医学影像

胎儿小脑蚓部发育的影像学研究

作者:王彤,张军,中国医科大学附属盛京医院放射科 来源:中国临床医学影像杂志 日期:2017-01-10
导读

         小脑蚓部是连接双侧小脑半球的重要结构,常用于评估胎儿小脑发育情况与成熟度,与皮质的进化、维持肢体平衡、肌张力以及调节共济运动密切相关。小脑蚓部异常发育可导致多种颅脑畸形,也是胎儿后颅窝畸形重要原因,不同类型蚓部发育异常,预后差异极大,因此对胎儿蚓部准确而详细的评价十分重要。

关键字:  胎儿 | 小脑 | 影像 

        小脑蚓部是连接双侧小脑半球的重要结构,常用于评估胎儿小脑发育情况与成熟度,与皮质的进化、维持肢体平衡、肌张力以及调节共济运动密切相关。小脑蚓部异常发育可导致多种颅脑畸形,也是胎儿后颅窝畸形重要原因,不同类型蚓部发育异常,预后差异极大,因此对胎儿蚓部准确而详细的评价十分重要。

        对于小脑蚓部发育的研究,主要集中在超声,近几年,随着MR技术的飞速发展和其独特的优势,成为超声重要补充,并为胎儿蚓部发育异常的诊断提供了新的选择。现就这方面发展做一个简要的综述。

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        小脑蚓部分为上、下蚓。上蚓:小舌、中央小叶、山顶、山坡、蚓叶。下蚓:小结、蚓垂、蚓锥体、蚓结节。蚓部发育属胚胎后期,此时小脑生长开始转向外表面重塑,最终以横位走向,并覆盖第四脑室。始及蚓部,后向两个半球扩展。最先出现后外侧裂,把小脑主体及绒球小结叶分开,第四脑室倒“V”字型上髓帆周围的侧壁形成菱唇,并在中央融合,衍变为蚓部,外侧端则衍变为小脑半球。

        近年来,学者们着重于研究小脑发育的遗传调节机制,发现多种基因可以参与调控小脑的发生、发育,如otx2、gbx2基因调控小脑原基峡区,ru49/ziprol、zicl/2调控小脑神经元数量,调控小脑神经元迁移的reelingrcm以及小脑纤维联系的基因ephrin-A、Wnt3/7等。

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        小脑蚓部发育不全与多种脑部畸形相关,如常见Dandy-Walker畸形(DWM),Joubert综合征,Walker-Warburg综合征;13、18染色体异常也可造成蚓部发育不良[2]。蚓部缺失常伴有其他畸形或智力、精神异常,即使单纯蚓部发育不良也与精神分裂症、孤独症等相关。

        Dandy-Walker综合征(DWS)最常见,依照蚓部发育可分为:①DWM,小脑蚓部完全缺失或部分缺失。②Dandy-Walker变异(Dandy-Walkervariant,DWV),蚓部发育不良,多为下蚓部。③单纯颅后窝池增宽(Megacisternamagna,MCM),小脑蚓部完整,第四脑室正常,小脑幕上结构无异常。

        French总结DWS病因主要有4种:①胚胎期第四脑室出孔闭锁;②小脑蚓部融合不良;③神经管闭合不全形成神经管裂;④脑脊液流体动力学变化。DWS常不单独存在,可伴中枢和非中枢神经系统畸形,如胼胝体发育不良、侧脑室扩张、脑膨出、心脏畸形、唇、腭裂、多囊肾等。

        临床以DWM多见,发病率约为1/30000,常见于儿童,占先天性脑积水3%~4%,占囊性后颅窝畸形的14%。DWS多数预后不良,应尽早明确诊断,及时终止妊娠。

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        3.1胎儿超声超声检查

        由于直观、无射线、费用低,是胎儿影像检查的重要组成。胎儿脑内结构的重要横切面有三个,丘脑水平、侧脑室水平、小脑水平。胎儿小脑蚓部是通过小脑横切面和经过小脑蚓部的正中矢状面显示,而正中矢状面则可以最好的观察蚓部,完整、清晰的显示蚓部全貌以及其与后颅窝、第四脑室的毗邻关系。一般妊娠18周后,超声才可清晰显示胎儿颅内结构。所以在胎龄不到18周时,要慎重诊断蚓部发育畸形。随着超声技术发展,关于小脑蚓部发育的研究成果也颇为丰富。

        众多学者对正常胎儿蚓部大小及其随胎龄、小脑横径增长而发生的变化都做了不同程度的研究,主要集中在胎龄、小脑横径、双顶径、头围等相关性研究。Govaert等、Cuddihy等分别通过测量比较足月儿、早产儿及低体质量儿的小脑蚓部各径线数值,发现与同孕龄胎儿的数据基本一致,最先证明,通过超声来观察胎儿蚓部发育是可行、可信的。之后Malinger等应用超声对101例头先露胎儿做了蚓部前后径的测量,建立了超声下蚓部大小与孕周的关系图,得出具体参考值范围,21~22周时约为10mm,至39~40周时达25mm。而蚓部发育与小脑横径相关研究也在逐步深入,谢红宁等、刘炜等[10]发现小脑蚓部的体积与孕周、小脑横径均呈正相关,并且建立了当地区蚓部体积正常值范围及其与孕周、小脑横径之间的回归方程。

        在各种径线中,小脑横径增长最快,倍增时间约为5.5周;前后径增长最慢,前后径、上下径倍增时间为6周左右。典型DWM超声示:双侧小脑半球分离,中间无连接,小脑幕上旋,蚓部回声失落,颅后窝池无回声区明显增大,并与扩大的4脑室相互连通,部分伴有不同程度侧脑室扩张。DWV:小脑下蚓缺失/发育不良,或伴有颅后窝池增大/4脑室扩张,两者相互交通,连通处呈细管状。MCM:小脑蚓部完整,4脑室正常,幕上结构无异常。相比于DWM,DWV更常见,多为下蚓部发育不全,或伴4脑室轻度扩张,后颅窝体积相对正常,此型在超声检查中最不易检出,容易因扫查切面不规范等问题造成假阳性。且二维超声在显示小脑正中矢状切面上有一定困难,DWS各型的颅脑声像图相似,所以临床诊断工作更应注意各畸形间的鉴别。

        最近几年,研究者更是应用超声先进的三维成像技术展开了对胎儿小脑蚓部的全新探索。解左平等先是利用三维立体超声VOCAL技术,成功克服二维超声扫查困难与缺陷,获取了完整、清晰的小脑蚓部正中矢状切面,揭示了胎儿正常小脑蚓部的发育规律。梁泓等应用三维超声进一步扫查二维超声检查疑为DWS的患者,重建胎儿头部正中矢状切面,重新加以评估胎儿后颅窝的各解剖结构,重点观察小脑蚓部发育不全及上旋、第四脑室的扩大与后颅窝的相通、小脑幕上抬,发现三维经腹超声产前鉴别诊断DWS各亚型,有其明显的优越性。欧冰凌等、张浩等利用三维容积断层技术(TUI),逐层显示连续的胎儿脑矢状切面,显示成功率高达90.62%。而小脑蚓部发育与后颅窝毗邻结构是否有相关性及其规律、甚至性别差异是否会导致蚓部局部细微结构改变,有待更准确、精细的研究。

        超声凭借其独特优势,广泛应用于产前诊断。不但能发现母体腹、盆腔脏器的结构情况,且可以连贯地、动态地观察脏器的运动和功能,显示立体变化,不受成像分析限制,实时成像,亦可提供血流及运动的综合信息。但超声空间分辨力、组织分辨力都相对较低,胎儿多种脑发育畸形声像图表现相似,缺乏特异性,这时就需要MR做进一步筛查。

        3.2胎儿磁共振成像

        与超声比MR视野大、多方位快速成像、参数多、良好的软组织对比度、不受肥胖或羊水影响。对于磁场是否会影响胚胎发育,没有确凿证据。Coakley等指出MR检查的噪音和热效应可能造成胎儿的听力损害和畸形。且美国食品与药品管理局(FDA)建议应避免在妊娠前3月进行MR检查。在胎儿蚓部的研究中,常规应用SSFSE、HASTE序列(快速MR常用1.5T超导磁共振成像序列),它们是快速T2序列,每层扫描时间数秒,一个序列只需十几秒,大大缩短成像时间,明显减少胎动伪影。而T1序列应用较少,一般用于怀疑有出血的病人。Hatab等使用该MR技术测量小脑体积,研究了胎儿小脑发育曲线。随胎龄的增大,胎儿小脑体积呈现指数增长,相比于各径线增长速度,体积的变化更为显著。Patek等学者利用2004~2010年在胎儿保健中心确诊的DWM,小脑蚓部发育不良或不全,和大枕大池(MCM)病例,进一步细致地描述后颅窝畸形胎儿(PFA)颅内和颅外异常之间的关系,该实验涵盖大样本数据,不仅证明颅脑外的异常或遗传变异直接或间接影响PFA胎儿预后,并强调检查脑干发育的重要性,如果合并脑干异常发育,增加了罹患PFA可能。

        在利用标准矢状位、横断位研究蚓部解剖形态时,不同层面小脑蚓部厚度不一,曲率选取时可能会有偏差。Scott等则使用MR三维分析方法,很好地解决这一问题,通过测量胎脑MR3D重建图像的小脑体积,线性尺寸,和局部表面曲率,检测其不同孕周的变化,描绘了正常胎儿小脑在宫内发展轨迹。这与超声三维容积成像相似,部分容积效应也会使数据产生一定误差,另外,蚓部测量多于正中矢状面,但具体操作及测量方法缺乏详尽、统一的标准,如何尽可能的减少误差,完善测量标准,有待更多的前瞻性研究。

        近年来还有国内外学者利用高场强MR探究胎儿小脑发育,Liu等分别使用了7.0T和3.0TMR扫描117例14~40周胎儿小脑标本,较为全面地总结了各孕期小脑发育数据,相比1.5TMR其成像效果更加清晰,伪影少,数据也更加准确。Krishnamurthy比较了胎儿脑MR成像在1.5T和3.0T的比吸收率(SAR值)和图像质量,发现相比于1.5T,3.0T可能获得图像具有更高的分辨率和更好的信噪比,同时减少SAR值。

        但上述学者研究多用于胎儿标本图像,抑或极少数实验者,这主要为影像检查评估胎儿小脑发育提供较完整的解剖学依据,与活体胎儿的宫内成长有一定差异性,并不能直接应用于临床诊断。尽管3.0TMR胎儿产前诊断应用前景宽广,但面临的主要问题是如何降低噪声、SAR值和B1场的不均匀性。由于常规胎儿磁共振成像只提供了胎儿大脑的形态学变化,不能提供与之相关的生理学信息,这在胎儿颅脑病变的诊断和评估预后中存在一些不足。因此,功能MR也被积极尝试用于胎儿脑发育及疾病的研究中。

        如DWI包括表观扩散系数(ADC)图和扩散张量成像(DTI)、磁共振波谱(MRS)、血氧水平依赖功能磁共振成像(BOLD-fMRI)等,这都为疾病的预后提供更为准确评估,具有良好的应用前景。①DWI最常用于胎儿早期脑损伤,特别是急性期缺氧缺血性脑损伤,能准确判断病变的部位、数量、大小等;而胎盘功能不全或胎儿感染等引起的胎儿脑组织慢性缺血,此时病灶区白质ADC值减低。②DTI可以评价胎儿中枢神经系统白质束的完整性,显示细微白质纤维走行,反映胎儿脑发育的微观状态,在早期宫内发育迟缓、检测胎儿脑发育畸形如胼胝体缺如等方面有广泛的应用。③MRS可以了解胎儿脑损伤后的病理生理机制。N-乙酰天门冬氨酸(NAA)直接反映神经元的密度和活性,其含量降低反映神经元发育不成熟和损害,因此常作为胎儿脑发育观察的主要代谢物。④BOLD-fMRI既保留普通MR的解剖学成像特点,又可同时获得生理信息。血氧水平依赖BOLD效应即神经元兴奋能引起局部T2信号增强,可用于研究胎儿的视、听觉反射,它是fMRI的基础。目前,胎儿小脑的这方面研究仍匮乏,可参考利用整脑一fMRI方法研究小脑。⑤3DMR图像直观立体,类似“胎儿照片”,不受感兴趣区结构复杂曲率变化影响;MPR图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、冠、轴位,减少扫描时间,减少胎动干扰。

        综上,胎儿的小脑发育属胚胎过程中较为复杂的部分,它在脑发育中分化最早,却成熟最晚,形态较不规则,结构变化也较大。胎儿MR评价蚓部发育,与产前超声检查不仅具有良好的一致性,而且是继超声后很有力的产前大排畸辅助工具。且对于从第二孕期开始的脑发育,它还提供了一个更高的诊断价值。

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