磁共振功能成像在胎盘植入诊断的应用进展

车锦连 综述 龙莉玲 审校

胎盘发育正常、胎儿娩出后胎盘分离顺畅对良好的母婴结局至关重要。胎盘植入（placenta accreta spectrum，PAS）指的是中间蜕膜层形成不足导致胎盘滋养层细胞异常附着或侵入子宫肌层，根据侵犯程度不同分为胎盘粘连、胎盘植入和胎盘穿透［1,2］。剖宫产率的增高、高龄产妇的增加、宫内操作手术增多及辅助生殖技术应用等因素，导致PAS 的发病率在全球范围不断上升，过去四十年间，PAS 的发生率从1/30 000 上升到1/300［2,3］。PAS 可导致无法控制的产科大出血等不良结局、危及产妇及胎儿生命，其诊断和治疗是产科面临的巨大挑战。产前准确判断是否存在PAS 及植入的部位、范围及程度，了解胎盘血流灌注、氧合功能等状态，对临床病情评估、制定治疗方案及预测预后具有重要指导意义。

目前，超声是产前诊断PAS 的首选，但易受孕妇体型、肠道气体、骨骼、操作者经验等多种因素的影响，判断PAS 深度及周围毗邻结构关系时准确度不高，尤其是当PAS 位于子宫后壁时［4-6］。近年来，由于MRI 的迅速发展和广泛应用，在胎盘植入的诊断中发挥着越来越重要的作用。MRI 软组织分辨率高，具有大范围、多序列多参数多方位成像优点，能清楚显示PAS 部位、范围及类型等，可弥补超声的不足［4-7］。常规MRI 可显示胎盘植入的形态学改变：如子宫肌层变薄、胎盘-子宫肌层界面中断、胎盘内部信号不均、胎盘局限性膨突、胎盘床异常血管增生，以及PAS 侵入或穿透子宫肌层等［8-10］。但对这些征象的判断存在一定主观性，产前MRI 诊断的准确性仍然不确定，且很大程度上依赖于放射科医生的专业知识及临床经验。在一项研究中，常规MRI 与超声结合诊断PAS 敏感度为77%～88%，特异度为96%～100%［11］。而另一项研究则显示［12］，近一半PAS 病例在分娩前未能准确诊断。究其原因，在超声和MRI 检查中，并不是所有PAS 病例都有典型的形态学表现，尤其在妊娠后期，随着胎儿增大、子宫肌层变薄，胎盘信号不均匀及胎盘-子宫肌层界限不清等因素，导致很难区分正常生理改变与病理变化。动态增强扫描可以更好地显示肌层的强化及观察胎盘-母体界面的异常血管结构，并可定量提取PAS 和正常胎盘之间显著不同组织增强参数［13］。然而，由于钆对比剂可通过胎盘屏障，对胎儿生长发育可能存在潜在的风险，限制了其在PAS 诊断中的应用。

随着MRI 功能成像技术发展，多种无创性、无需对比剂的功能成像已应用于评估胎盘功能及PAS 的探索研究，可提供胎盘组织结构、血流灌注及氧合状态等信息。扩散加权成像（DWI）反映组织的扩散情况，体素内不相干运动（IVIM）提供了组织的扩散和微循环灌注信息，扩散张量成像（DTI）可进行肌纤维束成像，动脉自旋标记（ASL）技术能够定量分析组织血流灌注状态，血氧水平依赖MRI（BOLD）可评估组织氧合状态，磁共振波谱成像（MRS）则反映组织代谢情况。本文就上述MRI 功能成像技术的原理及其在胎盘植入诊断中的应用进行阐述。

扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）

DWI 是目前唯一可以在活体组织内检测水分子扩散运动的无创性功能成像技术，在诊断PAS上应用最广泛、最成熟。活体组织水分子扩散运动受各种病理生理因素的影响，随着细胞内、细胞外水分和细胞组织密度的变化，这些水分子运动也随之发生改变。DWI 对组织内水分子流动性特别敏感，水分子扩散受限程度及运动快慢决定了图像的信号强度。表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）值可量化水分子扩散受限程度，扩散受限组织ADC 值减低。

当发生PAS 时胎盘母体面与子宫肌层界限消失［14］。妊娠晚期，随着胎儿增大子宫肌层明显变薄，典型的3 层结构常显示欠清，有时难以与PAS鉴别。Morita 等［15］于2009 年开始在1.5 T MR 扫描仪上利用DWI 评估PAS，发现当b 值为1000 s/mm2时胎盘组织呈显著高信号、子宫肌层为低信号，可清楚显示胎盘轮廓及胎盘-子宫肌层界面；而b值为0 时显示子宫肌层相对周围脂肪呈高信号，两者融合图像则可显示胎盘植入部位局部变薄的子宫肌层厚度，测得胎盘组织平均ADC 值为（1.7±0.1）×10-3mm2/s、子宫肌层平均ADC 值为（2.3±0.3）×10-3mm2/s。随后的多项研究［16-18］亦证实，胎盘-子宫肌层界面在b 值为1000 s/mm2图像上显示最清晰，利于准确测量胎盘组织的ADC值。有学者［19］在1.5 T 设备上单独应用T2WI 与T2WI联合DWI 诊断PAS 的效能进行比较，结果显示在常规快速T2WI 基础上增加DWI 序列可提高诊断PAS 敏感度，DWI 对胎盘-肌层界面异常具有较强的识别能力，但是该研究并没有发现不同植入类型之间DWI 表现存在差异，这可能与每组样本量相对较小有关。

根据水分子布朗运动的原理，胎盘内高细胞密度和丰富的细胞质导致在较高b 值的DWI 图像上，胎盘组织对于子宫肌层呈相对高信号，比常规MRI 序列更有助于显示异常的胎盘-子宫肌层界面。ADC 值则可量化组织的扩散受限程度，但目前多数ADC 值研究主要集中在正常胎盘及胎儿宫内生长发育异常的胎盘功能评估［16,18,20］，在PAS诊断方面的应用研究较少，可能是由于ADC 值无法有效鉴别正常胎盘和植入胎盘间差异，但确切原因仍待进一步研究探讨。

体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion，IVIM）

组织DWI 信号的衰减受水分子自由扩散及微循环灌注的影响，而基于传统单指数模型DWI所测得的ADC 值包含了组织微循环灌注和水分子的扩散两种成分，导致ADC 值高于真实扩散值。Le Bihan 等［21］于1986年首次提出了IVIM 的理论，该理论属于DWI 的发展和延伸。IVIM 最经典是双指数模型，该模型可准确反映组织的DWI信号与b 值呈指数衰减关系，且能很好地区分组织水分子的扩散及微循环灌注，可计算出D 值（真实的水分子扩散系数）、D* 值（灌注相关扩散系数、即假性扩散系数）和f 值（灌注分数）。

胎盘组织血供丰富，PAS 往往伴随着子宫-胎盘交界处的血管重构，大多数植入区域在胎盘基板内或下方都出现了过度增生的血管,且胎盘内血管直径与侵袭深度成正比［22］。一些研究已经在小鼠模型［23］和人类胎盘［24］中证实了IVIM用于评估胎盘血流灌注的可行性。人类胎盘是一个发育迅速的器官，在整个妊娠期间都会经历结构和功能的变化。研究发现，正常胎盘组织的D 值随着胎龄增加而降低，而D* 值和f 值则随胎龄增加而升高［25］。随着胎龄增加，尤其是妊娠最后几周，胎盘实质日趋成熟出现纤维化及钙化，导致扩散受限、D 值减低；D* 值和f 值升高则可能反映了孕晚期胎盘血流和灌注量在增多，以最大限度保证母体和胎儿间的物质交换。

在对PAS 患者研究中，Bao 等［26］利用3.0 T MR扫描仪对49 例孕妇（25 例PAS、24 例对照）行IVIM 检查，测量PAS 组的f 值和D* 值均显著高于对照组，f 值和D* 值的ROC 曲线下面积分别为0.93 和0.79，两组间D 值无差异。Lu 等［27］在1.5 T设备对99 例前置胎盘患者（其中胎盘粘连16 例、PAS 51 例、胎盘穿透8 例，24 例无异常）的研究结果显示，无异常者f 值和D* 值均显著低于PAS 患者，D 值在两组间差异无统计学意义。进一步组间比较发现，无异常者f 值明显低于胎盘粘连和胎盘穿透患者，但与PAS 组患者的f 值无明显差异（P=1）；D 值和D* 值在4 组间比较差异无统计学意 义。最近一项在3.0 T MR 扫描仪的研究［28］也得出相似结论，即PAS 患者的灌注分数f 值显著高于无异常者，但D 值及D* 值则无明显差别。上述研究表明，IVIM 参数f 值可用于定量评价PAS 的血流高灌注状态，这可能与PAS 患者胎盘床存在大量异常血管有关，更高的f 值可能预示着患者更差的预后。研究［29］证实，有大量失血者和需要输血患者的f 值高于无不良母婴结局者。PAS 患者和非PAS 者的D 值没有差异，可能意味着胎盘异常附着于子宫肌层的区域组织扩散并无发生明显改变。

DWI 和IVIM 技术的实施相对简单易行，且无需使用对比剂，对PAS 诊断及定量评价胎盘灌注价值显著，是目前研究热点。但IVIM 并不能全面、准确地反映复杂的胎盘组织特征，各参数所代表确切精准的病理生理学信息还需进一步研究证实。

扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）

DTI 是基于DWI 的一种新磁共振功能成像技术，对水分子的扩散更敏感。由于水分子在纤维微结构中的各向异性扩散，水分子沿着纤维走行方向的运动会比垂直方向更为剧烈，从而通过量化人体组织中水分子扩散速度和方向来反映组织的微观结构，无创地显示纤维束的方向和组成，可重建脑白质和肌肉组织中的纤维束（即所谓的纤维束成像），如骨骼肌、心肌和子宫肌层等［30-32］。

Fujimoto 等［33］利用3.0TMR研究正常人活体子宫肌层不同层间纤维结构及相关DTI 参数的差异，发现肌层的ADC 值最高，内膜层次之，结合带最小；FA 值结合带最高，其次为肌层，内膜层最低；三层结构的FA 值和ADC 值两两比较均有统计学差异，并且肌层纤维长度最长。另一项研究［34］显示，基于DTI 的纤维束成像可用于显示非妊娠妇女子宫肌纤维的排列和方向，并根据ADC、FA和纤维束造影图对子宫内膜癌浅肌层浸润进行定量评估，发现ADC 和FA 值在子宫浅肌层癌变区和非癌变区之间均有显著差异，浅肌层内癌变区的ADC 值明显减低、FA 值明显增高，证明了DTI在活体评估肿瘤浅表肌层浸润中的价值。

最近有研究者［35］在1.5 T MR 设备上尝试利用DTI 技术进行子宫肌层纤维束成像，观察胎盘植入患者子宫肌纤维束的连续性，并与PAS 的常规MRI 征象（胎盘内T2WI 暗带、子宫肌层不连续、子宫膨突、胎盘内异常血管）进行比较，结果显示，肌纤维束成像在区分植入性胎盘和正常胎盘方面表现了很高的诊断效能，ROC 曲线下面积为0.84；与常规PAS 征象结合进一步提高了诊断的准确度，ROC 曲线下面积为0.88。但目前为止，有关这方面的研究报道较少。胎盘组织侵入子宫肌层，可能导致子宫肌纤维束断裂，肌纤维束成像有望成为今后检测PAS 的一个新标记物。

然而，追踪PAS 的子宫肌层纤维并不容易，主要有两大挑战：首先，DTI 成像易受母体呼吸运动和胎儿运动的影响，需要严格的数据质量控制和运动校正；其次，妊娠晚期子宫肌层非常薄，无法像未怀孕的子宫肌层那样勾画出肌层的不同层间结构。因此，基于DTI 的纤维束成像对不同类型PAS 疾病检测能力仍需进一步深入研究。

动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）

ASL 利用动脉血中水分子质子作为内源性示踪剂，对通过兴趣区的血液进行标记，当这种被“标记的”血液流入组织时，它会降低组织中的可用磁化强度，因此在标记位置下游收集的图像信号较低，称为标记像。通过一组对照图像减去标记图像，可获得灌注图像，其信号强度与组织灌注量成正比，同时可定量测定组织的灌注参数［36］。ASL最先应用于颅脑病变的灌注成像，现已扩展到全身多个部位。

Gowland 等［37］于1998 年在0.5 T MR 扫描仪上将ASL 技术应用于人类胎盘研究，胎儿宫内生长迟缓的孕妇胎盘低灌注区域所占比例高于正常者［38］。后来在1.5 T MR 设备上的研究发现［39］，流动敏感交互反转恢复ASL 所测的血流灌注量与多普勒超声所测子宫动脉波动指数高度相关，妊娠期间胎盘灌注减少将导致胎儿小于正常胎龄。然而，传统ASL 技术对运动伪影及磁敏感伪影非常敏感，图像信噪比很低，非常不利于灌注变化的显示，其临床应用受到极大限制。自1998 年开创性研究［37,38］以来，ASL 应用于人类胎盘研究较少。最近有研究者［40］在3.0 T 设备上利用伪连续动脉自旋标记（pseudocontinuous ASL，pCASL）结合快速三维容积梯度和自旋回波（3D inner-volume gradient and spin-echo，GRASE）成像技术（3D-ASL）对正常孕妇胎盘进行成像，相较传统ASL，该技术在图像信噪比及时间分辨率上都有了很大提高。34 例正常孕妇分别在14～16 周和19～22 周各行一次扫描，检测胎盘血流量（placental blood flow，PBF）和动脉通过时间（arterial transit time，ATT），结果显示随胎龄增加，平均PBF 增加10.4%（P＜0.05），ATT 无明显变化（P＞0.72）；此外，整个胎盘PBF 图提供了比平均PBF 值更多的空间分辨诊断信息，这有助于理解胎盘潜在的血管结构及与灌注相关的病理变化［40］。缺血性胎盘疾病的高灌注相关图像参数在妊娠14～18 周与正常妊娠相比显著降低［41］。

尽管ASL（pCASL）被认为是一种很有前途的测量胎盘容积血流量方法，在检测正常胎盘功能及胎儿发育障碍方面发挥了重要作用，然而目前鲜见ASL 应用在评估PAS 相关报道，可能与ASL图像信噪比低而导致其临床应用受限有关。在PAS 状态下，胎盘内复杂的血供及异质性是否也存在ASL 不同灌注参数异常，尚未可知。

血氧水平依赖MRI（blood oxygenation level dependent MRI，BOLD-MRI）和氧增强MRI（oxygen-enhanced MRI，OE-MRI）

BOLD-MRI 是利用血液中的血红蛋白（hemoglobin，Hb）作为“内源性对比剂”来测量两种不同的氧合状态（正常或静息状态和低/高氧合状态）之间差异。氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白具有不同磁性，血氧饱和度变化会导致局部磁场磁化率变化。T2WI 和T2*WI 上信号强度变化取决于脱氧血红蛋白的数量。组织氧合的增加会减少脱氧血红蛋白的数量，导致信号增加，因为脱氧血红蛋白的超顺磁性具有很高的磁化率。毛细血管中血红蛋白氧饱和度变化被称为BOLD 效应，可通过信号强度变化及T2值、T2* 值或其弛豫时间的倒数（R2或R2*）来检测［42］。OE-MRI 是一种非常类似于BOLDMRI 的技术，是以氧分子作为对比剂通过T1WI 来完成，氧分子具有弱顺磁性，通过偶极相互作用缩短组织的T1值，导致T1WI 信号增强。

BOLD 主要应用于人脑功能的研究及检测肾脏、肝脏、心脏等器官组织的灌注和氧合状态。目前，BOLD 已应用于胎盘及胎儿宫内发育受限等疾病研究中。在孕妇氧负荷测试中，胎盘和胎儿一些器官的BOLD 信号随着血氧水平不同而改变。Sørensen 等［43］在1.5 T MR 设备的研究发现母体在高氧状态下，绒毛膜板氧合增加、其BOLD 信号强度增高，且高于胎盘基板的信号。在妊娠合并胎儿生长受限的研究中［44］，胎盘组织的R1值（1/T1）、R2* 值和血氧饱和度变化（△Po2）在妊娠正常组和重度生长发育受限组之间有显著性差异，证明BOLD 和OE-MRI 成像能够区分正常胎盘和存在生长受限的胎盘，有助于识别与胎儿宫内发育受限相关的胎盘功能障碍，并可能在临床上正确识别小于胎龄的胎儿。包雨微等［45］则在3.0 T MR 扫描仪利用BOLD-MRI 半定量评估植入胎盘（9 例）及正常胎盘（16 例）的氧合水平变化及其氧合情况分布特点，通过勾画整个胎盘、胎盘子宫侧及胎盘胎儿侧并测量计算各部分BOLD 信号增加百分比（△BOLD%），发现植入胎盘与正常胎盘组各部分的△BOLD%-时间曲线在吸氧后4～7 mins 均呈明显上升趋势，且植入胎盘组各部分△BOLD%均高于正常胎盘，说明BOLD-MRI 具有检测胎盘氧合功能的潜在价值，也间接证明PAS 对胎盘绒毛的氧合功能没有明显损害，这对临床无需对PAS病例进行供氧干预提供一定依据。从病理生理角度，PAS 之所以表现出更高的氧合反应可能与其伴随的血流灌注、对高氧反映更为敏感有关。

BOLD 及OE-MRI 也具有一定局限性，易受实验设计、氧流量、血流以及血容量、甚至产妇体位和子宫收缩等众多因素影响［46］，操作过程需严格控制好各种混杂因素。作为无创性评价胎盘氧合功能的唯一方法，BOLD 和OE-MRI 对增强PAS及胎盘相关疾病认识和诊断有重要意义。

磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy，MRS）成像

MRS 原理是基于化学位移，检测活体组织代谢物的化学分布及含量。不同代谢产物中同一种原子核在外磁场作用下进动频率不同，MRS 曲线上会形成不同位置的峰，每个代谢物峰下面积与代谢物浓度成正比。目前，MRS 以1H 和31P 的应用最广泛。

Weindling 等［47］于1991年在1.5 T MR 扫描仪上初次应用31P-MRS 研究人类胎盘的磷脂代谢，检测到三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）、磷酸单酯（phosphomonoesters，PME）及磷酸二酯（phosphodiesters，PDE）等代谢物与细胞能量代谢密切相关，宫内死胎的胎盘PDE 信号也和正常妊娠者不同。另一项利用1.5 T 设备进行的研究发现［48］，随孕龄增加正常胎盘PDE 和PDE/PME 比值随之升高，且早发型先兆子痫患者胎盘的PDE和PDE/PME 比值均高于正常对照组。由于PDE和PME 分别代表着细胞膜的降解和生成，随着孕龄的增加以及早期先兆子痫的发作，可能有更多细胞降解与凋亡。研究者利用1H-MRS 评估正常妊娠者和胎儿宫内发育受限者胎盘组织的代谢，发现胎儿宫内发育受限患者的胎盘胆碱峰明显降低甚至消失［49］，谷氨酰胺和谷氨酸复合物也降低［50］。上述研究显示，MRS 有可能为胎盘相关疾病的代谢改变提供新的检测指标。

MRS 具有通过非侵入性手段提供人体组织代谢信息的独特能力，但其临床应用面临诸多挑战，对磁场的不均匀性及运动伪影高度敏感，图像信噪比低，时间和空间分辨力也有待提高。目前，MRS 主要应用在正常胎盘及胎儿宫内发育受限或发育异常的胎盘代谢研究，而PAS 状态下的胎盘代谢情况尚未见有相关报道。

小结

综上，磁共振功能成像能够提供活体组织的扩散、微循环灌注、血流、氧合状态及代谢等诸多信息，成为无创性评估胎盘功能状态及生理病理改变的有效手段。尽管不同功能成像技术都存在着一定局限性，但随着技术进步和发展，多种成像技术的联合应用，功能MRI 成像提供的定量参数结合常规MRI 形态学改变，有望客观定量评估PAS。