， ，，，,3

1. 上海理工大學醫(yī)療器械與食品學院(上海，200093)2. 上海兒童醫(yī)學中心(上海，200127)3. 上海醫(yī)療器械高等?？茖W校(上海，200093)

0 引言

磁共振胎兒成像是1983年由Smith 等第一次提出的。1985年Smith在低磁場強度(0.08-0.35)T下，使用T1加權、反轉(zhuǎn)恢復序列和質(zhì)子密度加權序列獲得到磁共振胎兒的圖像[1]。之后，有許多文獻報道MRI評價前置胎盤、孕產(chǎn)婦和胎兒解剖學方面的文章。但由于掃描時間過長，導致需要通過鎮(zhèn)靜減少胎兒運動，限制了磁共振胎兒成像的發(fā)展。

近幾年推出的新一代磁共振擁有更強的梯度,結(jié)合并行采集技術,大大加快了MRI掃描速度。其圖像質(zhì)量已經(jīng)能夠達到影像學診斷的標準。超聲一直是胎兒檢查的首選，但其不足之處是視野偏小，對肥胖﹑孕晚期、有子宮肌瘤﹑羊水過少﹑多胎等情況時對胎兒顯示欠佳[2]。本中心一項調(diào)查表明，經(jīng)過胎兒B超檢查后不能確診的再行磁共振檢查的陽性率達到95%以上?？梢娞篗RI可以進一步定性，可作為B超檢查的補充。MRI優(yōu)勢在于能提供高信噪比的圖像，與CT相比沒有電離輻射,允許多平面成像,越來越多的被用于胎兒檢查。

1 快速信息采集技術

1.1 信噪比

信噪比是磁共振成像一個很關鍵的參數(shù)。過去為了得到高信噪比的圖像往往使用較長的掃描時間。而在胎兒磁共振掃描中，較短的掃描時間并保證可以診斷的圖像信噪比是非常重要的。所以需要了解信噪比的原理和影響信噪比的參數(shù)。圖像的信噪比 SNRSE指圖像的信號強度與噪聲強度的比值[3]。場強并不是唯一影響信噪比的參數(shù),還有一些其他參數(shù)。如體素,采集時間,接收帶寬,和弛豫時間。自旋回波序列中信噪比與其他參數(shù)之間的相關性[4]，見(1)式所示 。

(1)

B0表示磁場強度,V是體素,Nex是采集次數(shù),Nph是K空間中相位編碼線的數(shù)量,BW是接收帶寬。采集次數(shù)和Nph乘積衡量圖像采集時間。TR和TE是重復時間和回波時間,T1和T2是弛豫時間。從式(1)可知,信噪比與磁場強度成正比,但高場強在胎兒的快速采集中的會產(chǎn)生很多影響。一是導致的一個局限信噪比優(yōu)勢,增加T1的弛豫時間。二是增加沉積的射頻能量(SAR)。目前，98%的關于磁共振胎兒成像的文獻報道是使用1.5T場強的磁共振。國外報道3.0T磁共振與1.5T相比并沒有明顯優(yōu)勢。目前胎兒磁共振絕大多數(shù)都是使用1.5T使用高場強提高信噪比的方法并不適用于磁共振胎兒檢查。需要通過其他的方法來獲得高信噪比的圖像。

1.2 基礎序列

1.2.1 快速回波序列(FSE)

快速回波序列(FSE)是一種快速成像技術, 通過減少射頻激勵的次數(shù)可以大大減少磁共振掃描時間。90°射頻脈沖激勵把質(zhì)子橫向磁化。之后不是使用一個180°射頻脈沖來創(chuàng)建一個單一的回波信號(如標準SE成像),是N個180°射頻脈沖應用于生成N個自旋回波，填充K空間的N條相位編碼線。MRI的采集時間縮短為相應SE序列的1/N。(圖1)獲得多個回波鏈來填充K空間,縮短了掃描時間。K空間中提到,圖像對比主要取決于K空間的中心。因此,T2加權或自旋密度加權可以通過晚或早填充K空間中心, 在使用FSE相比傳統(tǒng)的SE序列分別有一些差異。此外,因為連續(xù)應用多個180°脈沖使沉積的射頻能量(SAR)增加。因此, 胎兒磁共振成像使用小角度脈沖，使胎兒磁共振成像的采集時間大大縮短。如果胎兒胎動不明顯可以獲得滿意的診斷質(zhì)量的圖像，但頻繁的胎動會使圖像質(zhì)量降低。

圖1 快速回波序列(FSE)N個180°脈沖在90°脈沖后, 得到較長的信號，縮短了掃描時間。Fig.1 Fast echo sequence (FSE) N 180 ° pulse in the 90 °pulse, results to longer signal, and shortens the scan time.

1.2.2 單次激發(fā)快速回波序列(Single Shot FSE)

單次激發(fā)快速回波序列不同于快速回波序列。它通過一次90°脈沖激發(fā)后利用連續(xù)的聚焦脈沖采集K空間所需要的全部回波信號。單層圖像采集的時間小于1 s，整個掃描時間只需幾s。由于其除了水以外，其他組織的信號幾乎衰減。而胎兒生活在充滿羊水的環(huán)境中，使其有一個天然的對比效果。在臨床應用過程中主要用于MRCP，MRM等水成像。

1.2.3 半傅里葉采集單次激發(fā)快速自旋回波序列(Haste)

Haste只有略多于一半的總數(shù)量的相編碼線是通過采集獲得，其余的K空間填充使用鏡面對稱的K空間。一個相位編碼信號能填充兩根相位編碼線,所以獲得了較好的信噪比和分辨率。因為一個90°射頻后只需要填充多于一半的相位編碼線,所以掃描時間也相應減半。同時再使用單次激發(fā)技術再次縮短掃描時間,即使有胎動的情況下也能獲得滿意的診斷圖像。Haste序列的優(yōu)點是對患者運動和呼吸不敏感使它非常適合胎兒成像[5]。缺點包括由于T2在采集的N個回波鏈使圖像模糊,較高的SAR值和較低的信噪比[6]。對于胎兒成像,我們通常使用一個翻轉(zhuǎn)130°角為調(diào)整脈沖。這樣可以減少能量沉積,但代價是降低信噪比。在臨床的操作中，嘗試過使用螺旋槳技術(Propeller)的采集方法來降低移動偽影。結(jié)果證明螺旋槳技術確實可以降低小幅度運動的偽影，但對于大幅度的胎動偽影并沒有優(yōu)勢。

1.3 并行采集技術(Parallel Acquisition)

近年來磁共振成像最重大的進展是并行成像技術。它已經(jīng)成為磁共振胎兒檢查的重要手段[7]。并行采集技術的基本理論是減少K空間采集的密集度。利用相控陣線圈的優(yōu)點可以采集較少的MRI信號進行K空間相位編碼的低密度填充得到矩形的視野先進行傅里葉變化后再利用相控陣線圈的參考掃描的敏感度去除卷積偽影最后獲得需要的磁共振圖像,見圖2。

圖2 并行采集獲得MRI圖像Fig.2 Collected two phased-array coil K-space filled with low-density conducts after Fourier transform to obtain a convolution image artifacts and with reference to the scan sensitivity parallel acquisition, obtains MRI images after the above processing.

并行采集技術不但能夠有效的減少掃描時間。其重大的意義在于能使用多組相控陣線圈通過減少回波鏈的長度降低圖像的模糊效應來提高圖像的信噪比[8]。快速填充K空間的方法雖然加快了采集時間和減少了胎兒的運動偽影，但這是以犧牲信噪比作為代價的。并行采集技術的應用使圖像的信噪比有所提高，通過減少相位編碼填充的次數(shù)，使信噪比和采集時間都有所優(yōu)化。比如使用相控陣線圈2組分別采集信號相當于普通表面線圈采集2次，減少了一半的采集時間的同時，根據(jù)式(1)可的信噪比提高了1.41倍。圖3A圖未使用sense技術，圖3B使用sense技術后的圖像，顯而易見B圖的信噪比更好。胎兒頭顱透明隔間隙存在，側(cè)腦室后角寬。

圖3 SSFSE序列橫斷位T2圖像Fig.3 In SSFSE axial T2 image sequence,

2 胎兒磁共振的臨床應用

2.1 SSFSE T2加權序列

單次激發(fā)快速回波序列(SSFSE)T2加權序列和半傅里葉采集單次激發(fā)快速自旋回波序列(Haste) 是磁共振胎兒成像的最重要的序列[9]。飛利浦的單次激發(fā)快速回波序列稱SS-TSE序列，GE稱為SSFSE序列，西門子稱為Haste序列。SSFSE序列的特點是能夠掃一層出一層圖像，即便胎動頻繁對圖像的影響小。這些序列能夠清晰的顯示胎兒解剖學結(jié)構(gòu)。尤其適用于胎兒大腦充滿流體的腔包括(鼻腔、口腔、咽喉、氣管、胃和小腸,泌尿系統(tǒng),膽囊)、以及肺和胎盤，見圖4。同時在大腦的解剖結(jié)構(gòu)顯示上有明顯的優(yōu)勢,允許小FOV(最低為170 mm)成像和具有較高的組織對比。當需要評估膽囊病變時，將序列改成長TE(> 250 ms)能夠提供更好的對比。,因為該序列能夠描述組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如先天性囊性腺瘤樣畸形等)[10]。2006年Brugger報道了在常規(guī)胎兒成像序列的基礎上的重T2加權單次激發(fā)序列，顯示了子宮內(nèi)的新的面貌[11]。重T2加權圖像便于評估整個胎兒,胎兒比例、表面結(jié)構(gòu)和四肢。

圖4 SSFSE的橫斷位T2序列顯示胎兒顱內(nèi)的解剖結(jié)構(gòu)Fig.4 SSFSE the axial T2 sequences can clearly display the fetal intracranial anatomy.

2.2 穩(wěn)態(tài)自由進動序列(SSFP)

快速穩(wěn)態(tài)自由進動序列(SSFP)提供的T2影像具有良好的組織對比[12]。飛利浦的快速穩(wěn)態(tài)回波序列稱為Balance TFE序列， GE稱為2D FIESTA序列，西門子稱為True FISP序列。SSFP序列的特點是無間隔,負間隔掃描,可用于回顧性重建。SSFP是磁共振胎兒成像中的白血序列即血管呈高信號。圖5能清楚的顯示血管結(jié)構(gòu)尤其是周圍有復雜血供的組織:如肝內(nèi)血管,頸部和四肢血管。此外,這些是唯一能清晰的顯示胎兒心臟的序列，可以完成胎兒心臟的動態(tài)成像。

圖5 SSFP序列矢狀位血管呈高信號Fig.5 SSFP sagittal sequence shows high signal sequences vessels, for the diagnosis of fetal congenital heart a great help.

2.3 T1加權成像

各種不壓脂T1加權序列一直用于胎兒磁共振成像。飛利浦的T1加權回波序列稱為TFE序列， GE稱為FIRM序列，西門子稱為FLASH序列。T1的掃描時間較長，空間分辨率不如T2[13]。孕產(chǎn)婦屏氣狀態(tài)下對于提高圖像質(zhì)量有一定的效果。從20孕周起垂體、甲狀腺在T1加權序列中是高信號。檢測胎兒甲狀腺腫[14]和甲狀位置可能提供額外的信息以防胎兒頸部疾病。在T1中肝臟也是高信號,因此T1加權序列已經(jīng)被用來確定先天性膈疝的位置[15]或腹壁缺損。由于高信號的胎糞能清晰的顯示腸段(大腸、小腸)，T1加權序列在胎兒腹部成像中是有重要意義的[16]。此外,T1加權序列能確定大量的脂肪組織,推算胎齡,可以界定胎兒的營養(yǎng)狀況[17]。也可用于顱內(nèi)出血和脂肪瘤的檢測[18-19]。

2.4 擴散加權成像(DWI)

擴散加權成像序列可以在不到20 s的時間中獲得胎兒磁共振成像。這項技術越來越多的應用在胎兒的腦部檢查[20]，由于DWI檢測缺血腦損傷有較高的敏感度[21]。圖6變化的表觀擴散系數(shù)(ADC)已被證明可以評估產(chǎn)前大腦的成熟度[22]。DWI也被用于研究胎兒肺成熟和胎兒肺擴散被[23]。

2.5 MRS的應用

近年來磁共振光譜學已經(jīng)成功應用于磁共振胎兒成像，大腦的磁共振光譜成像顯示信號為肌醇(Ino),膽堿(Cho),肌酸(Cr)和N -乙酰(NA)化合物。實驗結(jié)果表明：從30到41孕周絕對組織水平的鈉、NA / Cr比值和NA /Cho比值升高,而Cho/ Cr的比值降低。這些值的變化反映了大腦的成熟[24]。同時第一篇有關磁共振功能成像(fMRI)也被發(fā)表[25]。但MRS采集時間過長，只適用于孕周較長的胎兒。隨著影像技術的發(fā)展，在未來的磁共振胎兒檢查中會起到重要的作用。

2.6 SWI的應用

SWI是一種利用不同組織間的磁敏感性差異而成像的技術，對小靜脈、微出血和鐵沉積更敏感。飛利浦公司稱為VenoBOLD 靜脈血氧水平，GE稱為SWAN是T2加權血管造影，西門子稱為SWI磁敏感加權成像。SWI序列的特點是以T2*加權梯度回波序列作為基礎具有三維、高分辨率、高信噪比等特點。SWI是一項全新的技術，現(xiàn)階段還沒有關于磁敏感加權在胎兒磁共振的應用的報道。將來可能成為檢出胎兒顱內(nèi)微出血的主要手段。

圖6 不同b值的DWI圖像對于診斷缺血型腦損傷Fig.6 Various B-value DWI images helps a lot for the diagnosis of ischemic brain injury.

3 安全性控制

3.1 場強對于胎兒的影響

過去十幾年里，已經(jīng)有大量的文獻記載在磁場強度對于胚胎發(fā)育的影響。有證據(jù)表明,磁場能改變早期的青蛙胚胎分裂,但是這個效應不影響胚胎的發(fā)育[26]。 有研究表明,磁場可以影響小雞胚胎發(fā)展,但這些結(jié)果對于哺乳動物的影響并不一致[27-28]。總的來說,結(jié)論證明在低于1.0T的場強影響下是無副作用。但高于1.5T場強時可能改變DNA修復機制。

3.2 梯度場噪聲對于胎兒的影響

梯度場產(chǎn)生的MRI噪聲可達120 dBA。這樣的噪聲水平是否會損傷胎兒耳朵是一個問題。Glover等報道胎兒的耳朵充滿了羊膜流體防止能夠減少外部噪聲對耳朵的損傷[29]。有三個方法能降低噪聲對于胎兒和產(chǎn)婦的影響：

1)產(chǎn)婦可以佩帶聽力保護裝置的耳機來減少噪聲；

2)使用海綿墊使檢查部位和線圈隔離；

3)盡量選擇噪聲較小的脈沖序列同時縮短檢查時間。

3.3 SAR值的升高對于胎兒的影響

關于磁場強度使SAR值升高對于胎豬體溫變化實驗表明,在MRI采集過程中測量羊水、胎腦和胎腹的溫度，未發(fā)現(xiàn)溫度變化[30]。Hand等報道胎兒在MRI檢查中暴露于一個峰值約為40-60%的值在64 MHz,增加到約50-70%至127 MHz，符合美國食品和藥物管理局(FDA)及國際非電離輻射防護委員會(ICNIRP)標準需要控制的SAR值的平均值[31]。在設置掃描參數(shù)時，所有序列都要控制SAR值在3.0以下。

4 結(jié)論

隨著MRI序列和并行采集技術的發(fā)展，使磁共振胎兒檢查越來越多的應用于臨床。由于常規(guī)的胎兒B超檢查有一定的局限性。磁共振檢查能夠任意位置定位，有較高的信噪比和圖像對比度是B超檢查很好的補充。而且實驗證明，目前1.5T磁共振的磁場強度對胎兒沒有影響。這些優(yōu)勢對于將來磁共振胎兒檢查普及，提供了很有利的條件。

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