胎盘是胚胎发育期间形成的胎儿附属物，是连接母体和胎儿的器官，并通过输送氧气和营养物质以及清除废物来维持胎儿的生长^［1］。妊娠期间胎盘功能异常可能会导致母儿严重并发症，是围产期发病和死亡的重要原因之一，并对远期的健康产生深远的影响。因此，胎盘功能的监测是产前监护的关键组成部分。氧气运输是胎盘的关键功能之一^［2］，但如何量化胎盘氧气运输效能或氧气含量具有挑战。目前直接用于评估胎盘氧合的工具非常有限。胎盘氧合可以通过脐带穿刺进行评估，了解有关脐带血氧含量的信息。然而，由于该侵入性操作存在约1%的胎儿丢失风险，因此并不常用^［3-4］。多普勒超声虽然具有无创性，可了解子宫和脐带的血流量，但是很难将血流量与血氧含量值进行关联。此外，有研究表明胎儿大脑血流重新分布具有区域性，提示早期胎儿大脑缺氧时大脑中动脉（middle cerebral artery，MCA）值可能是正常的^［4］。Guttmacher等^［5］将关注点集中在开发基于非侵入性磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）技术上，其可以直接估计胎盘和胎儿特定区域的氧合变化，能够实时监测胎盘与胎儿之间的氧气输送。定量磁共振成像（quantitative magnetic resonance imaging，qMRI）技术的出现，为评估胎盘的健康状况和疾病提供了可靠且可重复的定量参数，从而为在胎盘衰竭和胎儿损伤发生之前进行干预创造了机会。本文基于MRI评估胎盘和胎儿多器官氧合状况的最新进展，探讨这些技术的科学原理，总结主要研究结果并分析其局限性。

1.基于T2*弛豫时间的成像序列：T2*弛豫时间是指观察到的横向磁化信号衰减所花费的时间，对去氧血红蛋白、大分子沉积、含水量和脂质积累等多种因素引起的磁场不均匀敏感，导致T2*弛豫时间值改变^［6］。每个组织都有一个特定的T2*弛豫时间值，改变后的T2*弛豫时间值可用于识别不同的病理组织^［7-8］。T2*弛豫时间在缺血性胎盘疾病中的应用原理是基于去氧血红蛋白具有顺磁性，其增加会导致MRI信号减弱，T2*弛豫时间值降低^［9-10］。目前对T2*弛豫时间在胎盘氧合领域几乎达成了共识，即在正常妊娠中，T2*弛豫时间值随着孕周的增加而逐渐降低。这一现象既是由于胎盘形态的正常成熟，也是因为随着孕周的增加，胎盘的氧合水平下降^［11］；而在缺血性胎盘疾病中，T2*弛豫时间值则更低^［12-17］。有研究对中位孕周为29.9周的子痫前期孕妇进行T2*加权成像，结果显示胎盘呈明显的分叶结构、大小不一的叶片、高颗粒度和大面积的低信号强度区域，且与正常孕妇（中位孕周29.1周）相比，胎盘的T2*弛豫时间值显著降低，而这一变化与母体胎盘生长因子浓度的降低存在相关性^［12］。另一项研究纳入了92例孕26.7~39.9周的孕妇，根据行MRI时的孕周对胎盘T2*弛豫时间值进行Z分数的调整，结果发现，其预测小于胎龄儿、子痫前期和早产的曲线下面积分别为0.63、0.88及0.81，此外，胎盘T2*弛豫时间值Z分数与子宫动脉搏动指数和MCA搏动指数的Z分数均呈线性相关（r值分别为0.24和0.29，P值均<0.05）^［13］。提示无论临床表现如何，T2*弛豫时间都是胎盘功能障碍的敏感参数。因此，胎盘T2*弛豫时间可以作为多普勒血流测量的补充，以提高对小于胎龄儿胎盘功能障碍的识别。胎盘功能障碍概念存在转变，其可能涵盖了广泛的临床和亚临床表现，上述研究支持了此观点。

此外，T2*弛豫时间还可与其他MRI序列结合，有助于更加了解胎盘功能^［18-19］。Wen等^［20］将T2*弛豫时间与表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）进行比较，发现其诊断效果明显优于ADC。研究发现，与分别测量T2*加权成像或ADC 2个序列相比，T2*与ADC联合序列可提供有关组织微观结构的额外信息^［21］。此外，Hutter等^［22］将T2*弛豫时间与速度选择性动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）结合，利用ASL进行血流灌注测量，提供了一种新的方法来阐明氧气供应与摄取之间的关系。在正常妊娠中，血流灌注的最高区域通常位于母体基底板附近，而氧合水平最高的区域则更接近胎儿绒毛膜板。这项研究的优势在于可以同时量化血流灌注与氧气摄取的估算值，对于理解胎盘的功能及其功能障碍至关重要。

T2*弛豫时间的成像序列是一种快速、方便、无创、可行的技术，与常规MRI扫描相比，其对磁场的不均匀更加敏感，可以检测到磁场均匀性的微小变化，提高微小病灶的检出率。然而，T2*加权成像仍存在一些局限性，需要在未来加以改进。如在腹部MRI检查中，可能会受到呼吸的影响，在后处理中由于感兴趣区域的选择，结果会有所不同。此外，参数的选择也很重要。例如，回波时间不能太长或太短。适当扩展回波时间，可以实现良好的T2*加权成像，但回波时间的扩展幅度必须加以控制，因为过度扩展会导致图像信号强度降低，并且在无限扩展时可能出现更明显的变化。此外，除了氧合外，T2*弛豫时间还受到去氧血红蛋白、大分子沉积等其他因素的影响。

2.血氧水平依赖功能磁共振成像（blood oxygenation level dependent functional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI）： BOLD-fMRI技术依赖于血氧水平变化所引起的磁信号差异，当大脑某个区域的活动增强时，血流量相应增加，氧合血红蛋白的比例也随之上升，从而导致局部磁信号增强，这种信号变化被称为BOLD信号，反映大脑的活动状态^［23］。BOLD-fMRI最初应用于神经科学研究，但近年来其在胎盘研究中的应用也逐渐受到关注。目前，通过测量孕妇在常氧和吸氧后胎盘T2*弛豫时间值的变化，以评估胎盘氧合的绝对变化，用T2*弛豫时间绝对值［即ΔT2*=T2*（高氧）－T2*（常氧）］表示^［17］。

Sinding等^［17］观察到ΔBOLD信号［ΔBOLD=（高氧BOLD信号-常氧BOLD信号）/常氧BOLD信号×100%］随着孕周的增加而增强，在胎盘功能障碍中（胎盘功能障碍定义为出生体重低于第10百分位并伴有血管灌注异常的病理学表现）的ΔBOLD信号增强更加明显，但正常组与胎盘功能障碍组之间的ΔT2*差异无统计学意义。Ingram等^［24］比较了孕20.7~37.7周的正常妊娠和胎儿生长受限（fetal growth restriction，FGR）胎盘，结果显示两者的ΔT2*差异无统计学意义。然而，Magawa等^［25］发现，与正常妊娠相比，早发型FGR（孕周>32周）的ΔT2*较高，提示早发型FGR胎盘的氧合可能降低。造成这一现象的原因可能有以下两方面：（1）绒毛膜中的氧气扩散受损；（2）绒毛膜面积减少，导致胎儿与母体血液之间的氧气交换可能受到影响。

上述研究结果的不一致可能与胎盘损伤的严重程度有关。Sørensen等^［26］研究支持了这一观点。在胎盘梗死程度较高时，胎盘ΔBOLD信号并未增加，而在损伤不太严重的情况下，FGR组的胎盘ΔBOLD信号则有所增加。对暴露在母体高氧的FGR胎儿进行脐带穿刺的结果表明，在严重的胎盘功能障碍所致的胎儿不良结局病例中，增加氧浓度并未改善胎儿的氧合水平^［27］。此外，氧浓度和吸氧时间的差异也可能导致研究结论不一致。对双胎妊娠母体高氧反应的平稳时间测量发现，胎盘氧合延长与胎儿大脑和肝脏体积较小以及出生体重较低有关^［28］。不同人群中T2*弛豫时间值的基线水平变化也可能导致ΔT2*或ΔBOLD值不一致。在足月妊娠或缺血性胎盘疾病中，T2*弛豫时间值水平较低^［10］。

BOLD-fMRI技术的局限之一是胎盘BOLD信号的复杂解释。由于BOLD信号无法在个体之间进行比较，因此胎盘ΔBOLD不能直接推断为氧饱和度的变化，因为氧激发期间，胎盘血容量分数和血流量的变化可能会影响体内去氧血红蛋白的水平^［29］。

3.氧增强磁共振成像（oxygen-enhanced magnetic resonance imaging，OE-MRI）：除了测量横向弛豫时间外，OE-MRI的实验设计还包括对纵向弛豫时间（即T1）的测量，而R1是T1的倒数，表示纵向松弛的速率，通过测量R1的变化（即ΔR1）可以更好地评估组织中的氧气水平^［30-31］。在吸入高浓度氧之后，额外溶解氧的顺磁性缩短了T1，这种变化可以通过测量T1进行定量评估^［32］。在常氧条件下可以观察到胎盘T1与孕周呈负相关^［31-34］。Huen等^［35］在常氧和吸氧条件下，对14例孕21~37周的健康孕妇进行1.5T MRI扫描，发现R1显著增加，ΔR1随孕周的增加而降低。Ingram等^［30］在3.0T MRI中也获得了相同的结果。ΔR1与孕周呈负相关，这被认为与胎盘内的成熟变化有关^［25］。通过测量胎盘氧饱和度水平的变化可以更好地理解这一现象。Jauniaux等^［36］报道，孕13~16周时胎盘氧饱和度为66.9%，孕37~40周时降至52.1%，与Fujikura和Yoshida^［37］的研究结果一致。因此，孕晚期母体吸氧过程中，额外的氧气会与血红蛋白结合，导致血浆中溶解氧减少，这与观察到的ΔR1随孕周的增加而降低相符。

胎盘OE-MRI可通过评估胎盘氧合来识别胎盘功能障碍^［6，38］。Ingram等^［30］同时量化了胎盘的纵向R1和横向R2*（R2*是指在存在磁场不均匀的情况下横向弛豫的速率，可以用R2*=1/T2*表示），并将正常妊娠与合并FGR的孕妇进行比较，确定了正常妊娠与合并FGR的基线R1和R2*值，同时发现ΔR1与孕周呈负相关，而FGR组的ΔR1下降幅度更大。

ΔR1可能受到溶解氧水平和去氧血红蛋白浓度的影响。由于溶解氧的影响以及其他生理变化的交互作用，最终导致R1的变化相对平衡。因此总体上观察到ΔR1减少，定量测量OE信号变化需要精确的模型和假设，任何误差都会影响结果的准确性。

4.定量磁化率图（quantitative susceptibility mapping，QSM）： QSM是一种先进的MRI技术，用于测量组织的磁化率，反映物质在外部磁场中的磁化响应。通过成像这些磁性特征，QSM能提供组织内部的详细磁性信息^［39-40］，并且能够准确绘制高顺磁性组织^［41-42］。由于人类胎盘血管内去氧血红蛋白的顺磁性，可以使用QSM测量胎盘氧合。T2*弛豫时间值受磁化率及其他因素（如磁场不均匀性、水扩散和横向弛豫参数T2）的影响，而QSM可直接量化磁化率。

Zun等^［43］明确了QSM在测量人类胎盘氧合方面的可行性。Dellschaft等^［44］利用相位对比磁共振成像（phase contrast magnetic resonance imaging，PC-MRI）、磁共振弥散加权成像、T2*加权成像和QSM评估子痫前期患者的胎盘氧合，结果显示，子痫前期患者胎盘易感性更高，表明胎盘内处于缺氧状态的组织增加。

QSM的处理过程相对复杂，需要进行相位解卷和去噪等步骤，可能导致计算时间延长，且对操作技术要求较高。QSM提供相对的磁化率，虽然可以反映氧合血红蛋白和去氧血红蛋白之间的比例变化，但这种关系并非线性，且受到多种因素的影响，如血流动力学和组织结构。因此，直接根据QSM图像推断氧合状态可能存在不确定性^{［41，45-46］}。同时由于胎儿运动、母体活动等因素，可能导致QSM图像出现伪影，影响数据的准确性。

qMRI是一种非侵入性的产前检查方法，用于直接评估氧气向胎儿传输的效率。胎儿的不同器官在母体高氧状态下的反应存在差异。器官组织氧合的变化与BOLD信号的变化之间有着非常密切的关系。因此，除外T2*加权成像序列、OE序列等，BOLD技术也常用于胎儿器官如大脑、肝脏、肺脏等氧合的评价。

1.胎儿大脑：Sørensen等^［47］在8例胎龄28~34周胎儿中检测到了BOLD信号，发现在母体吸氧情况下，除胎儿大脑外，肝脏、脾脏、肾脏和胎盘的BOLD信号都有所增强。随着妊娠的进展，胎儿脑血管的自动调节功能可能逐渐发展，其阻力也可能逐渐增加，提示需要更多血流，但血流的增加并不是无限制的，而是受到一定的生理限制^［48-49］。在母体吸氧后，胎儿大脑BOLD信号未增加的另一种解释是，因BOLD技术直接依赖于组织中的去氧血红蛋白含量，胎儿大脑的血容量较小（最多占胎儿总血量的5%），导致该器官对BOLD技术敏感性有限。

2.胎儿肝脏：胎儿肝脏的血供来源于2个含氧量显著不同的血管，左肝叶由高氧的脐静脉供血，而右肝叶则由脐静脉的高氧血和门静脉的低氧血共同供血^［50］。因此，右肝叶的氧合水平通常显著低于左肝叶，这种差异在缺氧时更加明显，主要是由于静脉导管的分流作用^［51］。研究显示，胎龄25~37周胎儿的肝脏中未观察到显著的BOLD反应变化^［52］。而Sorensen等^［47］在绵羊实验模型中观察到缺氧时肝脏的BOLD反应变化，但未在高氧时观察到变化。该研究团队在孕28~34周的孕妇高氧状态下观察到胎儿肝脏的BOLD反应^［53］。上述研究中选择的感兴趣区域是整个肝脏。Semple等^［54］在9例胎龄34~38周的胎儿中发现5例胎儿肝脏出现了BOLD反应，但未提供感兴趣区域选择的标准。Morris等^［55］在80例平均孕周为（35±3）周的单胎妊娠中测量了胎儿肝脏右叶的T2*弛豫时间，分别在母体吸氧前后进行测量发现，胎儿生长正常组（41例）和FGR组（39例）母体吸氧期间胎儿肝脏的T2*弛豫时间值差异无统计学意义，因此认为胎儿肝脏的氧合监测可能不适用于缺氧性疾病的诊断。

3.胎儿肺脏：正常肺发育的评估在产前咨询中至关重要，因为肺发育不良可能与多种异常相关，如骨骼发育不良、先天性肺畸形、先天性膈疝或巨大脐膨出。然而，仅依靠超声进行肺体积评估无法准确预测出生后的结果。单纯的形态测量提供的信息对肺功能或成熟度判断的准确性有限^［56-57］。近年来，MRI的使用已经扩展到孕中、晚期对肺部进行无创评估。Khen-Dunlop等^［52］对在高氧状态下孕25~37周孕妇进行观察发现，胎儿肺部出现显著的BOLD反应，这是首次在胎儿肺部检测到BOLD反应。尽管在产前胎儿处于“非功能状态”，但即使在肺功能尚未完全成熟的阶段，胎儿的肺部仍然能够对环境变化做出某种程度的反应。最近的一项研究发现，胎盘功能障碍患者胎儿肺部的T2*弛豫时间值显著降低^［58］。

4.胎儿其他器官：Baadsgaard等^［58］推测，在使用多普勒检测到胎儿MCA血流变化之前，T2*成像序列可更早发现胎儿心脏、肾脏和脾脏的T2*弛豫时间值下降。研究表明，胎儿器官的T2*弛豫时间值与胎儿氧合状况之间存在直接关系。这种现象通常被称为“脑保护”，即在胎盘功能障碍的病例中，胎儿肾脏、脾脏等器官通常已出现更严重的缺氧，而优先供血的器官（如胎儿大脑）受到的影响较小^［59］。此外，BOLD效应也在其他胎儿器官中被观察到。Sørensen等^［47］研究发现，在8例健康孕妇的胎儿脾脏和肾脏中，BOLD信号有所增强。

fMRI在监测氧气输送方面具有早期、实时和无创的潜力。多个胎盘MRI参数已成功应用并整合到临床实践中。然而，与其他器官系统相比，MRI对胎盘和胎儿在技术和生理上均面临着挑战，需要开发更快速、更稳健且适用于胎盘和胎儿的MRI脉冲序列，以捕捉和量化胎盘及胎儿各脏器的复杂发育变化。同样，随着MRI后处理技术的不断进步，逐渐能够更好地量化健康胎盘中重要的成熟过程，有助于理解在高危妊娠中这些成熟过程出现异常的时间、原因和机制。

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