Возможности метода Т2*-релаксометрии в диагностике гипоксии головного мозга плода

Существующие в настоящее время способы оценки оксигенации мозга плода являются косвенными и приводят либо к недооценке клинической ситуации, либо, наоборот, к чрезмерным акушерским вмешательствам. При гипоксии в тканях увеличивается количество дезоксигемоглобина, который, обладая парамагнитными свойствами, сокращает Т2*-время релаксации (Т2*-ВР). Этот феномен открывает возможность использования Т2*-ВР как специфического диагностического маркера гипоксии головного мозга при проведении МРТ плода.

Настоящий обзор посвящен исследованию современного состояния метода Т2* магнитно-резонансной релаксометрии в диагностике гипоксических состояний головного мозга плода. Приведены имеющиеся на сегодняшний день сведения о Т2*-ВР различных структур мозга плода и их изменениях при различных патологических состояниях. Согласно данным исследований, приведенным в настоящем обзоре, Т2*-время релаксации тканей мозга плода уменьшается с гестационным возрастом, что связано как с физиологическим уменьшением оксигенации мозга, особенно в третьем триместре, так и с естественным созреванием ткани при развитии плода. Также в ряде исследований наблюдается заметное снижение Т2*-ВР мозга плода при различных гипоксических состояниях.

МРТ плода является технически сложным из-за маленького размера мозга, непредсказуемых движений плода, а также ряда материнских факторов. В обзоре рассмотрены различные способы быстрого получения и обработки Т2*-взвешенных изображений (ВИ), устойчивые к хаотичным движениям плода.

Представленный материал может быть использован для дальнейшего освоения количественной Т2*-релаксометрии в пренатальной диагностике.

1. Masselli G, Vaccaro Notte MR, Zacharzewska-Gondek A, et al. Fetal MRI of CNS abnormalities. Clin Radiol. 2020;75(8):640.e1–640.e11. DOI:10.1016/j.crad.2020.03.035.

2. Manganaro L, Capuani S, Gennarini M, et al. Fetal MRI: what’s new? A short review. Eur Radiol Exp. 2023;7(1):41. DOI:10.1186/s41747-023-00358-5.

3. Powers AM, White C, Neuberger I, et al. Fetal MRI Neuroradiology: Indications. Clin Perinatol. 2022;49(3):573–586. DOI:10.1016/j.clp.2022.05.001.

4. Manganaro L, Antonelli A, Bernardo S, et al. Highlights on MRI of the fetal body. Radiol Med. 2018 Apr; 123(4):271–285. DOI:10.1007/s11547-017-0834-7.

5. Hussain NM, O’Halloran M, McDermott B, et al. Fetal monitoring technologies for the detection of intrapartum hypoxia — challenges and opportunities. Biomed Phys Eng Express. 2024;10(2). DOI:10.1088/2057-1976/ad17a6.

6. O’Connor JPB, Robinson SP, Waterton JC. Imaging tumour hypoxia with oxygen-enhanced MRI and BOLD MRI. Br J Radiol. 2019;92(1095):20180642. DOI:10.1259/bjr.20180642.

7. Vu C, Chai Y, Coloigner J, et al. Quantitative perfusion mapping with induced transient hypoxia using BOLD MRI. Magn Reson Med. 2021;85(1):168–181. DOI:10.1002/mrm.28422.

8. Sayin ES, Schulman J, Poublanc J, et al. Investigations of hypoxia-induced deoxyhemoglobin as a contrast agent for cerebral perfusion imaging. Hum Brain Mapp. 2023;44(3):1019–1029. DOI:10.1002/hbm.26131.

9. Bottomley PA, Hardy CJ, Argersinger RE, et al. A review of 1H nuclear magnetic resonance relaxation in pathology: are T1 and T2 diagnostic? Med Phys. 1987;14(1):1–37. DOI:10.1118/1.596111.

10. Cheng HL, Stikov N, Ghugre NR, et al. Practical medical applications of quantitative MR relaxometry. J Magn Reson Imaging. 2012;36(4):805–24. DOI:10.1002/jmri.23718.

11. Chavhan GB, Babyn PS, Thomas B, et al. Principles, techniques, and applications of T2*-based MR imaging and its special applications. Radiographics. 2009 Sep-Oct;29(5):1433–49. DOI:10.1148/rg.295095034. PMID: 19755604; PMCID: PMC2799958.

12. Cameron IL, Ord VA, Fullerton GD. Characterization of proton NMR relaxation times in normal and pathological tissues by correlation with other tissue parameters. Magn Reson Imaging. 1984;2(2):97–106. DOI:10.1016/0730-725x(84)90063-8.

13. Giussani DA. The fetal brain sparing response to hypoxia: physiological mechanisms. J Physiol. 2016;594(5):1215–30. DOI:10.1113/JP271099.

14. Prayer D, Brugger PC, Kasprian G, et al. MRI of fetal acquired brain lesions. Eur J Radiol. 2006;57(2):233–49. DOI:10.1016/j.ejrad.2005.11.023.

15. Юсенко С.Р., Нагорнева С.В., Коган И.Ю. Изменение мозговой гемодинамики плода при задержке его роста. Российский вестник акушера-гинеколога. 2024;24(3):36–41.

16. Лазарева Г.А., Чебышева Е.Л. Роль допплерометрических показателей в оценке церебральной гемодинамики плода. Современные проблемы науки и образования. 2021;5:123.

17. Vasung L, Fischi-Gomez E, Hüppi PS. Multimodality evaluation of the pediatric brain: DTI and its competitors. Pediatr Radiol. 2013;43(1):60–8. DOI:10.1007/s00247-012-2515-y.

18. Vasylechko S, Malamateniou C, Nunes RG, et al. T2* relaxometry of fetal brain at 1.5 Tesla using a motion tolerant method. Magn Reson Med. 2015;73(5):1795–802. DOI:10.1002/mrm.25299.

19. Blazejewska AI, Seshamani S, McKown SK, et al. 3D in utero quantification of T2* relaxation times in human fetal brain tissues for age optimized structural and functional MRI. Magn Reson Med. 2017;78(3):909–916. DOI:10.1002/mrm.26471.

20. Baadsgaard K, Hansen DN, Peters DA, et al. T2* weighted fetal MRI and the correlation with placental dysfunction. Placenta. 2023;131:90–97. DOI:10.1016/j.placenta.2022.12.002.

21. Lauridsen MH, Uldbjerg N, Henriksen TB, et al. Cerebral Oxygenation Measurements by Magnetic Resonance Imaging in Fetuses With and Without Heart Defects.CircCardiovascImaging.2017;10(11):e006459. DOI:10.1161/CIRCIMAGING.117.006459.

22. Peyvandi S, Xu D, Wang Y, et al. Fetal Cerebral Oxygenation Is Impaired in Congenital Heart Disease and Shows Variable Response to Maternal Hyperoxia. J Am Heart Assoc. 2021;10(1):e018777. DOI:10.1161/JAHA.120.018777.

23. Cromb D, Steinweg J, Aviles Verdera J, et al. T2*-Relaxometry MRI to Assess Third Trimester Placental and Fetal Brain Oxygenation and Placental Characteristics in Healthy Fetuses and Fetuses With Congenital Heart Disease. J Magn Reson Imaging. 2024. DOI:10.1002/jmri.29498.

24. Aviles Verdera J, Story L, Hall M, et al. Reliability and Feasibility of Low-Field-Strength Fetal MRI at 0.55 T during Pregnancy. Radiology. 2023;309(1):e223050. DOI:10.1148/radiol.223050.

25. Payette K, Uus AU, Kollstad E, et al. T2* relaxometry of fetal brain structures using low-field (0.55T) MRI. Magn Reson Med. 2024;1–12. DOI:10.1002/mrm.30409.

26. Malamateniou C, Malik SJ, Counsell SJ, et al. Motion-compensation techniques in neonatal and fetal MR imaging. AJNR Am J Neuroradiol. 2013;34(6):1124–36. DOI:10.3174/ajnr.A3128.

27. Ciceri T, Casartelli L, Montano F, et al. Fetal brain MRI atlases and datasets: A review. Neuroimage. 2024 Apr 15; 292:120603. DOI:10.1016/j.neuroimage.2024.120603.

28. Péran P, Hagberg G, Luccichenti G, et al. Voxel-based analysis of R2* maps in the healthy human brain. J Magn Reson Imaging. 2007;26(6):1413–20. DOI:10.1002/jmri.21204.

29. Uus AU, et al. Combined Quantitative T2* Map and Structural T2-Weighted Tissue-Specific Analysis for Fetal Brain MRI: Pilot Automated Pipeline. In: Link-Sourani D, Abaci Turk E, Macgowan C, et al. (eds). Perinatal, Preterm and Paediatric Image Analysis. PIPPI 2023. Lecture Notes in Computer Science. 2023. Vol. 14246. Springer, Cham. DOI:10.1007/978-3-031-45544-5_3.