正常胎脑发育磁共振成像表现的研究进展

严陈晨综述，朱斌，茹彤审校

0 引言

1983 年MRI首次用于胎儿检查，对于产前常规筛查方法—超声而言，其只是一种辅助性检查手段，应用较少。然而近年来，随着MRI技术的不断发展，其独特的性能不仅和超声一起运用于发育畸形的诊断中，而且越来越多地运用在超声检查不足的胎脑发育评估之中。目前对于超声检查无法确诊的病例或者虽然超声显示正常，但仍存在神经系统发育高风险的病例，都会选择进行MRI扫描。

胎脑的发育演化精细复杂，尽管胎脑在MRI上可清晰表现出来，但不同孕周胎脑的正常MRI表现尚无描绘。现对国外近年来在胎脑发育及其正常MRI表现方面的研究进展作一综述。

1 幕上脑实质的发育

胚胎期的脑仅由单层神经上皮细胞组成。孕7周左右，前脑由深层神经上皮层(即室区或生发基质)和表层(即前板)2层细胞组成。前板的形成被认为是神经发生的开始，因为前板将成为未来皮质的第1层［1］。到目前为止，普遍认为迁移到前板的第1层细胞是从端脑背侧的室区以辐射状方式向间质迁移的细胞。然而，最近的一项研究发现了一些特殊细胞，称为皮层祖细胞，是从端脑基底部发出，以切线方向迁移的细胞，是在神经管完全闭合前，在端脑背侧室区细胞辐射状迁移至前板前发生的［1］。因此，组成前板的第1批细胞应该是这些皮层祖细胞。前板是由皮层祖细胞和神经元(在端脑背侧的室区中形成，辐射状迁移至前板)组成的，包括专有的Cajal-Retzius细胞和起源于他处、沿切线方向迁移的其他神经元［1］。前板分为2层:①外层-边缘区:位于软脑膜面下方;②内层-底板:早期产生的大部分细胞位于此。底板是一个临时结构，而边缘区作为皮质的第1层一直持续存在［2］。起源于端脑背侧室区并以辐射状迁移的大部分细胞是谷氨酸投射神经元。端脑背侧的皮质层/皮质下层产生了大多数的γ-氨基丁酸中间神经元，其余由内部神经节隆突以切线迁移方式形成［3］。神经元迁移的类型至少部分是根据神经递质的类型来调整的［1］。大部分神经元的迁移在孕26周内完成［3］。

底板由前板分裂形成［2］。底板成分较多，包括多种类型的神经元、神经递质、大量亲水性细胞外基质(extracellular matrix，ECM)和短暂的突触联系［2］。底板对正常皮质的形成至关重要。目前已发现底板具有3大功能:①它向丘脑皮层轴突发送趋化性轴突向导分子和遗传信号;②通过指导丘脑皮层连接的形成，在建立皮层定位方面发挥了重要的作用，如胼胝体纤维;③在促进胎儿与新生儿脑部功能连接方面发挥了重要作用［2］。

依据MRI上信号的差别，幕上脑实质从脑室边缘到软脑膜面大致可划分为4层:①室区(生发基质)—这是胎脑实质的最内层，位于侧脑室边缘，因为其内细胞含量高，所以表现为T2WI低信号，T1WI高信号;②中间区—位于室区外层，表现为T2WI、T1WI中等信号;③底板—位于中间区外层，因为其内含有高度亲水的ECM，所以表现为T2WI高信号，T1WI低信号;④皮质区(cortical plate，CP)—信号强度与室区相似，表现为T2WI低信号，T1WI高信号。幕上脑实质各层的划分在孕28周前较为清晰［2，4－5］。

室区(生发基质):在MRI上，生发基质层孕9周时可加以识别，随后体积不断增加，至孕23周后又迅速减小，孕28～30周左右开始消失，孕31周时，除了在额下角，其余处已不可见［6］。中间区:中间区的厚度随着孕周的增长而显著增加［2］。底板:在孕28周前，其直径相对固定，从0～4.5 mm不等［2］。孕28周后，底板开始消失，开始于脑沟深处，随后沿脑回嵴逐渐消失，仅在部分额叶与枕叶可见［2］。在颞叶前部，孕35周时底板仍然清晰可见，所以，在颞叶前部，底板一直持续存在。研究发现，在孕晚期，底板厚度突然减少，而非逐渐减少［2］。MRI上可见底板，是因底板内含有高度亲水性的ECM，当它溶解后，底板与周围层次便难以区分。ECM的溶解被认为与皮质板中轴突的生长有关［2］。随着胎儿成像技术的进步，可以采用弥散张量成像序列，通过对局部各向异性的测量，开发出皮质底板的其他特征，用来评估轴突的方向及其向皮质板内生长的情况［2］。弥散张量成像对来自母体或胎儿的运动伪影相当敏感，至今为止最成功的数据来自母体镇静剂使用后［2］。如伪影很重，则数据不能用来分析;如伪影较轻，则肉眼不易识别，但可不必校正。研究发现，孕28周后，皮质底板的表观弥散系数明显减少，可能与皮质底板中ECM的溶解有关［2］。CP:CP大致在孕20周左右形成。在胎脑发育过程中，CP中会发生广泛的程序性细胞死亡和突触的过度增生，故随孕周的进展，CP的厚度保持动态平衡，总的来说，CP直径的中位数从1～2.8 mm不等［2］。而在颞叶前部，CP的厚度随着孕周的增长而增加，在顶叶，CP厚度随着孕周的增长而减少，则可看成是此动态平衡的一种变异［2］。

幕上脑实质的发育也表现在弥散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)的变化上。随着孕周的增长，幕上脑白质的平均弥散值下降。这些发现提示，与T1WI和T2WI相比，DWI对胎脑正常发育变化及畸形变化都较敏感。随着技术的进步，将会进一步研究幕上脑实质各层的弥散性［7－9］。

2 脑沟形成

妊娠期间胎脑表面从开始的平滑逐渐变成有多重皮质折叠(也称脑沟形成)。研究发现，脑沟形成是皮质自身发育的结果［10］，包括皮质内/外层的微分生长和/或在皮质中呈放射状拉伸的神经胶质与轴突纤维所产生的物理张力［11］。脑沟的形成也和胎脑的细胞结构组成和皮质连接的复杂性有关。因为在胎脑的基本功能区，皮质折叠的模式变化较少，如运动和视觉功能区，而在较高级的皮质功能区，折叠模式变化较多［12］。

胎儿脑沟形成遵循有组织的时空模式［6，13］，脑沟先出现，随后出现更为复杂的二、三级脑沟。脑沟形成被病理学家认为是计算胎儿孕周最为精确的方法之一。胎儿脑沟的形成在MRI上已得到了较好的描述，这与胎儿尸检标本相比，有平均2周的延迟，部分原因是胎儿MRI分辨率所限制［6，13］。在脑沟刚开始被识别与脑沟在75%的胎脑中出现，也有平均2周的时间差［13］。总之，脑沟最初表现为一个平滑、浅显、开口较宽的凹陷，随孕周的进展逐渐加深、变窄［13］。

外侧裂是胎脑在MRI上最早出现的脑沟，孕18周前可见到［13］。最初表现为脑侧面一个平滑、浅显、开放的折叠，至孕23周，随后方岛盖的逐渐形成，外侧裂逐渐加深、变窄［13］。孕23周时，顶枕沟与胼胝体沟在75%的胎脑内侧面可见［13］。孕24～25周时，75%的胎脑中可见到距状沟和扣带沟，距状沟孕24周开始出现折叠，在孕30周可见其清晰的水平“Y”型［13］。孕26周，75%的胎脑中可见到中央沟，孕27周可见到中央前沟，孕28周可见到中央后沟，孕32周可将二者清晰区分，到孕34～35周时中央前、后沟显示较深［13］。孕27周，75%胎脑中可见到颞上沟，孕32周时可见到颞下沟［13］。孕29周在75%的胎脑中可见到额上沟和额下沟［13］。孕34周时，主要脑沟及一些二级脑沟在胎脑MRI上均可见。

脑沟形成是胎脑皮层发育的标志之一［6］。胎脑皮层发育包括3个阶段，即细胞增生、神经元迁移和皮层形成。神经元迁移异常会导致无脑回畸形［14］。无脑回畸形有2个主要的临床病理学分型，即脑沟回完全缺失(无脑回)和脑沟回较少(巨脑回畸形)。其他的一些颅内外畸形(如Miller-Dieker综合征、Walker-Warburg综合征等)，无脑回畸形是这些综合征的症状之一［15－16］。与超声相比，MRI不受颅骨伪影、探头、羊水量、母体体型等因素的影响，显示脑沟裂更为清晰［17－18］。通过MRI观察，如脑沟裂出现明显延迟或不出现，则标志着畸形的存在。无脑回畸形是胎脑皮层发育异常的最主要表现之一，临床预后较差。若能早期发现与诊断，便能采取最佳的产科干预手段。

3 脑室的发育

脑室壁在正常胎脑的发育中至关重要。脑室壁由室区(生发基质)组成，被认为是胎儿大脑半球的最内层［5］。室区，在妊娠早期相当厚，在妊娠中晚期逐渐变薄［5］。研究发现，随孕周的进展，侧脑室的直径变化较大［19］，在接近孕24周时，呈近圆球形，所以生理性胎儿脑积水通常在孕20～24周出现，而到接近足月时，呈狭长裂隙状，与幕上脑实质、基底神经节的发育有关［19］。对于侧脑室直径的测量，超声和MRI测量结果通常有所偏差。但最近有研究发现，在冠状位上进行侧脑室测量时，超声和MRI的测量结果高度一致［20］。在妊娠中晚期，侧脑室直径平均值为7～8.2 mm，上限值为10 mm。MRI检查发现胎儿单侧或双侧侧脑室三角区宽度为10～15 mm者诊断为轻度脑室扩张，16～20 mm者诊断为中度脑室扩张，＞20 mm者诊断为重度脑室扩张［21］。第三脑室直径在2～3 mm之间，若大于4 mm，提示可能存在畸形。第四脑室前后径的平均值为2～7 mm［20］。脑室扩张提示可能存在以下畸形:胼胝体缺失、皮层发育畸形、脑室旁灰质异位、小脑发育异常、脑室旁白质损伤、脑穿通畸形、脑软化症、脑室内出血和生发基质出血等［22－23］。

4 胼胝体的发育

胼胝体位于大脑半球纵裂的底部，是连结左右两侧大脑半球最大的神经纤维束，在大脑两半球之间起神经信息的整合作用，是人们能够进行有效认知的功能基础［24］。胼胝体分4部分:嘴、膝、体及压部，其发育主要是在孕12～20周，从头端向尾端发育，形成顺序依次为膝部、体部、压部和嘴部［24］。胚胎20周左右，这4部分已基本形成［25］。临床上孕20周以前一般不诊断胼胝体缺如，因为此期还属于其正常生长过程。

胼胝体最好在MRI层厚3 mm的正中矢状面上进行评估［25］。在T2WI的正中矢状面上，胼胝体表现为侧脑室与穹窿上方的一条弯曲的低信号带。胎儿胼胝体的长度在17～44 mm之间，厚度与新生儿相仿［25］。

5 灰质核团的发育

新纹状体与苍白球被认为是端脑的一部分，由前脑腹侧或大脑皮层下生发基质层内层的神经节隆突处的细胞发育而来的［6］。丘脑被认为是间脑的一部分，在胚胎发育早期，丘脑细胞由间脑室区/室下区的生发基质层发育而来。孕17～37周时，丘脑细胞由端脑的临时结构—神经节丘脑体发育而来［26］。神经节丘脑体从神经节隆突向丘脑方向延伸，并产生了切线方向向丘脑迁移的γ-氨基丁酸生成细胞［26］。

胎儿MRI上灰质核团的特征取决于胎儿的孕周。早期时，在T2WI上，与正在发育的脑白质相比，灰质核团呈相对等信号或稍低信号［27］。孕27周时，与内囊相比，灰质核团在T1WI上呈相对高信号［27］，在T2WI上呈相对低信号。灰质核团在DWI上的信号也发生了变化，随孕周的进展，丘脑和基底神经节的平均扩散率逐渐下降［8－9，26］。

6 颅后窝结构的发育

幕下脑由中脑与菱脑发育而来，小脑由室区和菱唇这2个生发基质区发展而来。小脑半球向两侧发展，小脑蚓部在中线区发展［28］。室区初始产生的是浦肯野细胞和深部小脑核，随后产生的是蓝状细胞、星形细胞和戈尔吉细胞［28－29］。菱唇主要位于后脑的背外侧，在顶部和背侧神经上皮的交接处。菱唇的喙部产生了小脑的颗粒细胞，菱唇的尾部产生了脑桥核和下橄榄核［28］。

与端脑发育类似，小脑最初是由室区的神经上皮细胞发育而来。孕3～8周，细胞从小脑室区向细胞含量少的边缘区迁移，形成了中间区［29］。在孕8～11周，外层的颗粒细胞层通过沿着小脑表面切线方向迁移，从菱唇发育而来，而内层的颗粒细胞层通过辐射状迁移形成［29］。

早在孕21周，胎儿MRI上小脑半球就表现出多层结构［30］。在T2WI上，深部灰质核团的中央区表现为低信号，中间的小脑实质表现为高信号，表面皮质表现为低信号［30］。孕30～31周时，在T2WI上，绒球小结叶表现为低信号［31］。随孕周的进展，小脑半球的直径不断增加。小脑半球的变化在DWI上也很明显，特别是随孕周的进展，平均扩散率逐渐下降［11］。

在孕20周时，小脑蚓部覆盖了第四脑室［30］。在正中矢状位上，小脑的主要脑沟在孕25～26周时可见，最早在孕21周时可加以识别［29，32］。小脑蚓部的最佳评估是在T2WI层厚3 mm的正中矢状面上［30］。

与腹侧脑干相比，背侧脑桥与背侧延髓早在孕23周，迟至孕25周，表现为T2WI低信号，T1WI高信号［30－31］。孕30～31周，小脑下脚处在T2WI上呈低信号［31］。孕31～32周，中脑在T2WI上呈低信号，T1WI上呈高信号。与小脑类似，随孕周的进展，在DWI上，脑桥的平均扩散率下降［9］。

7 髓鞘形成

髓鞘的特征是富含脂质，而蛋白含量较少。因此髓鞘形成导致胎脑内脂质和蛋白含量的增加，而含水量下降［6］。髓鞘以离心方式从尾端(脊髓和脑干)向头端(端脑)方向发展［33］。端脑的髓鞘形成是从中央沟开始，向外延伸至各极，枕极的髓鞘形成先于额极，额极先于颞极［34］。在皮层，髓鞘形成是以同心圆的方式展开的，而在皮层下白质区，髓鞘形成沿着功能决定束方向进行，感觉传导通路髓鞘形成优先于运动元路径［35］。联合区域是最晚一个髓鞘形成的区域，在一个给定的皮层-皮层下功能单位里，皮层先进行髓鞘形成［34］。

在MRI上，髓鞘形成表现为T1WI高信号，T2WI低信号，DWI高信号，DWI较T1WI和T2WI更为敏感［6］。髓鞘形成的信号改变最早于孕22周时在大脑脚和丘脑处可见，孕24周在脑干可见，孕25～28周时在内侧丘系中不断发展，最终达中脑，孕28周在小脑中脚处可见，孕32周小脑上脚处可见，孕33周在内囊后肢处可见［6，34］。在妊娠末期，脑干背侧的髓鞘形成较明显，而在橄榄核和小脑下脚处也开始出现髓鞘形成，齿状核、小脑白质、小脑蚓的髓鞘形成出现在孕38周左右［35］。

8 结语

以上综述了胎脑的的幕上脑实质、脑沟形成、脑室、胼胝体、灰质核团、颅后窝结构和髓鞘的发育及它们在MRI上的正常表现。应用MRI技术对胎脑的结构、功能和发育过程的进一步研究具有广阔的前景。临床上通过对胎脑发育的组织胚胎与正常MRI表现的认识，可对各种脑发育畸形做出早期、正确的诊断，更好地为临床产前诊断服务。

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