基于高分辨率MRI的胎儿生长受限皮质特征分析：揭示脑发育关键生物标志物

《BMC Pregnancy and Childbirth》：Assessing the impact of fetal growth restriction using high-resolution MRI: a comprehensive cortical analysis

本研究针对胎儿生长受限（FGR）导致的神经发育风险，通过高分辨率MRI技术对35个脑区进行皮质形态学分析，发现皮质厚度和沟深是FGR最敏感的指标，并构建仅需7个关键脑区的回归模型（AUC=0.834）。该研究为FGR的早期诊断提供了可靠的影像学生物标志物。

　　

胎儿生长受限（Fetal Growth Restriction, FGR）是一种复杂的病理状况，其特征是胎儿未能达到其遗传决定的生长潜力，全球每年约影响3000万婴儿。FGR与显著的神经发育风险相关，包括脑容积减少、皮质结构改变和脑连接受损，这些改变可能导致长期认知、精细运动技能和神经心理功能缺陷。传统的超声诊断方法虽然能够提供生物计量参数，但在探究FGR影响胎儿脑发育的潜在机制方面，其分辨率往往不足。近年来，磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）技术的进步不仅提高了产前诊断的准确性，还为理解影响胎儿脑发育的病理生理过程提供了前所未有的见解。然而，以往基于MRI的FGR研究主要关注总脑容积的变化，对FGR影响的详细皮质特性（如曲率、沟深、表面积、皮质灰质体积和皮质厚度）的探索仍然有限。

为了揭示FGR对大脑皮质发育的影响机制，黄世杰等研究人员在《BMC Pregnancy and Childbirth》上发表了一项研究，旨在利用高分辨率MRI技术，通过对35个脑区的详细皮质特性分析，评估FGR对胎儿脑发育的影响。该研究通过超分辨率重建、分割和表面重建算法获取统计数据，全面探讨了FGR对胎儿大脑皮质的影响。

研究人员采用了几项关键技术方法：首先，利用PAK-SRR和NeSVoR技术对临床获取的多视角厚层扫描进行超分辨率重建，获得高分辨率（0.8×0.8×0.8 mm）MRI图像；其次，使用HieraParceNet对白质（WM）、灰质（GM）和脑脊液（CSF）进行分割；最后，通过Freesurfer重建脑皮质表面并将其划分为35个左脑区和35个右脑区，计算皮质特性。研究纳入了来自南京医科大学第一附属医院2018年6月至2023年5月的83例FGR和158例健康对照（HCs）胎儿MRI数据，所有数据均经过严格的质量控制。

对称性分析

研究人员首先分析了左右大脑半球皮质特征对FGR的影响是否对称。结果显示，两个半球的皮质特征均与FGR显著相关（p值极低），但比值比（OR）接近1（右半球OR=0.994，左半球OR=1.005），且回归模型的曲线下面积（AUC）为0.51，表明仅凭半球特征无法有效区分FGR和HCs组。这些结果证实了FGR对大脑半球的影响是对称的，因此在后续分析中可以将左右半球的特征合并而不引入偏倚。

皮质特性分析

研究人员进一步考察了5种皮质特性（表面积、曲率、灰质体积、沟深和皮质厚度）对FGR的总体影响。研究发现，表面积、曲率和灰质体积这三个特性对FGR有显著影响（p<0.05），但它们的OR值均接近1，表明当这些特性被集体分析而不区分特定脑区时，难以识别显著的风险因素或区分保护性和抑制性效应。结合这些特征的回归模型AUC为0.651，显示出中等程度的区分能力。这表明要深入理解皮质特性与FGR的关系，必须考虑具体的脑区。

脑区与皮质特性组合的影响

通过将35个脑区与5种皮质特性组合成175个特征，研究人员识别出62个关键特征。分析显示，这些特征与FGR之间存在多种显著的统计学关联。其中，边缘叶的皮质厚度和顶叶的沟深表现出明显的保护效应，而枕叶和颞叶的皮质厚度以及边缘叶的沟深则表现出抑制效应。灰质体积、曲率和表面积仅显示出微弱的保护或抑制效应。基于这62个关键特征的回归模型表现出强大的诊断性能，AUC达到0.880。

特定半球脑区特征对FGR的影响

通过区分左右半球的特定皮质特征，研究人员分析了350个特征对FGR的影响，最终确定了7个关键特征。这些特征主要分布在边缘叶、顶叶和枕叶，聚焦于中央沟和外侧裂附近的沟深。其中，右侧海马旁回的皮质厚度表现出强烈的抑制效应（OR=53.697），而左侧脑岛的沟深则表现出强大的保护效应（OR=0.092）。其他特征也显示出显著的保护或抑制影响。基于这7个特征的回归模型AUC高达0.834，表明其具有很高的预测准确性。

研究结论和讨论部分强调，这项研究从四个角度全面分析了FGR的皮质发育情况。实验结果表明，左右大脑半球受到FGR的影响是对称的，需要详细划分脑区才能准确预测FGR。研究还提供了关于皮质特性对FGR影响的更深入见解。先前的研究一致表明，FGR胎儿表现出延迟和异常的大脑皮质发育。值得注意的是，研究发现FGR婴儿的灰质体积比健康婴儿少28%，这种减少可能归因于胎盘功能障碍，限制了胎儿获取必需营养素，从而破坏了神经元的产生和迁移，最终导致皮质发育不良。

在区域特异性影响方面，脑岛和喙前扣带回的高OR值表明FGR组在这些区域的结构和功能异常发生率显著高于正常组。这些区域是早期发育、代谢活跃的脑区，在胎儿发育过程中严重依赖充足的营养和氧气供应。楔叶和颞极的高OR值提示FGR胎儿这些区域出现皮质增厚，可能是由于长期营养和氧气剥夺导致的适应性神经发育反应异常。相反，喙前扣带回和海马旁回的低OR值表明这些区域在FGR胎儿中出现皮质变薄，可能源于长期氧气和营养剥夺破坏了神经发生和突触连接。

这些关键脑区域在空间分布和功能角色上都表现出强大的连接性和集中性。顶叶区域（特别是楔前叶、中央后回和缘上回）是感觉整合、自我意识和语言处理的核心。枕叶区域（包括舌回和距状裂周围区）对视觉功能至关重要。边缘结构（如脑岛和海马旁回）进一步凸显了FGR可能对情绪调节和记忆产生的潜在影响。这些发现表明，FGR可能导致多个皮质区域的发育级联变化，可能造成长期的认知、感觉和情绪挑战。

这项研究的发现为产科医生和助产士管理FGR妊娠提供了宝贵的临床见解。通过识别关键的皮质生物标志物，如特定脑区的皮质厚度和沟深，研究强调了FGR胎儿大脑中特别脆弱的区域。这些生物标志物为临床医生提供了对胎儿脑发育的更深入理解，并为未来早期识别生长受限胎儿提供了重要信息。然而，需要注意的是，这项研究尚未提供可在常规产科实践中立即使用的临床工具，FGR的诊断仍然主要依赖超声检查。相反，这项研究强调了FGR受影响胎儿皮质改变的长期神经发育影响。

研究的局限性包括仅分析了皮质特性，未检查皮层下结构、白质完整性或功能连接；缺乏纵向数据；以及仅收集了母亲年龄作为人口统计学变量，排除了其他潜在影响因素。未来工作将更全面详细地分析皮层下结构、白质完整性和功能连接，并纳入纵向胎儿MRI数据。此外，结合基于超声图像的皮质重建和构建基于皮质特征的形态学脑网络，可能提供对FGR影响的更深入见解。

总之，这项研究对FGR及其对皮质发育的深远影响进行了全面分析，揭示了沟深和皮质厚度等皮质特性的区域特异性改变。研究结果强调了顶叶、枕叶和边缘叶的重要作用，表明FGR对涉及感觉整合、认知处理和情绪调节的区域产生了不成比例的影响。通过关键皮质特征实现强大的诊断性能，为在临床环境中开发FGR早期检测和干预的可靠皮质相关生物标志物奠定了有希望的基础。这些发现有助于不断深入了解FGR的长期神经发育影响，最终目标是改善受影响人群的预后。