應(yīng)用BOLD-MRI評價正常胎盤和植入胎盤的氧合功能

包雨微，龐穎，孫子燕，李茜，夏黎明

作者單位：

華中科技大學(xué)同濟醫(yī)學(xué)院附屬同濟醫(yī)院放射科，武漢 430030

胎盤(Placenta)作為孕期的一個重要的功能器官，主要維系母體與胎兒之間的物質(zhì)及血氣交換，胎兒健康與胎盤的狀態(tài)緊密相關(guān)。正常胎盤多以圓盤狀附著于子宮內(nèi)壁，在垂直斷面上由三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成：近胎兒面是絨毛膜板，近母體面為基板，分別由滋養(yǎng)層和蛻膜構(gòu)成，中層為實質(zhì)部分包含絨毛和絨毛間隙，絨毛組織構(gòu)成其重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[1-3]。

隨著二胎政策的放開，中國的孕婦數(shù)量將大幅增加，隨之而來的胎盤病變的產(chǎn)前診斷越來越受關(guān)注和重視。孕期胎盤的多種病變都可能給母兒帶來致命威脅，如胎盤氧合功能不良將導(dǎo)致胎兒窘迫、胎兒宮內(nèi)生長受限，甚至死胎[4]。胎盤病變也是造成妊娠并發(fā)癥的重要原因，如先兆子癇[2，4-5]。胎盤植入屬于胎盤病變中極為兇險的病種之一，是指胎盤組織不同程度侵入子宮肌層，是引起產(chǎn)婦產(chǎn)程大出血的主要原因。剖宮產(chǎn)是導(dǎo)致胎盤植入的重要因素，隨著近年來剖宮產(chǎn)率的升高又會引起胎盤植入的發(fā)病率上升。

超聲及磁共振檢查是胎盤病變產(chǎn)前診斷的主要手段，均基于胎盤形態(tài)學(xué)的基礎(chǔ)進行評估，可以較清楚地顯示胎盤的形態(tài)、位置、厚度等信息，但尚無胎盤功能學(xué)檢查。而胎兒血氧情況主要依賴臍帶血穿刺來評估，但這對屬于有創(chuàng)檢查，具有較高的風險[6]。

胎盤植入常常發(fā)生在晚孕期，此時胎兒對血氣交換的需求較大。胎盤植入在病理學(xué)上屬于異常增生性疾病，往往伴隨著胎盤增厚、形態(tài)失常以及在胎盤-子宮交界面上血管的重構(gòu)等改變[7]，雖然超聲及磁共振在形態(tài)學(xué)診斷應(yīng)用已較成熟，胎盤植入伴隨的這些改變是否會影響正常絨毛的氧合功能，目前尚無相關(guān)研究。

血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent，BOLD)是一個能反映組織血氧水平的磁共振功能學(xué)新技術(shù)，最早應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，但在過去幾年已有一些研究者已將其應(yīng)用在人體或動物胎兒胎盤中[8-12]。基本方法較為一致，即為母體造成高氧或低氧環(huán)境，后觀察胎兒或胎盤的BOLD信號變化，成像方法稍有不同，但均依據(jù)BOLD效應(yīng)。

本研究基于以上背景和原理，將對人類正常胎盤的氧合功能進行探究。孕婦吸氧后，通過測算胎盤BOLD信號增值百分比半定量評估正常胎盤的氧合水平變化，獲得正常胎盤胎兒面及子宮面氧合情況的分布特點，為胎盤氧合功能受損所致的疾病早期評估奠定基礎(chǔ)；且初步探究胎盤植入是否會影響胎盤氧合功能，為臨床是否對植入者進行干預(yù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 病例收集

本實驗為前瞻性實驗，共納入了25例孕婦，孕婦年齡21～42歲，平均年齡30.1歲，孕周24～36周，平均29周+4 d，所有被檢孕婦均已行產(chǎn)前超聲檢查，提示胎盤植入可疑或胎兒微小畸形。孕婦及其家屬均被告知掃描注意事項，并簽署知情同意書。

納入標準：(1)單胎；(2)孕婦無任何妊娠合并癥，如糖尿病、心臟病、高血壓等；(3)超聲提示胎兒發(fā)育位于正常水平伴或不伴有胎兒微小異常，如腦室臨界值，半椎體畸形等；(4)超聲提示臍動脈血流動力學(xué)無異常。追蹤手術(shù)或病理證實的25例孕婦中，9例為胎盤植入，余16例無胎盤植入，伴或不伴有胎兒微小畸形。

1.2 檢查方法

采用Siemens Skyra 3.0 T磁共振掃描設(shè)備和18通道腹部相控陣線圈。孕婦采用仰臥位或側(cè)臥位，雙手上舉置于頭兩側(cè)，無鎮(zhèn)靜劑及對比劑注射，全程戴呼吸面罩(Pacific Medical Materials Co.，Ltd.，Sumiao，Taiwan，一次性)。先以胎盤為中心行HASTE序列三平面(橫軸面、矢狀面和冠狀面)定位掃描，觀察胎盤的形態(tài)、位置及信號狀況，然后再以胎盤最厚處為中心行軸位BOLD序列掃描。掃描前孕婦戴好吸氧面罩，前3 min吸入空氣，后7 min持續(xù)吸入純度約90%、流速12 L O2/min的氧氣，囑孕婦自然平靜呼吸，吸氣同時持續(xù)掃描10 min，10 min內(nèi)每一層均各采集72幀動態(tài)周期圖。HASTE序列掃描參數(shù)：層厚4 mm，間距4.8 mm，TR 1100 ms，TE 87 ms，DFOV 70 cm×40 cm，矩陣320×256，層數(shù)22，激勵次數(shù)1。BOLD序列掃描參數(shù)：層厚6 mm，間距4.8 mm，TR 8000 ms，TE 30 ms，DFOV 220 cm×150 cm，矩陣128×128，層數(shù)22，F(xiàn)A 90°，激勵次數(shù)1。

表1 入組病例資料Tab. 1 Data of enrolled cases

表2 至曲線平臺期(7-10 min)后各對比組△BOLD%結(jié)果Tab. 2 The results of △BOLD% in control groups during 7 to 10min (the Platform period)

1.3 圖像分析及分析方法

獲得BOLD圖像后，由1名胎盤診斷經(jīng)驗豐富的醫(yī)師，使用西門子工作站Mean-curve軟件，手動勾畫ROI，選取每位孕婦胎盤顯示較好的兩個層面(植入者選取植入部位所在的層面)分別勾劃三個ROI：完整胎盤(Nor-p)、胎盤胎兒側(cè)(Nor-f，靠近胎兒側(cè)的約1/2面積的胎盤)及胎盤子宮側(cè)(Nor-u，靠近子宮側(cè)的約1/2面積的胎盤)。成人腎臟內(nèi)血量相對豐富，我們將母體腎臟作為母體血液氧合變化的代表勾畫ROI。選取孕婦的腎臟顯示較好的層面分別勾劃2個ROI (Pre-r)如圖1。以上每個ROI都避開胎盤明顯的鈣化、血竇、纖維化部位。采用手動逐層校準由于孕婦呼吸所致的運動位移；分別得到勾畫區(qū)的72個隨時間變化的信號(SI)值，以前3 min (前24個值) SI值的平均值作為基線標準值，求取所有SI值在BOLD掃描過程中的增值百分比[△BOLD%=(SI-平均SI前3 min)/平均SI前3 min×100%]，使用SPSS 24.0繪制各組ROI的△BOLD%-時間曲線。

通過對比觀察曲線走形趨勢，選取后3 min作為穩(wěn)定平臺期，分別計算得到正常胎盤(Nor-p)及植入胎盤(Imp-p)的平臺期的△BOLD%，進行獨立樣本t檢驗檢驗其統(tǒng)計學(xué)差異；以及正常胎盤及植入胎盤的胎兒面(Nor-f/Imp-f)和子宮面(Nor-u/Imp-u)平臺期的△BOLD%，使用配對t檢驗分別檢驗胎盤兩側(cè)的統(tǒng)計學(xué)差異。

圖1 ROI勾畫示意圖。A: Nor-p；B：Nor-f；C：Nor-u；D：Pre-rFig. 1 Schematic diagram of ROI. A: Nor-p. B: Nor-f. C: Nor-u. D: Pre-r.

圖2 △BOLD%-時間曲線。橫坐標為時間(共包含72個采集點)，縱坐標為△BOLD%。每條曲線均表示隨時間變化的所有同名ROI△BOLD%平均值，Nor-p/Imp-p：正常/植入胎盤全層。Pre-r：孕婦腎臟；Nor-f/Nor-u：正常胎盤胎兒面/子宮面；Imp-f/Imp-u：植入胎盤胎兒面/子宮面。箭所指處表示吸氧開始點Fig. 2 △BOLD%-time curve. The Abscissa is the time (including 72 collection points) and the ordinate is the △BOLD%. Each curve represents the BOLD% average value of all ROIs with the same name over time. Nor-p/Imp-p: normal/implanted placenta of the global-layer. Pre-r: the renals of pregnant women. Nor-f/Nor-u: fetal/uterine side in the normal placenta. Imp-f/Imp-u: fetal/uterine side in the implanted placenta. The arrow refers to the starting point of oxygen inhalation.

2 結(jié)果

表1為兩組病例胎兒胎盤由磁共振結(jié)合超聲后的最終診斷及隨訪結(jié)果資料，正常胎盤組除了3例為前置胎盤，其余提示胎兒為單器官微小畸形/異常。使用獨立樣本t檢驗得到正常組及植入組間孕周(gestational week，GW)無明顯統(tǒng)計學(xué)差異(P＜0.01)，孕婦年齡正常組(31歲)較植入組(29.6歲)稍大。圖2所得曲線可見孕婦在前3 min呼吸空氣時，△BOLD%基本保持穩(wěn)定，吸氧后，在第4～7 min期間，除了孕婦的腎臟，各組ROI所得曲線均有明顯的上升趨勢，自7～10 min均趨于穩(wěn)定，進入平臺期。表2顯示了各組于平臺期的平均△BOLD%值，可見，無論是勾畫哪一部分，植入組均較正常組高，有明顯統(tǒng)計學(xué)差異(P＜0.01)；Nor-f/Imp-f分別較Nor-u/Imp-u高，有明顯統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.01)。

3 討論

3.1 △BOLD%在胎盤中的應(yīng)用原理

BOLD-MRI是一種基于BOLD效應(yīng)的功能MRI，而BOLD效應(yīng)主要依賴于組織的血氧飽和度：組織中脫氧血紅蛋白具有逆磁性可縮短T2/T2*值，即組織內(nèi)脫氧血紅蛋白降低將導(dǎo)致T2WI/T2*WI信號增高，反之氧合血紅蛋白具有輕微的順磁性效應(yīng)。所以組織內(nèi)最終的信號值高低取決于氧合血紅蛋白與脫氧血紅蛋白的比值，組織中氧合血紅蛋白/脫氧血紅蛋白越高，組織T2WI/T2*WI信號越高[13-14]。但據(jù)研究表明，BOLD絕對信號值除了氧飽和影響之外，還受到了其他因素的影響，比如物理學(xué)因素上如距離射頻線圈的距離、磁場均勻性、序列參數(shù)如回波時間，以及生理學(xué)因素如血紅蛋白的濃度、血細胞比容等，所以僅僅測量BOLD信號值，個體差異較大。相比較而言，△BOLD%較穩(wěn)定[9]。所以本研究采用以每個個體相對于呼吸空氣的氧合水平作為基準線計算△BOLD%來半定量評估胎盤的氧和水平變化而不是直接使用BOLD信號值，此法可重復(fù)性較高[10]。

3.2 正常胎盤特有的氧合機制

子宮動脈通過胎盤的絨毛間隙將母體的動脈血氧交換給絨毛血管，后絨毛血管匯合至臍靜脈以供氧給胎兒。正常孕婦動脈血氧分壓約100 mm Hg(約98%)，而絨毛血管內(nèi)氧分壓約等于胎兒的靜脈血，正是由于氧分壓差的存在，氧氣由絨毛間隙運輸至絨毛血管得以實現(xiàn)[3，13，15-17]。胎盤由于絨毛結(jié)構(gòu)的存在，其生理范圍在0～60 mm Hg (約60%)，所處氧飽和水平使其氧-血紅蛋白解離曲線呈線性關(guān)系[3]。所以，胎盤相對于母體，其血氧水平有一個快速上升的空間和潛力。也由于胎盤血管網(wǎng)密集，具有豐富的絨毛血管，其氧合水平波動會對孕婦供氧表現(xiàn)得十分敏感，當孕婦血氧增加，氧氣在高壓差下可迅速通過胎盤轉(zhuǎn)運至胎血。既往BOLD研究結(jié)果顯示，人類胎盤于孕婦吸氧下△BOLD%約(6.5±1.6)%至(15.2±3.2)%[8-10]。本研究中，孕婦吸氧后正常胎盤的△BOLD%約(14.38±1.2)%，造成數(shù)值差異的影響因素可能包括掃描條件如吸氧濃度、孕婦吸氧配合情況等，以及△BOLD%計算方法包括基線值的選取等等。但無論如何，吸氧后，△BOLD%-時間曲線的明顯上升后趨于平穩(wěn)的趨勢都直觀地反映了正常胎盤的氧合功能，如果胎盤的△BOLD%上升緩慢甚至下降，都可能表明胎盤的氧合功能不足，為臨床干預(yù)及預(yù)后判斷提供支持。

由于絨毛血管是胎兒臍動脈的樹枝狀分支形成的，含有胎兒靜脈血，主要近胎兒側(cè)，相反，絨毛間隙內(nèi)為來自子宮螺旋動脈及其分支的母血，大部分近子宮側(cè)[3]。絨毛及絨毛間隙之間有絨毛血管膜即胎盤屏障相隔，血液在各自的封閉管道內(nèi)進行循環(huán)，互不相混[3，18-19]。所以，胎盤內(nèi)有著母體和胎兒兩部分血液，它們的大體分布存在差異，表現(xiàn)為胎盤內(nèi)氧合水平及氧合潛力的分布具有差別，具體而言即胎兒側(cè)氧合水平較低，氧合上升潛力較大，而子宮側(cè)反之。有研究顯示胎盤的胎兒側(cè)(32.1±9.3)%較子宮側(cè)(5.4±3.5)%明顯高[9]，本研究相比兩側(cè)差別較小，可能因為兩側(cè)面積選擇較大，均包含了中層較多交錯存在的絨毛血管和絨毛間隙，從而減小了兩側(cè)信號增值的差異，但本研究之所以選擇較大的面積，是因為這使所得結(jié)果相對更穩(wěn)定。腎臟血流灌注較多，將其作為母血的代表，動態(tài)曲線顯示其于吸氧后并無明顯的上升趨勢，這也進一步佐證了吸氧后母血氧合水平較穩(wěn)定，上升潛力小。

3.3 植入胎盤氧合反應(yīng)機制

以往有多個研究表明，胎盤植入除了胎盤絨毛組織的侵入性生長，常伴有鄰近胎盤及子宮交界面的血管重塑，多為子宮螺旋動脈的分支重塑，具體包括血管的增生、擴張及異型性等[7，19-21]，本研究探索發(fā)現(xiàn)植入胎盤與正常胎盤相比，氧合潛力的分布基本表現(xiàn)一致，即胎兒側(cè)及子宮側(cè)均較正常組高，說明胎盤植入并未影響到胎盤的整體構(gòu)相，因而其與正常胎盤具有相似的氧合潛力分布特點，且植入組胎盤整體、胎盤胎兒面、胎盤子宮面的△BOLD%均分別較正常組為高，說明植入的胎盤保持了良好的氧合功能。植入部位發(fā)生在子宮面，伴隨著鄰近血管重塑，子宮面的血管重塑可使鄰近子宮側(cè)胎盤處于一個相對較高的灌注狀態(tài)，當孕婦吸氧后，重塑血管的氧分壓迅速升高，子宮面胎盤氧分壓迅速升高，胎兒面胎盤絨毛毛細血管的氧分壓隨之升高。所以，從病生理角度，胎盤植入之所以表現(xiàn)出了更高的氧合反應(yīng)可能與其伴隨的植入部血流灌注增加，對高氧反映更為敏感有關(guān)，這有待于更進一步的研究。

3.4 實驗方法討論

Sinding等[22]的研究結(jié)果表明孕周不同對胎盤的成熟度會有一定的影響，并且△BOLD%可能受胎盤基礎(chǔ)情況的影響。本研究入組病例排除了可能會導(dǎo)致胎盤功能不良的妊娠并發(fā)癥病例，如孕婦高血壓、糖尿病等。并對正常胎盤組及植入組的孕周進行了獨立樣本t檢驗，結(jié)果并無明顯統(tǒng)計學(xué)差異，基本可排除孕周的影響。孕婦年齡于正常組較植入組稍低，而至今尚無明確研究表明其會對胎盤功能有所影響，所以本研究忽略其影響的可能。由于掃描時間較長，孕婦的吸氧配合情況會影響結(jié)果，掃描前需向孕婦詳細交代注意事項；胎盤母體側(cè)及胎兒側(cè)的差異還與ROI直接相關(guān)，每個孕婦均選取了兩到三個層面求取均值，并勾畫較大面積，一定程度上避免了由于胎盤不均等因素造成的誤差。如果統(tǒng)一了掃描和分析條件，基于胎盤垂直斷面的三層解剖結(jié)構(gòu)和胎兒及母體血循環(huán)分布特點、氧飽和差異，在孕婦吸氧后，BOLD信號值的變化可以半定量評估孕婦胎盤的氧合功能。

本研究納入病例數(shù)相對較少，具有一定的局限性，但入組病例標準嚴格，均有手術(shù)或病理支持，并且研究組與對照組孕周分布無明顯統(tǒng)計學(xué)差異，基本可忽略孕周的影響，所以研究結(jié)果可靠。

總之，本研究證實了MRI-BOLD在孕婦吸氧條件下，所獲得的△BOLD%可以半定量評估胎盤的氧合功能，正常胎盤的氧合情況的分布的差異性從一定意義上反應(yīng)了正常胎盤的生理結(jié)構(gòu)及氧合機制。所以，BOLD-MRI具有半定量評估胎盤氧合功能的潛能，為產(chǎn)科由于胎盤各種原因?qū)е绿ケP氧合功能不足的早期診斷奠定基礎(chǔ)。同時本研究首次通過BOLD得到胎盤氧合功能并不會因為植入而受損，這對于臨床是否對植入者供氧干預(yù)提供了參考依據(jù)。

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