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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髂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MRI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(Length of folded cortical margin LFCM),整体未折叠皮质边缘长度值(Length of unfolded cortical margin LUCM)。定义折叠度(Degree of cortical folding 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(p0.001)。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MRI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3.0TMRI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Amira 4.1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。

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