胎儿MRI肺容积分割：超分辨率重建技术显著提升评估者间一致性

本刊推荐：为解决胎儿MRI肺容积测量中评估者间可靠性低的问题，研究人员开展了超分辨率（SR）重建技术与原始单次激发快速自旋回波（ssFSE）图像对比研究。结果表明，SR重建显著降低了肺容积测量的变异系数（CV<0.001），提高了组内相关系数（ICC>0.99），为胎儿肺发育评估提供了更可靠的影像学生物标志物。

　　

在产前诊断领域，胎儿磁共振成像（MRI）正发挥着越来越重要的作用。虽然它最初主要用于评估胎儿中枢神经系统病变，但如今其应用已扩展到肺部等重要器官的评估。胎儿肺容积测量已成为预测多种疾病预后的关键生物标志物，包括先天性膈疝（CDH）引起的肺发育不全、宫内生长受限、巨大脐膨出和早产等。然而，获取高质量的胎儿MRI图像面临巨大挑战——胎儿不可预测的运动会导致图像模糊、切片间运动伪影以及难以获取标准诊断平面图像。

目前临床主要采用快速二维序列如单次激发快速自旋回波（ssFSE）序列，这些序列能提供优秀的平面内分辨率（0.5-1 mm²），但切片较厚（3-5 mm），且运动经常发生在切片之间，导致图像质量不稳定。更令人困扰的是，不同放射科医生对同一病例的肺容积测量结果可能存在显著差异，这种评估者间可靠性低的问题严重影响了临床诊断的准确性和一致性。

为了解决这一难题，苏黎世大学儿童医院的研究团队开展了一项创新性研究，探索超分辨率（SR）重建技术——特别是可变形切片到体积重建方法——在提高胎儿肺容积测量可靠性方面的潜力。这项研究发表在《European Radiology Experimental》期刊上，为胎儿MRI影像分析提供了重要技术突破。

研究人员利用2019年9月至2020年7月期间在苏黎世大学儿童医院获得的临床胎儿MRI数据，排除了多胎妊娠和肺部病变病例，最终纳入98例妊娠19至37周的胎儿。采用1.5T或3T全身扫描仪获取T2加权ssFSE序列图像，通过可变形切片到体积重建技术生成0.8×0.8×0.8 mm³分辨率的SR重建图像。三名经验丰富的放射科医生分别对原始ssFSE图像和SR重建图像进行肺部手动分割和质量评分（1-5分Likert量表），使用3D Slicer软件进行分割操作，FSL和ITK库进行形态学轮廓插值。统计分析包括变异系数（CV）比较、组内相关系数（ICC）计算、Bland-Altman分析和方差分析，评估两种方法的可靠性和一致性。

患者纳入情况

研究最终纳入98例胎儿，平均孕龄（GA）为26.2±4.2周，其中42次检查使用1.5T磁场强度，56次使用3T磁场强度。队列中包含47例脊柱裂、34例其他神经系统病变、5例非肺部体部病变、4例头颈部病变和1例羊水过少病例，仅有7例根据放射学报告被归类为正常胎儿。

手动分割结果

三位放射科医生完成了所有图像的质量评分，SR重建与ssFSE图像的质量评分无显著差异（p>0.05）。在82例ssFSE病例和79例SR病例中，三位医生都提供了分割结果；67例病例中医生同时提供了两种图像的分割。医生选择同一ssFSE图像进行分割的情况仅出现在28例受试者中。值得注意的是，有些病例中医生认为ssFSE图像质量过低无法分割，但却能够分割SR重建图像，这表明SR重建提高了单个病例层面的图像可用性。

胎儿肺容积分析

从肺部分割结果计算得到的总胎儿肺容积显示，SR重建与ssFSE图像确定的肺容积无显著差异（p>0.05）。个体放射科医生的ssFSE图像与SR重建肺容积之间存在高度的一致性，R²值分别为0.94、0.92和0.94。最重要的是，SR重建的评估者间变异性显著低于ssFSE图像：总肺容积的CV值为5.69±4.87对比7.85±5.60（p<0.001），左右肺分别比较也显示SR重建的CV显著更低。ICC分析同样显示SR重建的组内相关性（0.995-0.996）高于ssFSE图像（0.987-0.989）。

Bland-Altman图直观显示，医生间分割差异在SR重建中 consistently 更小。进一步分析发现，孕龄和磁场强度对两种图像的CV均无显著影响，而图像质量对ssFSE图像的CV有影响（p=0.005），但对SR重建的影响不显著（p=0.057）。图像质量与孕龄之间无显著相关性。

讨论与结论

本研究证实了SR重建在提高胎儿肺容积测量可靠性方面的显著优势。与原始ssFSE图像相比，SR重建提供了更一致的评估者间结果，这主要归因于两个方面：一是SR重建为所有评估者提供了统一的图像进行分割，避免了因选择不同ssFSE图像带来的变异性；二是运动校正技术和标准成像平面定位提高了图像质量和一致性。

特别值得注意的是，在某些原始ssFSE图像被认为质量过低无法分割的病例中，SR重建仍然能够提供可分割的图像，这在实际临床工作中具有重要意义，意味着SR重建技术能够"挽救"一些原本无法使用的扫描数据，提高诊断成功率。

研究还发现，SR重建的可靠性不受孕龄和磁场强度影响，这表明该技术在不同临床环境下都具有稳定的性能。虽然高质量原始ssFSE图像仍然是获得优质SR重建的前提，但随着实时质量控制系统的发展，未来可以进一步优化图像采集流程，确保获得足够数量和质量的输入图像用于重建。

这项研究的临床意义尤为突出。在先天性膈疝等疾病中，胎儿肺容积是预测生存率和是否需要体外膜肺氧合（ECMO）支持的关键指标。SR重建提供的更可靠测量结果将直接影响临床决策和预后评估。此外，该技术还有潜力扩展到其他胎儿器官的评估，如肝脏和肾脏，为全面的产前诊断和治疗规划提供支持。

未来研究需要进一步验证SR重建在肺部病变胎儿中的适用性，特别是那些解剖结构变异性更大的病例。同时，开发基于深度学习的自动分割算法与SR重建结合，将能够进一步提高胎儿肺容积测量的效率和准确性，最终实现多中心临床应用。

总之，这项研究证明了超分辨率重建技术能够显著提高胎儿MRI肺容积测量的评估者间可靠性，为产前诊断提供了一个更强大、更一致的工具。虽然SR重建不能完全替代原始ssFSE图像在诊断中的作用，但作为重要补充，它能够提高图像可用性和测量一致性，最终改善胎儿肺部疾病的评估和预后预测能力。随着技术的进一步优化和验证，SR重建有望成为胎儿MRI分析的标准流程，为临床提供更可靠的定量评估指标。