Diffusion-Weighted MRI of the placenta in normal pregnancies and in pregnancies complicated by Fetal Growth Restriction

Abstract

Baggrund En optimalt fungerende placenta er nødvendig for at opretholde en levedygtig graviditet. I graviditeter kompliceret af væksthæmning (FGR) fungerer placenta insufficient og har en høj morbiditets- og mortalitetsrate(1). I klinikken er identifikationen og monitoreringen af disse høj-risiko graviditeter en stor udfordring. Ultralydsundersøgelse og cardiotocografi (CTG) bruges til at identificere og monitorere den føtale trivsel og risikograviditeter(2). Øget modstand i arteria uterina kan måles ved hjælp af Doppler flow og kan benyttes som eneste direkte mål for placentas funktion. Dog er dette mål utilstrækkelig til at detektere tidlig placental dysfunktion. Ingen anden direkte og non-invasiv metode for evaluering af placentas funktion er tilgængelig, men diffusionsvægtet MR-skanning (DWI) og placental apparent diffusion coefficient (ADC)-værdi kan være et alternativ. Signalet ved DWI skanninger skabes af Brownske bevægelser, som er intracellulære, ekstracellulære og intravaskulære mikroskopiske bevægelser af vandmolekyler(3). Størrelsen af disse tilfældige bevægelser er afhængig af vævstype og densitet. Det vil sige, at diffusionen er større i væskefyldte hulrum uden barrierer end i tæt væv, som i fx muskler. ADC-værdien er et udtryk for diffusionsafstanden; et cirka-mål for den mindste ændring i molekyleposition ved de Brownske bevægelser. I et review om MR-skanning af placenta fra 2015, foreslås teorien om, at de fysiologiske strukturelle ændringer som sker i placenta ved progredierende gestationsalder, kan påvirke diffusionen og dermed undersøges ved hjælp af DWI. Der foreslås også, at den svigtende placenta, kan give anledning til nedsatte diffusionsegenskaber og dermed en reduceret ADC værdi(7). I dette studiet har vi derfor valgt at beskrive placentas ADC-værdi i normale graviditeter og associationen til progredierende gestationsalder. Yderligere vil vi vurdere ADC-værdien i syv cases med FGR. Metode I denne retrospektive kohorte-studie blev der inkluderet 38 singleton graviditeter uden misdannelser og med normal karyotype. 31 resulterede i raske mature børn født efter uge 37 med en fødselsvægt over 2,3 percentilen. De resterende syv havde en fødselsvægt under 2,3 percentilen og er inkluderet som FGR-cases. Ved alle MR-skanninger blev der anvendt et 1.5 Tesla system (GE Discovery MR450) og under undersøgelsen blev kvinderne placeret i en venstresidig lateral position for at forhindre eventuel kompression af vena cava. En DWI sekvens med 10 b-værdier (fra 0 til 1000 s/mm2) blev optaget som en del af en eksisterende MR-protokol. Total tid for MR-scanning var cirka 30 minutter. Efterfølgende blev der tegnet Regions of Interests (ROIs) på DWI-skanningerne i fem snitflader, som dækkede hele placenta. På baggrund af b-værdierne 200, 400 og 100 s/mm2 blev der beregnet en gennemsnits ADC-værdi for de fem snitflader. I normale graviditeter blev relationen mellem placental ADC-værdi og gestationsalder på MR-tidspunktet estimeret ved hjælp af lineær regression. I de syv cases med væksthæmning blev der udregnet z-scores. Resultater I de 31 normale graviditeter varierede ADC-værdien fra 1,33 til 1,76 x 10-3 mm2/s med en signifikant negativ korrelation mellem ADC-værdi og gestationsalder (p = 0.001). I de syv væksthæmmede graviditeter varierede den placentale ADC z-score fra 1,10 og -2,80. I tre ud af syv cases med væksthæmning var ADC-værdien betydelig nedsat, men i de resterende tre cases var de inden for normalområdet. Konklusion I den normale graviditet falder placental ADC-værdi med progredierende gestationsalder. Blandt cases med væksthæmning var ADC-værdien hovedsagelig inden for normalområdet og derfor synes den ikke at være en egnet markør til detektering af placenta dysfunktion.

ObjectivesThe aim of this study was to evaluate placental apparent diffusion coefficient (ADC) values, obtained by diffusion-weighted imaging (DWI) in uncomplicated pregnancies and pregnancies complicated by Fetal Growth Restriction (FGR). MethodsWe retrospectively evaluated 1.5T placental magnetic resonance imaging (MRI) from 38 singleton pregnancies. In the DWI sequence, (bvalue 200, 400 and 1000 s/mm2) regions of interest (ROIs) were drawn, covering the entire placenta in five placental slices and mean ADC values were calculated. In normal pregnancies delivering neonates ≥ 2.3rd percentile, the relation between ADC value and gestational age at time of MRI was estimated using ordinary linear regression. In FGR pregnancies, ADC z-scores were calculated.Results31 pregnancies (20 to 37 weeks of gestation) resulted in the delivery of neonates ≥ 2.3th percentile. In these pregnancies, placental ADC ranged from 1.33 to 1.76 x 10-3 mm2/s, with significant inverse correlation between ADC values and gestational age (p=0.001). In seven pregnancies (27 to 37 weeks of gestation), resulting in neonates < 2.3th percentile, the placental ADC z-scores were between 1,10 and -2,80. In three FGR cases, ADC value were significant reduced. However, in the remaining four FGR cases, it was within the normal range.ConclusionIn normal pregnancy, placental ADC value, is reduced with advancing gestational age. However, the pathological abnormalities of the failing placenta in FGR, seems not to affect the ADC-value.

A master thesis from Aalborg University

Diffusion-Weighted MRI of the placenta in normal pregnancies and in pregnancies complicated by Fetal Growth Restriction