晚期妊娠中期胎儿心脏三维磁共振成像的探索

《Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance》：Exploration of 3D fetal cardiac MRI in the late second trimester

　　

背景
胎儿心血管磁共振成像（CMR）由于胎动和血管尺寸较小而多局限于孕晚期，而胎儿心脏的初始临床评估通常在妊娠中期进行。本研究旨在评估自动化运动校正工具在晚期妊娠中期胎儿三维（3D）胎儿CMR中的可行性及其诊断潜力。

方法
收集对照组及先天性心脏病（CHD）胎儿（孕周20–27⁺⁶周）的黑血胎儿CMR数据集，并将其重建为3D体积。对图像质量、19个心血管结构以及序贯节段分析进行评估。同时研究其与孕周、胎儿体积和孕妇体质指数（BMI）之间的相关性。

结果
共纳入142例对照胎儿（中位孕周24.4周，四分位距（IQR）23.4–25.7周）。其中119/142（84%）的图像质量为适当或高质量，22/142（16%）为较差，1例不可用。总计2679个心脏结构中有48个（2%）未能显示。四个区域的血管节段评估完成度均较高（84%–98%）。孕妇腹围和BMI与图像质量呈弱负相关。输入堆栈数量与血管显示呈弱正相关。另评估了6例CHD病例，其中5/6至少被1名盲法观察者识别出具有诊断特异性的血管学特征。

结论
本研究证明，在孕28周之前，3D胎儿心脏MRI可用于胎儿心血管系统的详细评估，具有可行性。总体表现、图像质量以及血管结构显示水平均较高，并证实了血管异常的可视化能力。这为改进妊娠中期胎儿重大血管异常的产前诊断提供了新的可能性。

该研究发表于《Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance》，聚焦于晚期妊娠中期胎儿心脏三维磁共振成像（3D fetal cardiovascular magnetic resonance, 3D fetal CMR）的技术可行性与临床诊断潜力。研究背景在于：现有胎儿心血管磁共振成像主要应用于妊娠晚期，而临床上针对胎儿心脏的首次专科评估通常发生于妊娠中期。此阶段若能获得可靠的三维心血管成像，将有助于更早识别重大先天性心脏病（congenital heart disease, CHD）及血管异常。然而，妊娠中期胎儿体积较小、心血管结构更细、胎动和体位旋转更明显、羊水较多，再加上母体解剖因素影响，均使传统胎儿MRI尤其是依赖刚性配准的运动校正方法面临显著挑战。因此，如何在孕20–28周这一关键窗口期实现稳定、可解释、可用于诊断的3D胎儿心脏MRI，成为该领域的重要问题。

为解决上述问题，研究人员评估了一套自动化形变切片-体积配准（deformable slice-to-volume registration, DSVR）并结合重新定向（reorientation）的重建流程在晚期妊娠中期胎儿中的应用价值。该方法可校正非刚性形变以及较大幅度胎体旋转，理论上较传统刚性运动校正更适用于中期胎儿。研究基于既往采集的研究型胎儿MRI数据，对健康对照胎儿及疑似CHD胎儿的黑血序列进行三维重建，并从图像质量、19项预定义心血管结构的显示情况、四大血管区域的序贯节段分析完成度，以及盲法观察者对异常血管特征的识别能力等方面进行系统评估。研究结论显示，在孕28周之前，自动化DSVR重建可实现较高成功率和较高质量的3D胎儿心脏MRI，能够较完整地显示胎儿心血管结构，并可识别多数CHD病例中的特征性血管异常，提示该技术有潜力成为超声检查的补充成像手段，提升妊娠中期重大血管异常的产前诊断水平。

研究人员使用的关键技术方法主要包括：在1.5 Tesla MRI系统上采集多组T2加权黑血单次激发快速自旋回波（single-shot turbo spin echo, SSTSE）二维（2D）堆栈序列，对满足条件的胎儿数据采用开源自动化DSVR流程重建为各向同性0.70 mm的三维体积；基于2D全子宫平衡快速场回波（balanced turbo field echo, BTFE）序列计算胎儿全身体积（fetal body volume, FBV）；在健康对照队列中评估图像质量、19个心血管结构及四个血管连接区域，在疑似CHD病例中进行盲法序贯节段分析。样本来自2015年7月至2018年8月单中心既往研究队列，包括iFIND-2项目及相关MRI胎儿生长发育研究。

Healthy controls
研究共纳入142例健康单胎对照，孕周20–28周，中位孕周24.4周。MRI测得胎儿全身体积与孕周呈强相关，提示样本覆盖了较稳定的中期生长范围。每例重建所用输入堆栈中位数为9组，说明研究基于多平面、多堆栈数据进行三维整合，为后续运动校正和结构显示提供了数据基础。

Image quality
在图像质量方面，142例中有119例（84%）达到适当或高质量，22例（16%）质量较差，1例重建失败，失败原因为严重胎儿旋转合并显著层间运动。该结果表明，在晚期妊娠中期应用自动化DSVR进行3D胎儿心脏重建具有很高的可实施性。进一步相关性分析显示，输入堆栈数量、孕周及FBV与总体图像质量并无显著相关；而母体腹围和BMI与图像质量存在弱负相关，提示母体体型可能对信噪比（signal-to-noise ratio, SNR）及整体重建效果带来一定不利影响。

Cardiovascular anatomy assessment
在141例可评估病例中，研究人员对19个预定义心血管结构和4个关键血管区域进行了系统评估。四个区域的节段评估完成度均较高：体静脉回流98%，肺静脉回流84%，肺动脉供血87%，主动脉弓/动脉导管弓及头颈部分支88%。所有病例均至少可对全部四个区域进行部分或完整评估，无完全无法评估者。总计2679个结构中，仅48个（2%）未能显示，2206个（82%）边界清晰，425个（16%）显示尚可。显示较差或未显示的结构主要集中于左上肺静脉和右锁骨下动脉，说明较细小血管分支仍是当前技术的薄弱环节。另有73%的病例中19个结构均可被识别，10%的病例获得全部满分，进一步支持该技术对中期胎儿血管解剖显示的稳定性。结构显示与输入堆栈数、FBV和孕周均呈弱正相关，说明随着胎儿增大及数据输入更丰富，局部血管可视化能力可进一步提高。

Incidental findings
研究人员在两例健康对照中发现轻微偶发异常，即右位异常锁骨下动脉（aberrant right subclavian artery, ARSA），且此前未被报告。尽管由于伦理限制缺乏出生后证实，这一发现仍提示3D胎儿CMR不仅可用于主要血管异常评估，也具备一定识别较小血管变异的能力。

Interobserver variability
研究随机选取10例进行观察者间一致性分析。两位有经验观察者对总体图像质量判断均较高，且无病例被判定为差或失败。190个结构中，观察者1仅有1个未显示，观察者2有3个未显示；多数结构被评为“显示良好”。差异主要集中在上肺静脉显示，以及由此带来的肺静脉回流节段评估完成度差异。这说明该技术总体重复性较好，但对细小肺静脉的辨识仍受观察经验和图像细节限制。

Congenital heart disease
研究共纳入6例疑似CHD胎儿MRI数据，孕周20–27周，输入堆栈5–12组。图像质量方面，3例为高质量，2例为适当，1例较差，无重建失败。盲法评估共纳入9例，其中包括6例CHD和3例健康对照。观察者在72个评估区域中仅有8个无法显示，提示即便在异常心血管解剖条件下，该方法仍具备较好的结构评估能力。更重要的是，在6例疑似CHD中，有5例至少被1名观察者识别出具有诊断意义的特征性血管表现，例如平行流出道、异常肺静脉回流、肺动脉较小等。未被识别的病例为孤立性ARSA，提示对孤立、轻微或非复杂异常的识别仍有限。此外，研究中也出现了假阳性判断，如1例健康对照被怀疑主动脉缩窄，1例CHD被误判为下腔静脉缺如，表明该技术在诊断应用前仍需更大样本的前瞻性验证。

Discussion
讨论部分指出，本研究首次在较大规模的20–28周健康胎儿队列中证明了自动化DSVR结合重新定向技术可实现妊娠中期3D胎儿心脏CMR，并获得较低的重建失败率和较高的临床可解释性。研究显示，小胎儿体积和较早孕周并不必然妨碍高质量成像，但较晚孕周的结构显示得分相对更优。母体BMI和腹围会影响总体图像质量，但对具体血管结构识别的统计学影响有限。作者同时强调，由于本研究为回顾性设计，未能客观量化胎动和羊水因素，而这些因素很可能影响对比度和结构连续性，因此临床采集时仍需主观评估运动伪影并在必要时重复扫描。

在临床意义方面，研究人员认为胎儿超声心动图仍是首选筛查与诊断工具，胎儿MRI并不适合作为普遍筛查手段；但运动校正后的黑血3D胎儿CMR有望作为二线补充检查，用于超声诊断不确定、疑似复杂大血管异常、疑似完全性肺静脉异位引流等较难在产前准确认定的病例。在孕20–24周这一关键决策窗口内，如能提供更完整的三维血管解剖信息，可能有助于诊断细化、围产期咨询和出生后管理方案制定。在研究应用层面，该技术还可能支持纵向观察胎儿心血管形态发育，为理解主动脉缩窄等异常发育模式提供新工具。不过，该研究未涉及功能评估，且当前图像采集分辨率与部分容积效应问题尚待进一步优化。

Limitations
研究局限性主要包括：单中心回顾性设计；健康对照结构评估主要由单一观察者完成；CHD病例数量较少；早孕周血管尺寸较小本身限制显示；原始SSTSE采集分辨率有限，重建后0.70 mm各向同性体积可能仍受部分容积效应影响；此外，研究采用FBV而非估测胎重作为相关性指标，反映出早孕期体重换算公式准确性尚存在不确定性。这些因素意味着目前结果主要体现技术可行性和初步诊断潜力，尚不足以直接替代现有标准诊断路径。

结论
这是首项证明在孕28周之前可利用三维胎儿心血管磁共振成像（3D fetal CMR）对胎儿心血管系统进行详细评估的研究。研究显示，该技术具有较高的图像重建成功率、良好的图像质量评分以及较强的血管结构显示能力，并证实了对特征性病理血管表现的识别能力。上述结果为将胎儿CMR作为超声的补充成像方式、用于妊娠中期胎儿重大血管异常的产前诊断提供了依据，同时也为拓展对驱动先天性心脏病（CHD）的解剖与生理关系的研究理解开辟了新途径。