人类海马结构是大脑边缘系统的关键区域,与学习、记忆、情绪等功能紧密相关,是神经科学研究领域的热点脑区。海马结构的异常变化与许多神经发育障碍如胼胝体发育不良、无脑回畸形、前脑无裂畸形等紧密相关。同时也在很多病理状态中有所体现,如孤独症、癫痫、记忆障碍、帕金森病,精神分裂症、阿尔茨海默病等。人类海马结构产前发育的研究近年来受到越来越多的重视。其主要原因为：上述疾病或者不正常现象可能是由于的海马结构体积较小、未折叠,或者方向弯曲,甚至是在妊娠中期以前海马结构已经停止发育所致。人类海马结构主要由齿状回、海马角、下托以及相关的白质结构如海马伞、海马神经纤维等构成。其结构的复杂性导致研究者难以观察海马结构发育过程中微小的体积或者形态变化。特别是对于低场强的活体研究(1.5T或3.0T),无法得到高分辨率图像。而对于宫内海马结构,则受到胎动或者母体脉搏跳动等因素的影响,同样难以观察海马结构的细微变化或异常。组织学研究表明,海马结构的产前发育是一个渐进的旋转过程。大约在妊娠第九孕周,海马原基首先在终板背侧出现并可通过组织学切片进行观察。在随后的两个月内,伴随着海马沟的折叠与闭合,齿状回和海马角体积逐渐增大,进而折入颞叶内侧,到了18到20孕周时,海马结构已经开始与成人海马类似。然而,对于这一阶段海马结构的发育变化,尤其对于其体积、表面形态、折叠变化等,尚缺乏定性、定量数据的研究。海马结构的不对称性也是备受关注的问题。青少年与成人研究表明,海马结构存在不对称性,表现为右侧海马结构较左侧大。足月儿与早产儿研究也发现存在海马结构的不对称性,同样表现为右侧较大。进一步的产前胎儿海马结构发育研究表明,海马沟在发育过程中存在半球差异,表现为右侧海马沟折叠较左侧早,说明右侧海马发育较左侧快。而体积研究却未发现左右侧海马结构的不对称性,这可能与宫内低场强MR图像分辨率太低,海马结构边界定义不够清晰有关。因此,海马结构的不对称性在宫内何时出现,在生前是如何发育变化等尚存在争论。与此同时,在整个宫内胎儿发育阶段,妊娠中期是胎儿脑半球及内部结构增长明显的一个阶段,表现为脑皮质的迅速折叠与体积的迅速增大,脑皮质七层结构的出现和神经细胞的大规模迁移,也是许多发育相关性疾病与畸形在临床诊断中较容易发现的阶段。尤其是位于颞叶内侧,属于边缘系统的海马结构,在这一阶段发生了巨大的形态变化。因此,妊娠中期胎儿海马结构的发育规律及其半球间差异可能更加明显,此时期的研究结果可能有更大的临床参考价值。为解决上述问题,本研究选择妊娠中期的胎儿标本,应用7.0T高场强MRI扫描,观察并分割海马结构；利用体积和形态(shape)分析方法,探寻妊娠中期胎儿海马结构的正常发育规律,并分析半球间差异；利用基于图像灰度的配准方法(ANTs),构建妊娠中期胎儿海马结构4D动态模板。本研究结果可为临床与海马结构发育障碍相关的神经性疾病阐明解剖学基础,为后续海马结构相关的进一步研究提供参考。第一部分：妊娠中期胎儿海马结构的观察和分割目的海马结构的发育,尤其是产前胎儿海马结构,受到越来越多研究者的关注。本研究拟利用7.0T胎儿脑标本MRI,观察胎儿海马结构的发育过程；参照成人海马结构分割标准和组织学图谱,准确分割胎儿海马结构,制定相应的胎儿海马结构分割准则。材料与方法从山东省各合作医院,收集41例14-22孕周胎儿标本。在东南大学附属中大医院影像科行7.0T MR扫描,使用Amira和e-Film软件观察并分割胎儿海马结构。结果通过7.0T高场强MRI图像可以清晰展示海马结构在14到22孕周这一阶段的整体发育情况。14孕周时,可清晰观察到尚未闭合的海马沟。16-19孕周时,可观察到逐渐闭合的海马沟,生发基质作为明显的标志,也可清晰观察到；海马皮层的三层结构,特点鲜明。而到了20孕周左右,海马结构已经与成人海马类似。同时我们以横断面为主,矢状面为辅,冠状面作为参考,给出了统一、准确的胎儿海马结构分割标准。结论7.0T高场强MR可以清晰观察妊娠中期海马结构的发育情况。观察发现,海马结构是大脑中发育较早的脑区之一。手动分割获取统一的胎儿海马结构分割准则,可作为下一步海马研究的基础和临床海马结构观察的参考。第二部分：妊娠中期胎儿海马结构的体积变化目的目前对于海马结构的研究多集中于定性观察,而定量分析,尤其是体积分析,可以更加直观的观察胎儿海马结构的发育变化。本研究中应用7.0T标本MRI,手动分割海马结构,计算并定量分析妊娠中期胎儿海马结构体积的生长趋势与半球差异。材料与方法41例14-22孕周胎儿标本,7.0T MR扫描后,利用Amira软件分割海马结构并得到每一例样本的mask。利用MATLAB软件,计算海马mask的体积、表面积、曲率等定量信息。利用数据拟合的方法,绘制海马结构发育曲线,并比较左右两侧海马结构发育过程中的差异。结果海马结构左右侧绝对体积都呈现出随着孕龄增加,体积线性增加的趋势。其增长趋势在18孕周后略有降低,而海马结构相对体积呈现为倒置的U型趋势,其在14到17孕周阶段缓慢上升,随后迅速下降。海马结构发育过程中体积存在半球差异,表现为右侧海马结构大于左侧(t(40)=5.813,p<0.05)。结论海马结构在发育过程中存在半球差异,这可能与左右侧海马不同的功能定位相关。另外海马结构相对体积发育呈现为倒置的U型趋势,说明海马结构相对于其他脑结构是优先发育的。我们的研究,可为后续海马结构相关定量分析研究提供参考。第三部分：妊娠中期胎儿海马结构的形态变化目的体积分析的方法,可以相对直观的观察和分析海马结构整体的发育变化情况,但是对于海马结构的局部变化,单纯利用传统的体积分析方法,无法实现。因此,本研究中拟利用7.0T胎儿标本MRI,结合最新的形态学分析方法,观察胎儿海马结构在妊娠中期发育过程中的形态变化,并比较其半球差异。材料与方法41例14-22孕周胎儿标本,7.0T MR扫描,利用LONI实验室的shape分析方法,将第二部分中得到的mask转化为surface网格(点和线),并重采样为1000个网格点。计算每个网格点到海马结构中心的欧式距离,利用MATLAB的回归分析方法(regression analysis),定量计算海马结构发育中的形态变化,并对比左右侧海马结构的异同。结果左右侧海马结构都表现为整体上生长迅速。对于左侧海马结构,海马体的上部和下部生长缓慢。而海马头靠近杏仁体的部分、海马体的内侧面(大约是下托的位置)以及海马尾的最后端(靠近胼胝体)同样生长速率相对缓慢。海马头的最前端,海马整体的内侧缘(大约是齿状回的位置)和外侧缘生长速率较快。对于右侧海马结构,海马头和海马体的上部和下部,海马体的内侧面,生长缓慢。海马头靠近杏仁体的部分和海马尾靠近胼胝体压部的区域,同样的生长缓慢。相反的,海马头的最前方和内侧面,以及海马结构整体的外侧面,生长较快。海马结构整体发育表现为两侧发育比上下发育速度快的发育趋势。结论海马结构不同区域表现出不同的发育速率,综合而言,海马结构内外两侧发育比上下两侧发育速度快。而海马头部靠近杏仁体与海马尾部靠近胼胝体的部分,发育受限,表明海马结构的发育受周围脑结构影响。左右侧海马结构形态变化虽稍有不同,但差异不明显。我们的研究,可为后续海马结构相关研究提供形态学参考。第四部分：妊娠中期胎儿海马结构4D模板的建立目的不管是定性观察,还是定量分析,越来越多的海马结构相关研究,都需要标准模板的支持。然而现有模板多针对于成人海马或者是青少年海马,产前胎儿海马结构模板尚未见报道。因此,本研究拟利用7.0T胎儿标本MRI,结合基于图像灰度的配准工具(ANTs),构建妊娠中期胎儿海马结构的4D动态模板,为后续的海马研究提供参考。材料与方法40例14-22孕周胎儿标本,7.0T MR扫描,利用Amira软件手动分割海马结构(见第一部分)。考虑到样本量以及统计需要,本实验中将14-22孕周的所有胎儿标本,按照孕龄大小,分为四组,分别为：第一组：14,15,16孕周；第二组：17,18孕周；第三组：19,20孕周；第四组：21,22孕周。利用ANTs软件的buildtemplateparallel. sh脚本来构建每一分组的海马结构模板,参数设定为缺省。结果我们成功构建了海马结构发育过程中的4D动态模板。在17-18孕周时候,胎儿海马结构已表现为三层细胞结构。在14到22孕周这一阶段,胎儿海马结构整体上生长迅速,尤其是海马头。海马结构整体形态逐步平缓,并折入颞叶内侧。结论本研究首次建立了14-22孕周的胎儿海马结构4D动态模板,高场强7.0T MRI的使用,使得该模板具有相对较高的分辨率和对比度,可为下一步胎儿海马结构相关研究提供解剖学基础。