正常胎腦發(fā)育磁共振成像表現(xiàn)的研究進展

嚴(yán)陳晨綜述，朱斌，茹彤審校

0 引言

1983 年MRI首次用于胎兒檢查，對于產(chǎn)前常規(guī)篩查方法—超聲而言，其只是一種輔助性檢查手段，應(yīng)用較少。然而近年來，隨著MRI技術(shù)的不斷發(fā)展，其獨特的性能不僅和超聲一起運用于發(fā)育畸形的診斷中，而且越來越多地運用在超聲檢查不足的胎腦發(fā)育評估之中。目前對于超聲檢查無法確診的病例或者雖然超聲顯示正常，但仍存在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育高風(fēng)險的病例，都會選擇進行MRI掃描。

胎腦的發(fā)育演化精細(xì)復(fù)雜，盡管胎腦在MRI上可清晰表現(xiàn)出來，但不同孕周胎腦的正常MRI表現(xiàn)尚無描繪?，F(xiàn)對國外近年來在胎腦發(fā)育及其正常MRI表現(xiàn)方面的研究進展作一綜述。

1 幕上腦實質(zhì)的發(fā)育

胚胎期的腦僅由單層神經(jīng)上皮細(xì)胞組成。孕7周左右，前腦由深層神經(jīng)上皮層(即室區(qū)或生發(fā)基質(zhì))和表層(即前板)2層細(xì)胞組成。前板的形成被認(rèn)為是神經(jīng)發(fā)生的開始，因為前板將成為未來皮質(zhì)的第1層［1］。到目前為止，普遍認(rèn)為遷移到前板的第1層細(xì)胞是從端腦背側(cè)的室區(qū)以輻射狀方式向間質(zhì)遷移的細(xì)胞。然而，最近的一項研究發(fā)現(xiàn)了一些特殊細(xì)胞，稱為皮層祖細(xì)胞，是從端腦基底部發(fā)出，以切線方向遷移的細(xì)胞，是在神經(jīng)管完全閉合前，在端腦背側(cè)室區(qū)細(xì)胞輻射狀遷移至前板前發(fā)生的［1］。因此，組成前板的第1批細(xì)胞應(yīng)該是這些皮層祖細(xì)胞。前板是由皮層祖細(xì)胞和神經(jīng)元(在端腦背側(cè)的室區(qū)中形成，輻射狀遷移至前板)組成的，包括專有的Cajal-Retzius細(xì)胞和起源于他處、沿切線方向遷移的其他神經(jīng)元［1］。前板分為2層:①外層-邊緣區(qū):位于軟腦膜面下方;②內(nèi)層-底板:早期產(chǎn)生的大部分細(xì)胞位于此。底板是一個臨時結(jié)構(gòu)，而邊緣區(qū)作為皮質(zhì)的第1層一直持續(xù)存在［2］。起源于端腦背側(cè)室區(qū)并以輻射狀遷移的大部分細(xì)胞是谷氨酸投射神經(jīng)元。端腦背側(cè)的皮質(zhì)層/皮質(zhì)下層產(chǎn)生了大多數(shù)的γ-氨基丁酸中間神經(jīng)元，其余由內(nèi)部神經(jīng)節(jié)隆突以切線遷移方式形成［3］。神經(jīng)元遷移的類型至少部分是根據(jù)神經(jīng)遞質(zhì)的類型來調(diào)整的［1］。大部分神經(jīng)元的遷移在孕26周內(nèi)完成［3］。

底板由前板分裂形成［2］。底板成分較多，包括多種類型的神經(jīng)元、神經(jīng)遞質(zhì)、大量親水性細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)和短暫的突觸聯(lián)系［2］。底板對正常皮質(zhì)的形成至關(guān)重要。目前已發(fā)現(xiàn)底板具有3大功能:①它向丘腦皮層軸突發(fā)送趨化性軸突向?qū)Х肿雍瓦z傳信號;②通過指導(dǎo)丘腦皮層連接的形成，在建立皮層定位方面發(fā)揮了重要的作用，如胼胝體纖維;③在促進胎兒與新生兒腦部功能連接方面發(fā)揮了重要作用［2］。

依據(jù)MRI上信號的差別，幕上腦實質(zhì)從腦室邊緣到軟腦膜面大致可劃分為4層:①室區(qū)(生發(fā)基質(zhì))—這是胎腦實質(zhì)的最內(nèi)層，位于側(cè)腦室邊緣，因為其內(nèi)細(xì)胞含量高，所以表現(xiàn)為T2WI低信號，T1WI高信號;②中間區(qū)—位于室區(qū)外層，表現(xiàn)為T2WI、T1WI中等信號;③底板—位于中間區(qū)外層，因為其內(nèi)含有高度親水的ECM，所以表現(xiàn)為T2WI高信號，T1WI低信號;④皮質(zhì)區(qū)(cortical plate，CP)—信號強度與室區(qū)相似，表現(xiàn)為T2WI低信號，T1WI高信號。幕上腦實質(zhì)各層的劃分在孕28周前較為清晰［2，4－5］。

室區(qū)(生發(fā)基質(zhì)):在MRI上，生發(fā)基質(zhì)層孕9周時可加以識別，隨后體積不斷增加，至孕23周后又迅速減小，孕28～30周左右開始消失，孕31周時，除了在額下角，其余處已不可見［6］。中間區(qū):中間區(qū)的厚度隨著孕周的增長而顯著增加［2］。底板:在孕28周前，其直徑相對固定，從0～4.5 mm不等［2］。孕28周后，底板開始消失，開始于腦溝深處，隨后沿腦回嵴逐漸消失，僅在部分額葉與枕葉可見［2］。在顳葉前部，孕35周時底板仍然清晰可見，所以，在顳葉前部，底板一直持續(xù)存在。研究發(fā)現(xiàn)，在孕晚期，底板厚度突然減少，而非逐漸減少［2］。MRI上可見底板，是因底板內(nèi)含有高度親水性的ECM，當(dāng)它溶解后，底板與周圍層次便難以區(qū)分。ECM的溶解被認(rèn)為與皮質(zhì)板中軸突的生長有關(guān)［2］。隨著胎兒成像技術(shù)的進步，可以采用彌散張量成像序列，通過對局部各向異性的測量，開發(fā)出皮質(zhì)底板的其他特征，用來評估軸突的方向及其向皮質(zhì)板內(nèi)生長的情況［2］。彌散張量成像對來自母體或胎兒的運動偽影相當(dāng)敏感，至今為止最成功的數(shù)據(jù)來自母體鎮(zhèn)靜劑使用后［2］。如偽影很重，則數(shù)據(jù)不能用來分析;如偽影較輕，則肉眼不易識別，但可不必校正。研究發(fā)現(xiàn)，孕28周后，皮質(zhì)底板的表觀彌散系數(shù)明顯減少，可能與皮質(zhì)底板中ECM的溶解有關(guān)［2］。CP:CP大致在孕20周左右形成。在胎腦發(fā)育過程中，CP中會發(fā)生廣泛的程序性細(xì)胞死亡和突觸的過度增生，故隨孕周的進展，CP的厚度保持動態(tài)平衡，總的來說，CP直徑的中位數(shù)從1～2.8 mm不等［2］。而在顳葉前部，CP的厚度隨著孕周的增長而增加，在頂葉，CP厚度隨著孕周的增長而減少，則可看成是此動態(tài)平衡的一種變異［2］。

幕上腦實質(zhì)的發(fā)育也表現(xiàn)在彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)的變化上。隨著孕周的增長，幕上腦白質(zhì)的平均彌散值下降。這些發(fā)現(xiàn)提示，與T1WI和T2WI相比，DWI對胎腦正常發(fā)育變化及畸形變化都較敏感。隨著技術(shù)的進步，將會進一步研究幕上腦實質(zhì)各層的彌散性［7－9］。

2 腦溝形成

妊娠期間胎腦表面從開始的平滑逐漸變成有多重皮質(zhì)折疊(也稱腦溝形成)。研究發(fā)現(xiàn)，腦溝形成是皮質(zhì)自身發(fā)育的結(jié)果［10］，包括皮質(zhì)內(nèi)/外層的微分生長和/或在皮質(zhì)中呈放射狀拉伸的神經(jīng)膠質(zhì)與軸突纖維所產(chǎn)生的物理張力［11］。腦溝的形成也和胎腦的細(xì)胞結(jié)構(gòu)組成和皮質(zhì)連接的復(fù)雜性有關(guān)。因為在胎腦的基本功能區(qū)，皮質(zhì)折疊的模式變化較少，如運動和視覺功能區(qū)，而在較高級的皮質(zhì)功能區(qū)，折疊模式變化較多［12］。

胎兒腦溝形成遵循有組織的時空模式［6，13］，腦溝先出現(xiàn)，隨后出現(xiàn)更為復(fù)雜的二、三級腦溝。腦溝形成被病理學(xué)家認(rèn)為是計算胎兒孕周最為精確的方法之一。胎兒腦溝的形成在MRI上已得到了較好的描述，這與胎兒尸檢標(biāo)本相比，有平均2周的延遲，部分原因是胎兒MRI分辨率所限制［6，13］。在腦溝剛開始被識別與腦溝在75%的胎腦中出現(xiàn)，也有平均2周的時間差［13］?？傊X溝最初表現(xiàn)為一個平滑、淺顯、開口較寬的凹陷，隨孕周的進展逐漸加深、變窄［13］。

外側(cè)裂是胎腦在MRI上最早出現(xiàn)的腦溝，孕18周前可見到［13］。最初表現(xiàn)為腦側(cè)面一個平滑、淺顯、開放的折疊，至孕23周，隨后方島蓋的逐漸形成，外側(cè)裂逐漸加深、變窄［13］。孕23周時，頂枕溝與胼胝體溝在75%的胎腦內(nèi)側(cè)面可見［13］。孕24～25周時，75%的胎腦中可見到距狀溝和扣帶溝，距狀溝孕24周開始出現(xiàn)折疊，在孕30周可見其清晰的水平“Y”型［13］。孕26周，75%的胎腦中可見到中央溝，孕27周可見到中央前溝，孕28周可見到中央后溝，孕32周可將二者清晰區(qū)分，到孕34～35周時中央前、后溝顯示較深［13］。孕27周，75%胎腦中可見到顳上溝，孕32周時可見到顳下溝［13］。孕29周在75%的胎腦中可見到額上溝和額下溝［13］。孕34周時，主要腦溝及一些二級腦溝在胎腦MRI上均可見。

腦溝形成是胎腦皮層發(fā)育的標(biāo)志之一［6］。胎腦皮層發(fā)育包括3個階段，即細(xì)胞增生、神經(jīng)元遷移和皮層形成。神經(jīng)元遷移異常會導(dǎo)致無腦回畸形［14］。無腦回畸形有2個主要的臨床病理學(xué)分型，即腦溝回完全缺失(無腦回)和腦溝回較少(巨腦回畸形)。其他的一些顱內(nèi)外畸形(如Miller-Dieker綜合征、Walker-Warburg綜合征等)，無腦回畸形是這些綜合征的癥狀之一［15－16］。與超聲相比，MRI不受顱骨偽影、探頭、羊水量、母體體型等因素的影響，顯示腦溝裂更為清晰［17－18］。通過MRI觀察，如腦溝裂出現(xiàn)明顯延遲或不出現(xiàn)，則標(biāo)志著畸形的存在。無腦回畸形是胎腦皮層發(fā)育異常的最主要表現(xiàn)之一，臨床預(yù)后較差。若能早期發(fā)現(xiàn)與診斷，便能采取最佳的產(chǎn)科干預(yù)手段。

3 腦室的發(fā)育

腦室壁在正常胎腦的發(fā)育中至關(guān)重要。腦室壁由室區(qū)(生發(fā)基質(zhì))組成，被認(rèn)為是胎兒大腦半球的最內(nèi)層［5］。室區(qū)，在妊娠早期相當(dāng)厚，在妊娠中晚期逐漸變?。?］。研究發(fā)現(xiàn)，隨孕周的進展，側(cè)腦室的直徑變化較大［19］，在接近孕24周時，呈近圓球形，所以生理性胎兒腦積水通常在孕20～24周出現(xiàn)，而到接近足月時，呈狹長裂隙狀，與幕上腦實質(zhì)、基底神經(jīng)節(jié)的發(fā)育有關(guān)［19］。對于側(cè)腦室直徑的測量，超聲和MRI測量結(jié)果通常有所偏差。但最近有研究發(fā)現(xiàn)，在冠狀位上進行側(cè)腦室測量時，超聲和MRI的測量結(jié)果高度一致［20］。在妊娠中晚期，側(cè)腦室直徑平均值為7～8.2 mm，上限值為10 mm。MRI檢查發(fā)現(xiàn)胎兒單側(cè)或雙側(cè)側(cè)腦室三角區(qū)寬度為10～15 mm者診斷為輕度腦室擴張，16～20 mm者診斷為中度腦室擴張，＞20 mm者診斷為重度腦室擴張［21］。第三腦室直徑在2～3 mm之間，若大于4 mm，提示可能存在畸形。第四腦室前后徑的平均值為2～7 mm［20］。腦室擴張?zhí)崾究赡艽嬖谝韵禄?胼胝體缺失、皮層發(fā)育畸形、腦室旁灰質(zhì)異位、小腦發(fā)育異常、腦室旁白質(zhì)損傷、腦穿通畸形、腦軟化癥、腦室內(nèi)出血和生發(fā)基質(zhì)出血等［22－23］。

4 胼胝體的發(fā)育

胼胝體位于大腦半球縱裂的底部，是連結(jié)左右兩側(cè)大腦半球最大的神經(jīng)纖維束，在大腦兩半球之間起神經(jīng)信息的整合作用，是人們能夠進行有效認(rèn)知的功能基礎(chǔ)［24］。胼胝體分4部分:嘴、膝、體及壓部，其發(fā)育主要是在孕12～20周，從頭端向尾端發(fā)育，形成順序依次為膝部、體部、壓部和嘴部［24］。胚胎20周左右，這4部分已基本形成［25］。臨床上孕20周以前一般不診斷胼胝體缺如，因為此期還屬于其正常生長過程。

胼胝體最好在MRI層厚3 mm的正中矢狀面上進行評估［25］。在T2WI的正中矢狀面上，胼胝體表現(xiàn)為側(cè)腦室與穹窿上方的一條彎曲的低信號帶。胎兒胼胝體的長度在17～44 mm之間，厚度與新生兒相仿［25］。

5 灰質(zhì)核團的發(fā)育

新紋狀體與蒼白球被認(rèn)為是端腦的一部分，由前腦腹側(cè)或大腦皮層下生發(fā)基質(zhì)層內(nèi)層的神經(jīng)節(jié)隆突處的細(xì)胞發(fā)育而來的［6］。丘腦被認(rèn)為是間腦的一部分，在胚胎發(fā)育早期，丘腦細(xì)胞由間腦室區(qū)/室下區(qū)的生發(fā)基質(zhì)層發(fā)育而來。孕17～37周時，丘腦細(xì)胞由端腦的臨時結(jié)構(gòu)—神經(jīng)節(jié)丘腦體發(fā)育而來［26］。神經(jīng)節(jié)丘腦體從神經(jīng)節(jié)隆突向丘腦方向延伸，并產(chǎn)生了切線方向向丘腦遷移的γ-氨基丁酸生成細(xì)胞［26］。

胎兒MRI上灰質(zhì)核團的特征取決于胎兒的孕周。早期時，在T2WI上，與正在發(fā)育的腦白質(zhì)相比，灰質(zhì)核團呈相對等信號或稍低信號［27］。孕27周時，與內(nèi)囊相比，灰質(zhì)核團在T1WI上呈相對高信號［27］，在T2WI上呈相對低信號。灰質(zhì)核團在DWI上的信號也發(fā)生了變化，隨孕周的進展，丘腦和基底神經(jīng)節(jié)的平均擴散率逐漸下降［8－9，26］。

6 顱后窩結(jié)構(gòu)的發(fā)育

幕下腦由中腦與菱腦發(fā)育而來，小腦由室區(qū)和菱唇這2個生發(fā)基質(zhì)區(qū)發(fā)展而來。小腦半球向兩側(cè)發(fā)展，小腦蚓部在中線區(qū)發(fā)展［28］。室區(qū)初始產(chǎn)生的是浦肯野細(xì)胞和深部小腦核，隨后產(chǎn)生的是藍(lán)狀細(xì)胞、星形細(xì)胞和戈爾吉細(xì)胞［28－29］。菱唇主要位于后腦的背外側(cè)，在頂部和背側(cè)神經(jīng)上皮的交接處。菱唇的喙部產(chǎn)生了小腦的顆粒細(xì)胞，菱唇的尾部產(chǎn)生了腦橋核和下橄欖核［28］。

與端腦發(fā)育類似，小腦最初是由室區(qū)的神經(jīng)上皮細(xì)胞發(fā)育而來。孕3～8周，細(xì)胞從小腦室區(qū)向細(xì)胞含量少的邊緣區(qū)遷移，形成了中間區(qū)［29］。在孕8～11周，外層的顆粒細(xì)胞層通過沿著小腦表面切線方向遷移，從菱唇發(fā)育而來，而內(nèi)層的顆粒細(xì)胞層通過輻射狀遷移形成［29］。

早在孕21周，胎兒MRI上小腦半球就表現(xiàn)出多層結(jié)構(gòu)［30］。在T2WI上，深部灰質(zhì)核團的中央?yún)^(qū)表現(xiàn)為低信號，中間的小腦實質(zhì)表現(xiàn)為高信號，表面皮質(zhì)表現(xiàn)為低信號［30］。孕30～31周時，在T2WI上，絨球小結(jié)葉表現(xiàn)為低信號［31］。隨孕周的進展，小腦半球的直徑不斷增加。小腦半球的變化在DWI上也很明顯，特別是隨孕周的進展，平均擴散率逐漸下降［11］。

在孕20周時，小腦蚓部覆蓋了第四腦室［30］。在正中矢狀位上，小腦的主要腦溝在孕25～26周時可見，最早在孕21周時可加以識別［29，32］。小腦蚓部的最佳評估是在T2WI層厚3 mm的正中矢狀面上［30］。

與腹側(cè)腦干相比，背側(cè)腦橋與背側(cè)延髓早在孕23周，遲至孕25周，表現(xiàn)為T2WI低信號，T1WI高信號［30－31］。孕30～31周，小腦下腳處在T2WI上呈低信號［31］。孕31～32周，中腦在T2WI上呈低信號，T1WI上呈高信號。與小腦類似，隨孕周的進展，在DWI上，腦橋的平均擴散率下降［9］。

7 髓鞘形成

髓鞘的特征是富含脂質(zhì)，而蛋白含量較少。因此髓鞘形成導(dǎo)致胎腦內(nèi)脂質(zhì)和蛋白含量的增加，而含水量下降［6］。髓鞘以離心方式從尾端(脊髓和腦干)向頭端(端腦)方向發(fā)展［33］。端腦的髓鞘形成是從中央溝開始，向外延伸至各極，枕極的髓鞘形成先于額極，額極先于顳極［34］。在皮層，髓鞘形成是以同心圓的方式展開的，而在皮層下白質(zhì)區(qū)，髓鞘形成沿著功能決定束方向進行，感覺傳導(dǎo)通路髓鞘形成優(yōu)先于運動元路徑［35］。聯(lián)合區(qū)域是最晚一個髓鞘形成的區(qū)域，在一個給定的皮層-皮層下功能單位里，皮層先進行髓鞘形成［34］。

在MRI上，髓鞘形成表現(xiàn)為T1WI高信號，T2WI低信號，DWI高信號，DWI較T1WI和T2WI更為敏感［6］。髓鞘形成的信號改變最早于孕22周時在大腦腳和丘腦處可見，孕24周在腦干可見，孕25～28周時在內(nèi)側(cè)丘系中不斷發(fā)展，最終達中腦，孕28周在小腦中腳處可見，孕32周小腦上腳處可見，孕33周在內(nèi)囊后肢處可見［6，34］。在妊娠末期，腦干背側(cè)的髓鞘形成較明顯，而在橄欖核和小腦下腳處也開始出現(xiàn)髓鞘形成，齒狀核、小腦白質(zhì)、小腦蚓的髓鞘形成出現(xiàn)在孕38周左右［35］。

8 結(jié)語

以上綜述了胎腦的的幕上腦實質(zhì)、腦溝形成、腦室、胼胝體、灰質(zhì)核團、顱后窩結(jié)構(gòu)和髓鞘的發(fā)育及它們在MRI上的正常表現(xiàn)。應(yīng)用MRI技術(shù)對胎腦的結(jié)構(gòu)、功能和發(fā)育過程的進一步研究具有廣闊的前景。臨床上通過對胎腦發(fā)育的組織胚胎與正常MRI表現(xiàn)的認(rèn)識，可對各種腦發(fā)育畸形做出早期、正確的診斷，更好地為臨床產(chǎn)前診斷服務(wù)。

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