧颞叶(5、6)及枕叶白质(7、8)ROI； D.双侧基底核(9、10)及丘脑(11、12)ROI； E.双侧小脑半球(13、14)及脑桥(15)ROI 图2 孕24+5周胎脑DWI图像 胎脑显示为3层结构，由内向外依次为：生发层呈高信号，室周层、中间带及皮质下层呈低信号，皮质层呈高信号

一般情况下，生发层、室周层、中间带及皮质下层、皮质层表现出的这种不同信号的层状结构可识别至孕28周，但这种信号强度分层模式会随孕龄增加而发生变化。孕28周后，由于生发层厚度持续减少，中间带在深部白质区逐渐消失且其信号与室周层、皮层下层无法区分，分层结构基本消失，仅留下白质和灰质。

2.2 正常胎脑区域ADC值 正常胎脑ADC值从高至低依次为：顶叶白质[(1.84±0.08)mm2/s]、枕叶白质[(1.82±0.08)mm2/s]、额叶白质[(1.77±0.03)mm2/s]、颞叶白质[(1.70±0.13)mm2/s]、小脑半球[(1.41±0.10)mm2/s]、基底核[(1.40±0.13)mm2/s]、丘脑[(1.35±0.04)mm2/s]、脑桥[(1.27±0.08)mm2/s]。

2.3 胎脑区域ADC值与孕龄的关系 正常胎脑顶叶白质、颞叶白质、枕叶白质、基底核、丘脑、小脑半球及脑桥ADC值均与孕龄呈负相关(P均<0.05)，且其中小脑半球ADC值与孕龄的相关性最强；散点图显示额叶白质ADC值与孕龄无明显线性相关关系。见表1，图3、4。

表1 正常胎脑不同部位ADC值与孕龄间的相关系数及回归系数

图3 正常胎脑区域ADC值箱式图

3 讨论

DWI通过检测水分子扩散运动受限的方向和程度，反映胎脑发育过程中细微结构的变化规律[6]。幕上脑实质各部位结构不同，水分子扩散状态也不同，因此在DWI图像及ADC图中均表现为层状结构。生发层产生成神经细胞、神经胶质细胞和室管膜细胞[9]，细胞密度高，细胞外间隙窄，水分子扩散受限严重，DWI呈高信号，ADC图呈低信号(ADC值较低)；室周层、中间带及皮质下层均属胎脑白质成分，主要由正在定向迁移的未成熟神经元、神经纤维组成，细胞间隙疏松，水分子扩散受限程度较低，DWI以低信号为主，ADC图呈较高信号(ADC值较高)，且由于神经纤维及神经元随孕周移行，各层的组成成分及髓鞘化程度不同，较难单独区分出室周层、中间带和皮质下层[6]；皮质层由大量神经元和神经突触形成，细胞较密集，细胞外间隙窄，水分子扩散受限严重，DWI呈高信号，ADC图呈低信号(ADC值较低)。

图4 正常胎脑区域ADC值与孕龄的线性回归图

本研究结果显示，正常胎脑各部位ADC值有所不同，顶叶白质ADC值最高，其次为枕叶白质、额叶白质、颞叶白质、小脑半球、基底核、丘脑，脑桥ADC值最低，与既往研究[5-6]报道一致。大脑深部白质ADC值较高的原因可能与其灰质核团髓鞘化过程晚于小脑半球、基底核、丘脑、脑桥有关，髓鞘化过程中ADC值减低[10]；此外，胎儿脑白质主要由神经胶质细胞和少突胶质细胞组成，这些大分子结构疏松，单位体积内所含细胞及细胞膜少，细胞外间隙宽，因此水扩散受限程度低；同时也不除外在勾画胎儿大脑深部白质ROI时包含了部分生发层及皮质层，而这些组织ADC值较高[10]。总的来说，正常胎脑各部位ADC值的变化特征遵循了基于成熟度和髓鞘形成的预期排序，可反映出胎儿大脑不同部位在细胞增多、神经元成熟和髓鞘增多等因素作用下发育方面的差异[1]。

本研究中，线性回归分析结果显示正常胎脑顶叶、颞叶及枕叶白质、基底核、丘脑、小脑半球及脑桥ADC值均与孕龄呈负相关，即ADC值随孕龄增加而减低，且以小脑半球ADC值下降速度最快，与国内外早期相关研究[5-6]报道基本一致。既往研究[4]已证实ADC值的逐渐下降是由多种因素造成的，随着孕龄增加，大脑总含水量逐渐降低、脂质浓度逐渐升高、细胞内大分子浓度逐渐增加、膜表面-细胞体积比逐渐增大，均可能导致ADC值减小。

2014年Hoffmann等[3]研究报道，在任何测量区域内胎脑ADC值均未随孕龄发生显著变化，其测量区域、ROI勾画方法与本研究一致，但结果与本研究有出入，分析原因可能有两方面：①Hoffmann等[3]的研究样本量较小(仅48胎)且孕龄范围相对较窄(26～33孕周)，其中孕中期孕妇(≤28孕周)仅6名，无法全面反映胎脑区域ADC值与孕龄的关系；而本研究收集的样本量更大(106胎)、孕龄范围更广(23～37孕周)，且各孕龄孕妇分布相对均匀，能有利于推测区域ADC值与孕龄的相关性；②Hoffmann等[3]的研究在进行DWI扫描时b值为0和700、1 000 s/mm2，本研究中b值固定为1 000 s/mm2。有研究[11-13]报道，b值为1 000 s/mm2时DWI图像组织对比度好、清晰度高，而ADC值较低；但不同b值对胎脑ADC值、图像质量的影响目前尚存在争议，仍有待未来进一步研究。

2007年Schneider等[4]研究报道，胎脑不同部位中仅小脑半球、丘脑及脑桥ADC值与孕龄呈负相关，而幕上脑白质及基底核ADC值在孕30周前表现为上升趋势，此后则呈下降趋势。本研究与Schneider等[4]的研究结果不一致的原因可能为：①Schneider等[4]的研究中ROI面积过大(84 mm2)且形态固定，不利于避免生发层、皮质层和脑沟对ADC值测量的影响，而本研究则选用不同形状、不同大小的ROI进行测量；②b值不同，Schneider等[4]的研究中b值为500、1 000 s/mm2。

总之，正常胎脑区域ADC值随孕龄增加表现出一定的规律性变化，能够反映胎脑发育过程。