体素内不相干运动序列定量评估孕中晚期胎盘弥散及灌注的研究

庞颖，包雨微，祝婷婷

华中科技大学同济医学院附属同济医院放射科，湖北武汉 430030；

子宫胎盘充足的血流灌注对于维持胎儿的正常生长发育至关重要。超声多普勒可检测到子宫动脉的流速波形，但对于测量得到的胎盘血流灌注在其深度、可重复性、可靠性以及量化指标等方面仍值得进一步探讨[1-2]。MRI 的软组织分辨率高，用于孕期检查的副作用尚无明确报道[3-4]。MRI 可以提供胎盘的形态学信息和生理学信息。使用基于多b值的体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion，IVIM）序列可分别量化评估弥散和灌注2种成分，模拟的情况更接近真实活体组织[5]。目前IVIM模型已广泛应用于成人中枢神经系统、肝脏、乳腺、前列腺等。由于胎盘含血量丰富，IVIM 研究灌注无需使用对比增强剂，故研究胎盘时具有更高的价值。本研究拟探讨IVIM 用于产前评估胎盘弥散和灌注的可行性，并在体探索胎盘灌注和孕周之间的关系，评估IVIM 无创评价胎盘成熟度的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集2016年10月—2018年2月因胎儿畸形而非胎盘病变于华中科技大学同济医学院附属同济医院行MRI 检查的43例单胎妊娠孕妇，均先行超声检查。孕妇无高血压、糖尿病、肾病等妊娠合并症。胎儿体重及脐动脉、母体子宫动脉血流均正常。孕妇年龄20～38岁，平均（29.0±1.7）岁；孕周19～39周，平均（30.4±0.5）周。43例胎儿畸形经超声检查其胎盘并无明显病变。其中22例为中枢神经系统畸形，如单侧或双侧脑室扩张；10例为胸部畸形，如肺隔离症；7例为腹部盆腔畸形，如肾积水；4例为骨骼肌肉系统畸形，如半椎体畸形。本研究经医院伦理委员会批准，所有孕妇或家属均签署知情同意书。

1.2 检查方法 采用Siemens Skyra 3.0T MR 扫描仪，选用18 通道腹部相控阵线圈。检查前告知孕妇扫描情况，并采用耳塞进行隔音。孕妇取仰卧位，无法耐受者取左侧卧位，脚先进，无需屏气扫描，先以胎盘为中心行HASTE 序列扫描，观察胎盘的信号和形态；然后再行轴位IVIM 序列扫描。扫描序列：①半傅里叶单次激发快速自旋回波序列（half-Fourier acquisition single-shot tubo spin-echo，HASTE）：TR 1100 ms，TE 87 ms，层厚4 mm，间距4.8 mm，激励次数1，视野（FOV）70 cm×40 cm；②IVIM 序列：TR 7600 ms，TE 76 ms，激励次数1，翻转角90°，层厚4 mm，间距2 mm，FOV 35 cm×48 cm。b值取0、50、100、150、400、700、1000 s/mm2，NEX 最高为5。同时在X、Y、Z 轴3个方向上施加弥散敏感梯度脉冲。具体FOV 根据实际扫描子宫胎盘大小及形态适当调整。

1.3 数据采集 剔除3例图像伪影较重或变形明显者，40例结合HASTE 序列，选取IVIM 序列胎盘显示良好的最大层面，尽量避开胎盘钙化、纤维化、囊变及出血区。为避免血管搏动产生伪影，选择距离胎盘插入点2 cm 以上的区域勾画感兴趣区（ROI）。由2位具有2年以上胎儿胎盘MRI 阅片经验的医师进行ROI 勾画，取平均值。ROI 包含蜕膜和绒毛膜，使用DKItool-022 软件测量获得快速表观扩散系数（D）、慢速表观扩散系数（D*）、快速扩散所占容积分数（f）。分别勾画胎盘胎儿侧及母体侧的ROI，计算胎盘内、外两侧的D、D*、f值。

1.4 统计学方法 采用SPSS 20.0软件，采用组内相关系数（ICC）分析2位阅片医师对胎盘D、D*、f值测量的一致性；采用Pearson 相关分析D、D*、f值与孕周的相关性。胎盘内、外侧D、D*、f值比较采用配对t检验。P<0.05 表示有统计学意义。

2 结果

2.1 不同b值胎盘IVIM 图结果 胎盘在不同b值下均显示为较高信号。在高b值（b=700、1000 s/mm2）情况下，子宫肌层为较低信号，胎盘-子宫交界面清晰可见（图1）。

2.2 测量参数一致性分析 2名阅片医师测量D值（ICC=0.814，P<0.05）和f值（ICC=0.911，P<0.05）的一致性良好，测量D*值的一致性一般（ICC=0.746，P<0.05）。

2.3 人类正常胎盘f值、D*值、D值与孕周的相关性孕中晚期f值为（35.81±8.84）%，与孕周呈负相关（r= -0.491，P=0.003）；D*值为（90.67±27.14）×10-3mm2/s，与孕周呈负相关（r=-0.380，P=0.027）；D值为（1.36±0.16）×10-3mm2/s，与孕周无相关性（r=0.076，P=0.314，图2）。孕中晚期孕妇侧胎盘 f值为（42.12±8.79）%，高于胎儿侧的（32.76±11.12）%，差异有统计学意义（t=2.093，P<0.05）。

图1 胎盘的轴位IVIM 图。A～G 中的b值分别为0、50、100、150、400、700、1000 s/mm2；胎盘（箭头）由于其细胞质丰富，细胞致密度较高，在IVIM 序列呈高信号；高b值图像示胎盘-子宫肌层分界面（箭）显示较为清晰，子宫肌层呈较低信号

图2 人类正常胎盘孕中晚期f值（A）、D*值（B）、D值（C）与孕周的相关性

3 讨论

目前国内关于人类胎盘扩散加权成像（DWI）的研究主要基于弥散单指数模型，该模型采用两点法反映线性关系。Federau 等[6]报道人体组织的DWI 信号衰减并非简单的线性关系，故此模型无法准确表征体素内水分子真正的弥散情况；而IVIM模型是经过优化处理的双指数模型，该模型提出活体组织的弥散（以胎盘为例）是由细胞外弥散和细胞内弥散2 部分组成。细胞外弥散是由压力梯度导致的血液流动，代表胎盘的微循环灌注；细胞内弥散是组织中水分子的布朗运动，代表胎盘组织内的弥散成分。双指数模型将水分子的弥散和组织微循环灌注分开，其拟合公式为S（b）=S（0）[（1-f）e_bD+fe_bD*][7]。其中S（0）是b值为0 时胎盘的DWI 信号强度；S（b）是相应b值的胎盘DWI 信号强度。该拟合模型和实际活体的情况更为贴近，所得数值更为准确[5,8-9]。

IVIM模型提供了一种无需造影剂评估胎盘的血 流灌注方法，评价指标包括f值、D值和D*值。胎盘内血流由母体部分和胎儿部分组成。胎盘胎儿面主要由丛密绒毛膜组成，胎儿母体面主要由底蜕膜和滋养层壳组成，中间为绒毛和绒毛间隙。胎盘有胎儿和母体2套血液循环途径。母体血液循环途径起源于子宫动脉，途经胎盘的绒毛间隙血池，最终汇入子宫静脉；胎儿血液循环途径起源于脐动脉，途经绒毛内的小血管汇入脐静脉。因此，依靠胎盘胎儿面的绒毛为胎儿血液循环；而依靠胎盘母体面的绒毛间隙则为孕妇血[10-11]。两者间仅间隔一层菲薄的胎盘膜。尽管这些存在于胎盘的胎儿与母体的血流具有不同的循环机制，但共同决定了IVIM 测量所得整体胎盘f值、D值和D*值[12]。

较小的b值反映D*值，代表血流灌注。对于胎盘，D*值与绒毛膜间隙的母体血流运动以及绒毛内毛细血管网中的胎儿血流运动相关。本研究中D*值测量的一致性较D值和f值稍差，与既往研究[12]结果一致，推测与D*值测量不稳定、极易受到噪声干扰有关。较大的b值反映D值，代表组织弥散，与分子布朗运动有关，故受到细胞大小及细胞膜的渗透性等组织生理学特征的影响。D值并不会随孕周而发生明显变化，反映了在胎盘成熟过程中伴随血管化形成的过程，而生理学特征如细胞体积以及细胞膜的渗透性改变并不显著[13]。

本研究所得平均胎盘灌注分数f 为35.36%，提示即使为孕中晚期，胎盘的灌注依旧处于高水平。本研究所得数值与Sohlberg 等[13]的研究所得32%比较接近，与Derwig 等[14]报道的胎盘中央区灌注分数约为35.1%一致，但低于Siauve 等[15]报道的42.5%。

IVIM 测得的f值在胎盘不同区域测量数值也有所不同。胎盘母体侧f值高于胎儿侧。母体侧胎盘的血流主要在绒毛膜间隙内流动。因血流不受血管壁的限制，其内血流形式为湍流，故流速范围波动较大。这些不同的流速造成测量所得的f值范围较大。f值随孕周下降而降低，与正常胎盘的组织学特征相吻合。Mayhew 等[16]研究发现，孕13～15周绒毛间隙内血的总容量相对于绒毛膜间隙及绒毛内的总容量百分比约为0.56，孕22～23周约为0.48，孕29～31周约为0.54，孕36～39周约为0.46，从而表现出逐渐减低的趋势。

本研究表明IVIM 可无创地评估胎盘的灌注，并具有直接、量化、敏感等特点。f值和D值均具有良好的测量一致性。IVIM 所得f值和D*值主要代表胎盘成熟过程中组织血管化的过程。IVIM 测量胎盘组织的血流运动较为合适[17]。这是因为其计算胎盘血流无需明确供血动脉的位置和方向。

形态学方面，胎盘在IVIM 不同b值均显示为较高信号，尤其在高b值条件下与周围组织相比信号依然较高，其原因为胎盘的细胞致密性较高，细胞质丰富。而在高b值（b=700 s/mm2和1000 s/mm2）条件下，子宫肌层为较低信号，胎盘-子宫交界面清晰可见，故IVIM 还可用于辅助诊断胎盘植入。

本研究存在一定的不足：临床MRI 检查胎儿时，完全正常的胎儿较少，故所选取的胎盘其胎儿均有畸形；但本研究通过超声形态学及脐带血流指数评估等方法进行了纳入样本的质控以保证研究结果的可靠性。