文献信息 Title: Fetal MRI at 3 T: Principles to Optimize Success Year: 2023.04 Journal Name / Impact Fact: Radiographics /6.312 DOI: 10.1148/rg.220141 胎儿3T磁共振成像技术是产前检查的先进工具。相较于1.5T场强下的胎儿磁共振成像，3T场强能够提高图像信噪比，然而由于高场强下可能出现更严重的伪影，胎儿3T磁共振成像存在一定挑战。 本文讨论了3T场强下胎儿MRI的安全考虑因素，描述了患者准备和扫描的重要步骤，回顾了关键磁共振成像技术，并将大型机构和医学技术转化中心的胎儿成像积累经验凝结成了指南。 1. 背景 2. 胎儿3T磁共振成像的相关安全考虑 3. 受试者准备与摆位 4. 胎儿3T磁共振成像的优势 5. 胎儿3T磁共振成像的缺陷 5.1 阴影伪影（Shading Artifacts）5.2 带状伪影（Banding Artifacts）5.3 磁化伪影（Susceptibility Artifacts）6. 常用成像序列及指南 7. 结论 胎儿磁共振成像是诊断妊娠异常的重要工具，有助于妊娠管理决策和相应的临床或产后干预，如先天性膈疝修复等。为提高成像质量，提升图像信噪比，目前多家医院和研究单位开展了3T场强下的胎儿磁共振成像（MRI）。然而，相较于1.5T场强下的胎儿MRI，高场强带来更高信噪比的同时，也带来了更多、更复杂的图像伪影。因此，为实现高质量的胎儿3T MRI，必须考虑相应的技术挑战，去除相关伪影。 本文讨论了3T场强下胎儿MRI的安全考虑因素，描述了患者准备和扫描的重要步骤，回顾了关键技术和医学概念，并将大型机构和医学技术转化中心的胎儿成像积累经验凝结成了指南。 MRI扫描过程中的射频能量沉积可能导致组织发热和损伤，较高的场强和特定的脉冲序列（如具有多个回聚脉冲的SSFSE序列等）会导致较严重的射频能量沉积问题。比吸收率（SAR）能够表征MRI扫描过程中的射频能量沉积程度。相较于1.5T场强，3T场强更容易达到针对孕妇的SAR安全限值（4W/kg/6min），而当采用多回聚脉冲等序列时，上述问题将更加显著。 目前，商用的MRI扫描仪均会进行全身SAR限值检测。研究证实，1.5T和3T场强下的平均SAR值具有可比性，但3T仪器上增加的SAR值可能导致患者主观发热感变得更强烈。然而，研究也提出，对于一个健康的、未脱水、体温调节功能完整且未发烧的受试者来说，其生理稳态机制足以耐受安全正常SAR值范围内的磁共振扫描。 针对胎儿和孕妇的3T MRI检查： ◢ 利用新的模拟模型有可能准确估计孕妇的局部SAR情况[1]；◢ 目前尚无研究发现3T场强下的MRI检查会对胎儿产生不良影响；◢ 回顾性研究显示，因为研究目的而进行胎儿MRI检查的健康胎儿出生体重和出生后神经发育测试结果与未做过胎儿MRI检查的健康胎儿无显著性差异[2,3]。胎儿MRI过程中的巨大噪音可能会对胎儿发育中的听觉系统造成损害。燃而研究表明，孕妇腹部的声音衰减以及在成像过程中采取的安全措施可能会降低这种风险。美国放射学会(American College of Radiology) 建议当噪音水平超过40dB时对孕妇和胎儿进行听力保护措施。 ◢ 扫描技师需对孕妇和陪同人员（如有）进行安全检查，并提供检查服装；◢ 技师需向孕妇和陪同人员（如有）进行必要的检查说明，包括：° 潜在的影响检查时间的因素，如扫描过程中胎动等；° 强调扫描时静止并遵循呼吸指令，并说明其必要性和重要性；◢ 本机构亦搜集了受试者在检查期间对于检查体位的偏好信息；◢ 在本机构中不对孕妇施加扫描前预用药物（如安定剂等），因为尚未发现其能减少由于胎儿运动造成的成像伪影。◢ 使用两个枕头支撑受试者头部，并在受试者膝盖下垫两个枕头以提升检查舒适度；◢ 患者若无法采用仰卧位，可考虑采用头部朝前的右侧或左侧卧位，在当前姿势下在膝盖之间放置枕头提高舒适性；◢ 无论是哪种姿势，保证患者的腹部尽可能靠近磁体孔径中心；◢ 为避免扫描间发热产生的不适，可打开MR仪器孔内通风系统；
图 1 胎儿MRI检查时受试者仰卧位（A）和侧卧位（B）摆位示意图◢ 通常使用30通道体线圈（Siemens），因为其覆盖范围较大；◢ 若技师具备子宫位置和胎儿表现的先验知识，可考虑使用18通道体线圈（Siemens），其单个接收元件更大，可能提供更高的信噪比，但需注意其覆盖范围较小，因此扫描时有必要尽量减少该线圈中心与胎儿间的距离；◢ 由于孕早期（<20周）受试者的子宫和胎儿位置更容易预测，因此可针对此类受试者优先采用18通道体线圈。
图 2 最为常用的30通道体线圈（Siemens）
◢ 高场强能够带来高图像信噪比的优势，较于1.5T MRI，3T MRI的图像信噪比提升近2倍；◢ 更高的信噪比可用来提升空间分辨率或减少扫描时间。
图 3 1.5T和3T场强下的图像信噪比对比（腹部仿体成像）。在3T场强下，即便使用更高的加速倍速和更薄的层厚，其依然能得到优于1.5T的图像信噪比。 
图 4 在3T场强下，可通过调节成像视野（FOV）和调节采集矩阵大小（空间分辨率）的方法实现高分辨率、高信噪比的胎儿磁共振成像（图中为一个32周胎儿影像）。 
图 5 利用SSFSE序列进行的3mm（A）、2mm（B）、1mm（C）层厚的32周胎儿MR成像。随着层厚的降低，图像对于沟回和小脑叶等精细结构的表征效果得到了提升，然而也随之导致信噪比降低。图C中图像右侧的噪声明显增大（该侧远离线圈）。 ◢ 3T场强下改进的空间分辨率和组织对比度使得胎儿的解剖结构细节表现更优（图6）；◢ 研究报道，胎儿3T MRI可实现胎儿胸腹器官（肠、肝、肾、胃）、骨骺软骨、脊柱、小脑、脑桥、静脉系统、半规管、耳蜗等区域的清晰描绘；◢ 更多的解剖结构细节和图像质量有可能提高检查的诊断性能（图7）；◢ 通常采用SSFSE序列或bSSFP序列获取层厚为2-3mm的结构影像；◢ 对图像具有初步印象后，技师可在特定场景、针对特定临床问题时调整成像层厚以提升图像信噪比或空间分辨率；图 6 21周胎儿的1.5T（A）和3T（B）大脑MRI图像。可见较于1.5T，3T MRI能提供更好的组织对比度，其对胎儿大脑皮层（黄色）、暂态区域（transient zone，绿色）、中间区（intermediate zone，红色）和生发基质（germinal matrix，蓝色）具有更好的表征效果。图 7 妊娠19周获取1.5T下胎儿MR影像（A）并于妊娠20周时获得同一个胎儿的3T下MR影像（B）。从3T影像中可以看到清晰的胎儿脉络膜丛囊肿（箭头），而1.5T影像由于对比度不佳、分辨率不足而对于病变的表征不够清楚，最初该病变被误诊为轻度脑室肿大。 图 8 胎儿3T MRI序列重要技术参数 5.1 阴影伪影（Shading Artifacts）
◢ 较于1.5T，3T场强下磁场不均匀性更加明显；◢ 由于B1场不均匀，可能导致信号局部衰减，从而表现为阴影状伪影（图9）；◢ 不同的成像序列对B1场不均匀性的敏感程度不同：SSFSE对上述伪影高度敏感；bSSFP中度敏感；EPI基本不受影响（图9）；° 重新定位，使胎儿位置尽量靠近磁场中心； ° 使用电介质垫； ° 增厚成像层厚增加图像信噪比； ° 采用bSSFP或EPI图像采集方案。 图 9 阴影伪影示意图。其中SSFSE序列（A）的阴影伪影较于bSSFP序列（B）更严重。 5.2 带状伪影（Banding Artifacts）
◢ 带状伪影出现于bSSFP序列中，通常由于B0场不均匀导致的相位累积误差导致，表现为成像视野边缘或组织界面的线性带状信号损失（图10）；° 换用SSFSE或EPI采集方法； ° 执行新的预扫描（prescan），需要注意并非每个序列在扫描时都会系统扫描预扫描，并且预扫描与实际扫描间可能由于胎儿运动导致误差，重新执行预扫描能够最大限度地改善B0场不均匀带来的影响； ° 增加成像视野（FOV）和/或相位过采样可能消除带状伪影并且消除卷褶伪影； ° 可以缩短TR以缓解带状伪影，但这一般不足以消除带状伪影，并且可能改变图像组织对比度。 图 10 妊娠32周双胞胎图像，其中A图bSSFP图像带状伪影严重，经FOV扩大并增加30%相位过采样后带状伪影缓解（B）。 5.3 磁化伪影（Susceptibility Artifacts）
◢ 磁化伪影由于不同组织的磁化率差异引起的主磁场局部变化引起，表现为组织界面附近的信号缺失、相位编码方向的图像失真和扭曲（图11）；◢ 较于SSFSE和bSSFP序列，EPI序列（常用的有静息态功能MRI和DWI序列）更易受到磁化伪影的影响；◢ 妊娠子宫靠近母体肠道，此部分尤其容易产生磁化伪影；° 采用SSFSE或bSSFP序列替代EPI采集； ° 利用带有T2*加权的短TE序列可减轻磁化伪影，但可能改变组织对比度，降低对于病理特征识别的敏感性； ° 增加并行成像加速因子可以帮助解决一些发生在胎儿头部或出血区域的磁化伪影，但对于由于母体肠道气体导致的大范围伪影可能改善效果有限。 图 11 磁化伪影示意图。利用SSFSE序列采集的结构相（A）基本不受磁化伪影影响，即便其邻近母体肠道（黑色箭头）；而利用EPI采集的DWI图像（B）受到严重的磁化伪影影响（白色箭头）。 ° SSFSE序列是胎儿成像的重要序列，其结合半傅里叶（half-Fourier）技术和长回波链采集可以实现单次激发快速成像（SSFSE[Siemens], UFSE[Philips]），冻结胎儿运动，实现快速高分辨率成像； ° 上述序列通常采用T2加权对比度； ° T2加权的SSFSE序列是胎儿神经影像中评估大脑结构完整性的首选序列，其提供了灰质、白质和脑脊液之间的极佳组织对比度，另外对于病理损伤敏感性高（图12）； ° 针对胎儿体成像，T2加权的SSFSE序列有助于评估充满液体的结构，如气道、胃肠道和泌尿生殖道（图13）；此外其亦有助于联合bSSFP序列评估囊性结构； ° 在胎儿头部及体部的三个正交平面上获取T2加权SSFSE图像； ° 通常，由于胎动，需要重复几次上述扫描以获取最佳的图像； ° 在胎儿持续运动的情况下，延长TR可改善图像质量，尤其是针对妊娠早期的胎儿； ° SSFSE的主要缺陷是高SAR，可以使用延长TR、降低翻转角度、增加平行加速采集因子、限制成像范围等方法降低SAR值； ° 如上所述，SSFSE序列可能导致阴影伪影，尤其针对体型较大、羊水过多或多胎妊娠的孕妇；可通过重新定位、增加成像层厚、延长TR等方法缓解阴影伪影； ° 血流伪影可能在3T SSFSE序列中也表现较为明显； ° 当血流伪影和阴影伪影过于严重时，可考虑在1.5T场强下施行此检查。 图 12 轴向T2加权的SSFSE序列显示一例妊娠35周大的胎儿患有Galen静脉畸形。 图 13 一例妊娠20周患有先天性高气道阻塞综合征的胎儿T2加权SSFSE冠状位（A）和矢状位（B）影像。图像显示胎儿肺明显扩大，膈肌内翻（A），且喉水平持续梗阻，远端气管液体扩张，与喉闭锁一致(箭头)以及弥漫性皮下软组织水肿(箭头)（B）。 ° bSSFP序列是一种具有高信噪比的快速梯度回波序列（TrueFISP[Siemens], FIESTA[GE], FFE[Philips]）； ° 其呈现出T1和T2混合的组织对比度，因此其在病变表征中效果不及SSFSE； ° 其优势在于伪影较少且图像信噪比高，可通过其获取高分辨率图像（层厚1.5-2.5mm）用以表征细节结构； ° 其对比度下血液明亮，因此也可用于心脏或大血管的评估； ° 其SAR较低，可以减少受试者因为发热而产生的不适，避免由于接近SAR极限而导致的成像中断； ° bSSFP序列是胎儿神经成像获取颅面解剖结构的最佳序列，可精确表征胎儿面部轮廓、鼻腔、口腔、颞骨和气道（图14-16）； ° 其有助于表征阑尾骨骼和脊柱的异常（图17）； ° 有助于描绘胸腹解剖结构，如肺病变与正常肺实质、内脏器官、胃肠道和泌尿生殖道（图17）。 图 14 bSSFP序列显示一例妊娠28周胎儿颅面解剖正常。 图 15 妊娠32周胎儿的bSSFP图像，显示左侧视网膜结节（箭头），产后证实为视网膜母细胞瘤。 图 16 bSSFP图像显示胎儿颅面病理缺陷。（A）26周胎儿唇裂（箭头）；（B）28周胎儿患有CHARGE综合征存在左后鼻孔闭锁（箭头）。 图 17 bSSFP成像显示胎儿脊柱解剖结构。（A）33周胎儿脊柱正常；（B）28周胎儿持续脊柱湾区，胸中半椎体(箭头)和相关的椎体分隔异常 图 18 32周胎儿bSSFP图像显示支气管源性囊肿（箭头）。 ° 可使用高时间分辨率的电影序列描述胎儿的动态过程，如吞咽或四肢运动； ° 电影bSSFP序列最初由心脏电影序列改进而来，需保证在30-60s内连续获取单个3-4mm层厚的图像，或者获取10-20mm层厚的厚平面图像； ° 10-20mm层厚的厚平面图像可用于研究手腕、四肢或者吞咽运动，适用于过度活跃的胎儿； ° 也可采用EPI序列进行快速电影采集； ° 帮助诊断气管食管瘘，评估腭裂或吞咽异常； ° 确定颅面异常(如小颌畸形)或肿瘤患者的动态气道通畅程度； ° 评估胎儿胃肠动力； ° 动态胎儿心脏成像； ° 在胎儿运动活跃的情况下，可采用较大的成像视野和较厚的层厚进行成像（10-40mm）； ° 对于小于30周的胎儿来说，可以仅扫描单个层面，对于年龄较大的胎儿，可考虑采集2-3个层面（适当增加扫描时长）； ° 通常2-4min的电影成像足以评估一个运动周期。
° 常使用EPI序列获得胎儿的T2*加权对比图像，其主要优势在于成像快速； ° T2*加权序列在神经成像中具有巨大的价值，其是帮助检测出血的标准方法(图19)； ° 其也可以表征先天性感染引起的钙化； ° 在体成像中，T2*加权对比度可用于帮助识别肾上腺出血或表征骨骼系统中的软骨-骨连接； ° T2*对比度对出血敏感，判读影像时需注意区分正常血管结构和病理情况； ° T2*加权成像可能由于母体肠道气体引起相关伪影。 
图 19 利用T2*加权图像表征24周胎儿小脑出血（箭头）。 ° 通常使用EPI序列获取胎儿DWI图像； ° 胎儿DWI的主要应用领域为急性脑损伤的评估，表现为ADC下降和扩散迹图（diffusion trace map）上的高信号(图20-21)； ° 通常在涉及血管异常(如动静脉畸形)的单胎妊娠、复杂的双胎妊娠(如双胎输血综合征)、出血妊娠以及原因不明的妊娠损伤情景时获取胎儿扩散加权图像； ° 当获得超过6个扩散编码方向时，可以实现扩散张量成像模型，该模型提供了有关发育中的大脑半球的层状结构、白质的束状结构以及影响分数各向同性的年龄相关微观结构变化的进一步信息； ° DWI也被用于评估肺成熟度，因为肺部ADC值与胎龄有很强的相关性； ° 为了减少相关伪影，通常采用较厚的层厚（>3mm）和较少的扩散敏感图像（diffusion-sensitized）进行成像； ° 当单个序列成像时间足够短时，可考虑采用屏气成像； ° 当只需评估水扩散系数时，可仅采集3个扩散编码方向，且使用较厚的成像层厚（4-5mm）； ° 在本机构中，通常使用12扩散方向的DWI序列，采集成像厚度为2-3mm；更多的扩散编码方向和高场强有助于实现高分辨率成像； ° 通常采用500 和 750 s/mm2的b值，较高的b值可能信噪比较低；然而，在高梯度磁共振仪器上我们实现了高质量的高b值胎儿DWI（750 和 1000 s/mm2）； ° 成像时需注意可能由于母体肠道空气造成的伪影。
图 20 常染色体隐性多囊肾病和羊水缺乏导致妊娠33周胎儿死亡的胎儿DWI图像。轴向ADC图(A)和扩散迹图(B)显示广泛性低弥散度，灰白色分化和脑分区分化消失、脑室和脑沟淤积，感兴趣区域脑实质ADC值小于700 s/mm2。
图 21 妊娠25周龄胎儿轴向DWI图像(12个扩散编码方向;b值= 750 s/mm2)。(A, B)轴向ADC图(A)和轴向弥散迹图(B)显示大脑半球呈分层状，皮层和生发基质弥散率较低。(C)轴向分数各向异性图显示胼胝体和未成熟胎儿皮层的各向异性较高，而由于缺乏髓鞘形成，半球白质的各向异性相对较低。 ° 胎儿T1加权成像最常用的序列是3D SPGR序列（VIBE[Siemens], LAVA[GE], THRIVE[Philips]）； ° 也可使用单反转预脉冲后的单次激发采集技术（如SSFSE）获得T1加权成像； ° T1加权图像表征组织结构和特性方面起着重要的作用； ° T1加权SPGR图像可显示大脑半球正常的层状结构； ° 局部病理情况可能表现为T1缩短，包括血肿、蛋白囊肿(如肠复制囊肿)和脂肪瘤(图22)； ° 妊娠20周后，直肠可见正常的T1值增高的胎粪；T1胎粪信号异常或缺失在评估消化道和泌尿生殖系统异常(如泄殖腔畸形、胎粪腹膜炎、微结肠)中起重要作用(图22)； ° T1加权图像还可以针对胃裂或先天性膈疝胎儿评估疝肠； ° 另外，T1加权图像还可提示颅内血管病变，如硬脑膜窦畸形或Galen静脉畸形(图23-24)； ° 一般需要结合并行成像技术或部分傅里叶（partial Fourier）技术实现快速成像； ° 可联合脂肪抑制技术成像，提高图像动态范围（图25）； ° 当使用单反转预脉冲后的单次激发采集技术（如SSFSE）获得T1加权成像时需注意缩短回波链长度避免混杂T2加权； ° 由于采用3D采集方案，因此图像中易出现运动伪影，最好在孕妇屏气时成像（10-20s），为缩短屏气时长，可将采集分为两组。
图 22 妊娠30周胎儿T1加权3D SPGR胎儿结构成像。(A)冠状位图像显示脑下垂体(箭头)存在高密度灶；(B)冠状位图像显示甲状腺组织(箭头)存在高信号；(C)经腹部获得的冠状位图像显示直肠内有高浓度胎粪(箭头)。
图 23 T1加权3D SPGR图像显示胎儿病理情况。(A) Cantrell五联症19周胎儿矢状面图像显示肝脏通过胸腹前缺损疝出(箭头)；(B) COL4/A1突变32周胎儿轴向图像显示右侧额叶亚急性血肿(箭头)；(C)冠状位图像显示甲状腺球蛋白缺乏的25周胎儿甲状腺肿大(箭头)。
图 24 T1加权3D SPGR图像显示34周胎儿非先天性脑膜动静脉瘘(图中未显示)造成的颈动脉通平面血流敏感。(A)轴向T1加权3D SPGR图像显示颈总动脉(黑色箭头)和椎动脉(白色箭头)肿大；(B)颈部上方轴向T1加权3D SPGR图像显示颈内动脉(箭头)肿大。
图 25 在T1加权胎儿成像时增加脂肪抑制预脉冲前（A）后（B）对比度，表明脂肪抑制预脉冲有助于增强组织对比。 ° FLAIR序列是最近新加入protocol的胎儿成像序列； ° 其常采用EPI进行图像采集，结合反转脉冲抑制自由水信号； ° EPI-FLAIR可以精确地勾勒出胎儿端脑的瞬态区，其中皮层板和中间区保持中等信号强度，而脑脊液和底板出现低强度； ° 用EPI-FLAIR获得的组织对比优于T2加权的SSFSE序列，后者通常被认为是帮助评估脑实质的标准序列； ° 据报道，EPI-FLAIR可以帮助诊断干扰半球正常分层的实质异常，如多小回症和其他皮质发育不良。 ◢ 与1.5T胎儿MRI相比，3T胎儿成像具有高图像信噪比、高成像分辨率、更优秀的图像对比度的优势；◢ 3T胎儿MRI检查成果与否很大程度上取决于患者准备、硬件选择和序列优化的情况；◢ 不同的胎儿MRI序列在胎儿体检和疾病评估方面起着互补的作用；◢ 3T胎儿MRI可能遇到的高能量沉积、磁场不均匀等问题可通过有效的序列优化缓解。▎参考文献 [1]Cannie MM, De Keyzer F, Van Laere S, et al. Potential Heating Effect in the Gravid Uterus by Using 3-T MR Imaging Protocols: Experimental Study in Miniature Pigs. Radiology 2016;279(3):754–761. [2]Chartier AL, Bouvier MJ, McPherson DR, Stepenosky JE, Taysom DA, Marks RM. The Safety of Maternal and Fetal MRI at 3 T. AJR Am J Roentgenol 2019;213(5):1170–1173. [3]Machado Rivas F, Sadhwani A, Rohde C, Jaimes C. IPR 2021 (S7.4.1 Two-year neurodevelopmental outcomes of healthy fetuses scanned at 3 Tesla). Pediatr Radiol 2021;51(1):70.
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