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(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)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?dú)饨粨Q，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(shí)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(jìn)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(fēng)險[6]。

胎盤植入常常發(fā)生在晚孕期，此時胎兒對血?dú)饨粨Q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]?；痉椒ㄝ^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(jìn)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(diǎn)，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(jìn)行干預(yù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 病例收集

本實(shí)驗(yàn)為前瞻性實(shí)驗(yàn)，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(xiàng)，并簽署知情同意書。

納入標(biāo)準(zhǔn)：(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(shí)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(yàn)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(zhǔn)由于孕婦呼吸所致的運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)算得到正常胎盤(Nor-p)及植入胎盤(Imp-p)的平臺期的△BOLD%，進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)檢驗(yàn)其統(tǒng)計(jì)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(yàn)分別檢驗(yàn)胎盤兩側(cè)的統(tǒng)計(jì)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(biāo)為時間(共包含72個采集點(diǎn))，縱坐標(biāo)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(diǎn)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(dú)立樣本t檢驗(yàn)得到正常組及植入組間孕周(gestational week，GW)無明顯統(tǒng)計(jì)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(jìn)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(jì)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(jì)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(xì)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(zhǔn)線計(jì)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(jī)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(yùn)輸至絨毛血管得以實(shí)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(dāng)孕婦血氧增加，氧氣在高壓差下可迅速通過胎盤轉(zhuǎn)運(yùn)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(jì)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(jìn)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?yàn)閮蓚?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?yàn)檫@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(jìn)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(jī)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(kuò)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(diǎn)，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(dāng)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(xì)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(jìn)一步的研究。

3.4 實(shí)驗(yàn)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(jìn)行了獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果并無明顯統(tǒng)計(jì)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(xì)交代注意事項(xiàng)；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(diǎn)、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(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)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(jì)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(shí)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(jī)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?yàn)橹踩攵軗p，這對于臨床是否對植入者供氧干預(yù)提供了參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn) [References]

[1] Schaaps JP， Tsatsaris V， Goffin F， et al. Shunting the intervillous space: new concepts in human uteroplacental vascularization. Am J Obstet Gynecol, 2005, 192(1): 323-332.

[2] Serov AS， Salafia C， Grebenkov DS， et al. The role of morphology in mathematical models of placental gas exchange. J Appl Physiol,1985, 2016, 120(1): 17-28.

[3] Serov AS， Salafia CM， Filoche M， et al. Analytical theory of oxygen transport in the human placenta. J Theor Biol, 2015, 368: 133-144.

[4] Baschat AA, Hecher K. Fetal growth restriction due to placental disease. Semin Perinatol, 2004, 28(1): 67-80.

[5] Brosens I, Pijnenborg R, Vercruysse L, et al The "great obstetrical syndromes" are associated with disorders of deep placentation. Am J Obstet Gynecol, 2011, 204(3): 193-201.

[6] Bon C, Raudrant D, Poloce F, et al. Biochemical profile of fetal blood sampled by cordocentesis in 35 pregnancies complicated by growth retardation. Pathol Biol (Paris), 2007, 55(2): 111-120.

[7] Jauniaux E, Collins S, Burton GJ. Placenta accreta spectrum:pathophysiology and evidence-based anatomy for prenatal ultrasound imaging. Am J Obstet Gynecol, 2018, 218(1): 75-87.

[8] Sorensen A, Peters D, Simonsen C, et al. Changes in human fetal oxygenation during maternal hyperoxia as estimated by BOLD MRI.Prenat Diagn, 2013, 33(2): 141-145.

[9] Sorensen A, Peters D, Frund E, et al. Changes in human placental oxygenation during maternal hyperoxia estimated by blood oxygen level-dependent magnetic resonance imaging (BOLD MRI).Ultrasound Obstet Gynecol, 2013, 42(3): 310-314.

[10] Sorensen A, Sinding M, Peters DA, et al. Placental oxygen transport estimated by the hyperoxic placental BOLD MRI response. Physiol Rep, 2015, 3(10): e12582.

[11] Avni R， Golani O， Akselrod-Ballin A， et al. MR imaging-derived oxygen-hemoglobin dissociation curves and fetal-placental oxygenhemoglobin affinities. Radiology， 2016， 280(1): 68-77.

[12] Ginosar Y, Gielchinsky Y, Nachmansson N, et al. BOLD-MRI demonstrates acute placental and fetal organ hypoperfusion with fetal brain sparing during hypercapnia. Placenta, 2018, 63: 53-60.

[13] Ogawa S, Lee TM, Kay AR, et al. Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation. Proc Natl Acad Sci U S A, 1990, 87(24): 9868-9872.

[14] Delmaire C, Krainik A, Lethuc V, et al. Functional magnetic resonance imaging: physiopathology， techniques and applications. J Radiol, 2007, 88(3 Pt 2): 497-509.

[15] Meschia G. Fetal oxygenation and maternal ventilation. Clin Chest Med. 2011, 32(1): 15-19.

[16] Chalouhi GE, Alison M, Deloison B, et al. Fetoplacental oxygenation in an intrauterine growth restriction rat model by using blood oxygen level-dependent MR imaging at 4.7 T. Radiology， 2013， 269(1):122-129.

[17] Carter AM. Factors affecting gas transfer across the placenta and the oxygen supply to the fetus. J Dev Physiol， 1989， 12(6): 305-322.

[18] Regnault TR， Galan HL， Parker TA， et al. Placental development in normal and compromised pregnancies: a review. Placenta， 2002，23(Suppl A): S119-129.

[19] Zimta D, Melinte PR, Dinca I, et al. Anatomic markers for the retrospective and prospective evaluation of pathology involving the feto-placental and utero-placental circulatory systems inside human placenta. Forensic implications. Rom J Legal Med, 2012, 20(1): 19-32.

[20] Chantraine F， Blacher S， Berndt S， et al. Abnormal vascular architecture at the placental-maternal interface in placenta increta.Am J Obstet Gynecol, 2012, 207(3): 188, e1-9.

[21] Jauniaux E， Collins SL， Jurkovic D， et al. Accreta placentation: a systematic review of prenatal ultrasound imaging and grading of villous invasiveness. Am J Obstet Gynecol， 2016， 215(6): 712-721.

[22] Sinding M, Peters DA, Poulsen SS, et al.: Placental baseline conditions modulate the hyperoxic BOLD-MRI response. Placenta,2018, 61: 17-23.