英国谢菲尔德皇家哈勒姆郡医院产科的新生儿保健中心最近引入了一台小桶大小的磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）设备，这是迄今为止全世界最小的MRI设备。一年多前工程师对这台原型机进行最终的调试后，迄今为止，医生已经采用这台设备对大约四十个新生儿进行了出生后的脑部扫描。经过新生儿父母的许可同意，在新生儿被带回家之前，临床医生对其进行了单次扫描成像。护士首先确定婴儿喂养后进入非饥饿状态，然后用毯子将婴儿谨慎地包裹好，再用适合婴儿尺寸的耳机将耳朵遮住。之后，研究人员将婴儿置于足够大的托盘上，并将其放入MRI扫描仪进行扫描。谢菲尔德大学的生物工程师Martyn Paley说，“通常情况下，婴儿会入睡并保持一动不动，我们可以很方便地对其扫描成像”，Martyn Paley参与了这台MRI设备的设计。

MRI扫描利用了水中氢原子质子旋转轴方向的改变，来获取内部器官和结构的详细图像。当氢质子在外部磁场作用下改变旋转轴方向时，会发射能量，然后被接收线圈检测到，这为计算机提供了创建详细解剖图像所需的信息。传统的MRI的开口直径大约有70厘米，适合成人进行扫描，而这种新的“迷你MRI”的直径只有普通MRI扫描仪的一半大小，刚好大于篮球的直径。这样的小型MRI扫描仪可以放置于新生儿病房，从而避免了婴儿往返影像科的麻烦。这种小型机器能够使研究人员在新生儿病房中直接获得清晰图像。在将婴儿放在机器内20分钟，临床医生就可以获取一系列图像，这些图像不仅可以显示结构，还可以显示新生儿脑内的血液流动和生物化学物质的运动等多种信息，这些方面的成像在该原型机出现之前是不可能实现的。

大约十年前，研究人员对胎儿产前大脑发育的认识，还主要来源于堕胎或流产胎儿大脑的研究分析。但是这种死后大脑的研究可能混淆研究人员的认知，科学家们无法明确大脑损伤是来自于出生前还是在生产过程中造成的。然而，随着近年来MRI技术的不断进步，更好的磁铁、更好的接收线圈和对于仪器所获取数据的算法的进步，终于使研究人员能够实时研究发育中的大脑。

有了这些进步，研究人员最近才能够了解正常大脑的发育情况，以及了解发育过程中所发生的异常。例如，近几个月来，MRI技术已经可以深入了解寨卡病毒（Zika Virus）对胎儿大脑的影响，以及先天性心脏病如何影响大脑皮层的发育。就在不久前，2017年2月15日，研究人员宣布了对106例婴儿的MRI研究结果，其中部分婴儿只有6个月大，研究显示，更多、更深的大脑皮层褶皱可能意味着自闭症发生风险的增加。同时，研究典型婴儿脑发育的科学家希望最终能够借助这种小型MRI扫描仪对早产儿开展相关研究（早产儿有较高的脑部损伤的发生风险）。如果技术上可以实现并获得批准的话，临床医生们希望最终能够在子宫内或出生后不久有脑损伤的体征时就进行早期干预治疗，以预防发育障碍。

MRI技术进步

虽然自20世纪80年代以来MRI已被用于医院，但临床医生最初认为这种仪器对胎儿和新生儿而言并不安全。由于MRI通过使用发热的电磁场来获取信息，研究人员担心胎儿会因过热而造成损伤；部分人员还担心该机器太吵，可能会损害新生儿的听力。不过，在20世纪90年代末到21世纪初，研究表明，使用MRI扫描子宫内的胎儿，长期随访并未观察到不良事件的发生，因此怀孕期间进行MRI扫描胎儿的方法开始得到推行。

在妊娠过程中，胎儿大脑从神经管发育为更有组织的体系。然而，奥地利维也纳医科大学的神经放射学家Gregor Kasprian说，出生前的胎儿生命仍然是一个并不为我们所了解的世界，需要一些非侵入性手段来进行更深入的研究，目前MRI技术仍然是最有望实现这一点的手段。

在研究人员确定胎儿成像技术的安全性之后，他们不得不面对另一个挑战，就是胎儿的活动。Paley说，当我们在应用MRI拍摄图像时，有些婴儿可能正在“翻筋斗”。通常情况下，当患者处于静止状态的时候，MRI是最有效的。但是对于直接通过子宫或通过孕妇的血液系统使胎儿处于镇静状态的方法（比如让胎儿暴露于镇静剂），让临床医生非常犹豫。但是自2005年以来，工程师们通过增加接收器线圈的数量改善了图像的细节，并通过更高频率地拍摄图像，解决了上述运动的问题。尽管有的科学家认为MRI的运动校正策略仍然有进步的空间，但是过去十年的进步，使得临床医生已经能够通过对孕妇进行MRI扫描，从而取得很好的宫内婴儿大脑图像。

通过对子宫内胎儿使用MRI，研究人员能够更好地了解怀孕后期发生的许多正常发育事件。美国国家儿童健康系统的发育神经科学家Catherine Limperopoulos和她的同事们，对166名健康怀孕母亲开展了每周一次、为期21周的胎儿MRI扫描研究，这是迄今为止已发表的最大规模的队列研究。这项研究的结果，为怀孕后期正常大脑发育的情况提供了更为准确的参考数据。

最近，来自荷兰和英国的研究人员发现，早在孕24周时即可明显地观察到大脑独特的发育模式（如大脑两个半球之间的连接）。他们推测，随着技术的进一步发展，或许有一天临床医生可以早在这个阶段就评估是否可能存在大脑发育缺陷。Limperopoulos说：“目前我们并不知道孕24周时神经连接的变化会对后期发育产生何种影响”。由于脑组织发育早期变化如何影响孩子长期发育结局并不确定，因此这些研究可能会围绕流产合理性引发伦理学问题。然而，现在预测这些新的研究结果是否会在进一步的研究中被证实，或者它们是否会最终影响到临床实践，还为时尚早。

加深对疾病的理解

除了解正常的大脑发育之外，研究人员还使用MRI来研究诸如早产儿之类疾病的神经学基础。全世界每年受早产影响的婴儿多达1500万。在2017年1月，研究人员使用MRI扫描发现，足月产的婴儿与早产儿的大脑神经元回路结构并不相同。虽然这项小型研究仅仅纳入了32例怀孕女性，但这是第一次有研究显示，早产儿在32周时左脑负责语言发育的区域神经连接较弱。这一研究结果表明，影响早产的因素也影响了胎儿中枢神经系统的发育。

MRI还可帮助研究人员研究先天性心脏病（congenital heart defects，CHD）婴儿的认知功能障碍。CHD是很常见的出生缺陷。虽然CHD患儿在出生后几乎是立即接受心脏矫正手术，但其中仍然有许多人发生了学习、语言、社会或行为障碍。这些观察结果促使科学家们开始着手研究CHD患儿是否在出生前就已经出现了神经方面的异常，胎儿MRI扫描是目前探讨这些问题的最佳手段。科学家使用MRI扫描诊断为CHD的胎儿，与无CHD的健康婴儿相比，这些CHD婴儿存在长达三周的发育迟缓。早在妊娠25周时即可检测到这些差异。

目前该先进的MRI技术最新、最紧迫的应用之一，就是了解寨卡病毒是如何影响大脑发育的。该病毒会引起小头畸形，这是一种婴儿出生时具有异常小头和脑损伤的疾病。但科学家尚未充分了解寨卡病毒在怀孕期间如何对胎儿造成伤害。通过使用MRI，研究人员首次在非人类灵长类动物模型中，观察记录到其母亲感染寨卡病毒后胎儿发育异常的过程：病毒在感染后十天内攻击胎儿大脑。这是个“坏消息”。该研究的第一作者，美国华盛顿医学院的妇产科医师Kristina Adams Waldorf指出，“当母亲意识到自己出现感染症状时，胎儿的大脑可能已经被损坏了。”

此外，寨卡病毒感染患者后，可以在胎儿大脑中引起许多只能通过MRI检测到的症状：包括脑室容积扩大、较小的后脑（通常控制运动和其他功能）、脑细胞的丧失和脑细胞之间连接的丧失，以及大脑两个半球间连接的减少。这些症状共同构成先天性寨卡病毒综合征的一部分。美国休斯敦贝勒医学院的医学专家Magdalena Sanz-Cortes说：“如果我们不用MRI评估大脑，我们对寨卡病毒的评估将会受限。”

尽管在美国和欧洲，越来越多的宫内胎儿开始应用MRI，但许多易发生寨卡病毒疫情的发展中国家却并不熟悉这种做法。因此，对于易于发生寨卡病毒疫情的国家，当地医护人员需要更多的专业培训和专业知识，来管理和解释胎儿MRI技术。

同时，针对胎儿/婴儿的MRI技术的进展，正持续帮助科学家研究一系列问题。迷你MRI将有助于研究人员监测大脑在出生不久后将如何进一步发育。目前MRI主要用于怀孕后期子宫内胎儿成像，而有些科学家对回答怀孕前期的一些问题也表示了兴趣。但是由于此阶段大脑更小，宝宝移动速度更快，因此可能更具挑战性。

最终，胎儿MRI的最大功用将是探讨子宫内观察结果与发育结局之间的相关性。美国密歇根州韦恩大学的发育神经科学家Moriah Thomason指出，实现这一目标还面临着挑战。Thomason说：“我们希望能够有一个水晶球来诊断和预测子宫内的疾病，但我们还有很长的路要走。”

（作者：赵永刚)

参考文献： Nature Medicine 2017;23:270-271