Фото плода развитие: Течение беременности по неделям

Развитие плода по неделям, беременность на ранних сроках фото плода по неделям

Беременность — физиологический процесс, при котором в матке развивается оплодотворенная яйцеклетка, называемая сначала эмбрионом, а позднее — плодом. Длительность беременности — около 9 астрономических или 10 акушерских месяцев. Традиционно развитие беременности рассматривается по триместрам. Однако знание того, как происходит развитие эмбриона по неделям, также представляет интерес.

В медицинской науке часто можно встретить два понятия, относящиеся к периоду вынашивания ребенка, — «эмбрион» и «плод». Какая разница между ними?

Эмбриональный — длится первых восемь недель. В это время зародыша, который развивается в матке, называют эмбрионом. Фетальный (от 9 нед. и до момента родов). На этой стадии в лоне матери пребывает плод.

Как будет развиваться ребенок, его внутренние органы, системы, в различные периоды внутриутробного развития плода определяется тем генетическим кодом, который был передан половыми клетками матери и отца.

Говоря о первой неделе беременности, следует четко понимать, что именно берется за точку отсчета. Если говорить об акушерских неделях (независимо от того, многоплодная беременность или нет), то принимается во внимание первый день последней менструации того цикла, когда женщина имела незащищенный половой акт и, соответственно, произошло зачатие.

Иногда учитывается момент, когда произошел контакт без использования контрацептивов. Посчитав по дням, получают третью акушерскую неделю. Если взять во внимание дату начала задержки менструации, получают пятую. В гинекологии, разбирая внутриутробное развитие плода по неделям, чаще ориентируются на акушерские сроки.

Первые несколько дней, даже если это многоплодная беременность, не характеризуются никакими четкими признаками. Это время — начало менструального цикла. Уровень ХГЧ (хорионический гонадотропин человека) в пределах нормы (5 МЕ/мл для небеременных).

Это время знаменуется тем, что в матке или маточной трубе продолжается вызревание зиготы, которая при благополучном стечении обстоятельств станет развивающейся беременностью.

К концу этого периода наступает время, когда после зачатия яйцеклетка прикрепляется к стенке матки.

Об этом могут говорить выделения, по консистенции схожие с яичным белком и даже кровянистые. Небольшие выделения крови — относительное свидетельство о прикреплении к стенке матки яйцеклетки, появлении зародыша. Обильные выделения в этот период беременности не являются нормой.

Именно в это время можно утверждать, что произошло зачатие. Плод крайне мал, его размер 0,15-0,2 мм в длину, а вес — всего 2-3 мкг. Если оплодотворение не произошло, у женщины может начаться менструация на несколько дней раньше. При ведении специального календаря легко заметить небольшое смещение.

Если беременность планировалась, значительные кровянистые выделения могут говорить об угрозе выкидыша.

Зародыш развивается настолько активно, что женщина может начать ощущать первые признаки своего изменившегося статуса, особенно если беременность многоплодная. Отмечается набухание молочных желез, соски приобретают чувствительность. Менструация задерживается, иногда наблюдаются скудные кровянистые выделения.

На это время приходится повышенный риск аномалии развития плода из-за чрезмерной физической нагрузки, инфекционного заболевания, сопровождающегося высокой температурой, злоупотребления алкогольными напитками.

Уровень ХГЧ повышается только в крови. На УЗИ можно заметить желтое тело, которое обеспечивает питание зародыша до того, как плацента начнет полностью функционировать, а еще участвует в выработке прогестерона — так называемого гормона беременности.

Плод весит 3,5 г, а длина — от 4 до 7 мм. У него начинают формироваться зачатки конечностей, пальцев, глаз, ушных раковин, щелей для носа и рта, некоторые железы и системы. Изменяется размер матки.

Специалист по УЗИ в это время может сказать, развивается ли у женщины многоплодная беременность или же у нее родится один ребенок. Во время обследования устанавливается диаметр плодного пузыря, а также копчико-теменной размер, «рост» плода. Последняя цифра будет фигурировать в результатах весь первый триместр.

Изменения в организме становятся более ощутимыми. Некоторые женщины отмечают у себя незначительное повышение температуры тела до субфебрильных отметок. Однако если состояние начинает подпадать под описание простуды, следует немедленно обратиться к врачу.

У женщины начинают проявляться признаки будущего материнства. Матка достигает размера сливы — опытный гинеколог способен прощупать ее во время осмотра. При условии многоплодной беременности УЗИ покажет два плодных и желточных мешка. А еще обследование позволит увидеть небольшие бугорки — здесь со временем появятся верхние, нижние конечности, также на специальном аппарате можно услышать сердцебиение. Постепенно вырисовываются черты лица. Зародыш достигает в длину 4-9 мм, его вес — не больше 4,5 г.

Сердце плода становится четырехкамерным, формируются большие кровеносные сосуды. Первый триместр знаменуется продолжением развития всех внутренних органов и систем. Вес — 1 г, копчико-теменной размер составляет 13 мм. Будущий ребенок постепенно начинает распрямляться. Стремительно развивается головной мозг.

Совершенствуется лицо, верхние конечности. Пуповина завершает свое формирование, образуется слизистая пробка.

Размер плода значительно увеличивается — в длину 14-20 мм, он начинает двигаться. Лицо к середине первого триместра приобретает все больше человеческих черт. Закладка органов и систем завершена, некоторые из них активно функционируют. Зарождается зрительный нерв, появляются зачатки половых органов.

Копчико-теменной размер будущего ребенка достигает 22-30 мм, вес — 2 г. Происходит активное формирование мозжечка, гипофиза, среднего слоя надпочечников, лимфатических узлов, половых органов. Совершенствуется работа сердечной и нервной систем. Верхние и нижние конечности начинают двигаться, сгибаться, появляются мышцы. У зародыша появляется способность к мочеиспусканию.

Для плода заканчивается критический первый этап развития. Вес достигает 5 г, а рост — 30-40 мм. Частота сердцебиения достигает 150 ударов за минуту. Конечности полностью сформированы, можно рассмотреть суставы и пальцы. Закладывается основа молочных зубов, что обязывает маму вести пищевой календарь и отмечать в нем потребление молочных продуктов. Большинство органов ЖКТ уже закончили формирование.

Критический этап развития фактически закончен. Вес плода достигает 8 г, «рост» — 5 см. С этого момента эмбрион переходит в стадию плода. Сердце работает полноценно, завершается формирование кровеносных сосудов. Плацента становится плотной. Печень занимает 10% тела. Кишечник совершает первые движения, подобные перистальтике.

Все больше оформляются половые органы. Определяется цвет глаз, появляется обоняние. Ладони и пальцы приобретают чувствительность.

Критические моменты для развития плода больше зависят от здоровья и образа жизни мамы. Длина тела колеблется в пределах 6-9 см. Будущий ребенок уже имеет пальцы, образовываются ногти. Органы ЖКТ заканчивают формирование. Совершенствуется иммунная система.

Первый триместр заканчивается, критический цикл завершен. Полностью заложены молочные зубы, продолжает оформляться мышечная, костная ткань, развивается пищеварительная система. Дифференцируются половые органы. «Рост» ребенка достигает 8 см, вес — 15-25 г.

Малыш активно растет и развивается. Его вес равен 30-40 г, а рост — от 8 до 10 см. Схожесть с человеком все больше. При условии многоплодной беременности будущая мама может почувствовать движения детей, которые становятся все активнее. Костный скелет наращивается, формируются ребра. Движения диафрагмы напоминают дыхательные. Все органы, системы полностью сформированы. У ребенка есть резус-фактор и группа крови.

Начиная с 15 недели, у ребенка начинает формироваться кора головного мозга. Процесс займет большую часть второго триместра. Активизируется эндокринная система, сальные, потовые железы.

Полностью сформированы вкусовые рецепторы, совершенствуются дыхательные движения. Вес ребенка достигает 70 г, от копчика до темени он уже целых 10 см. Но даже при условии многоплодной беременности это не мешает свободным движениям.

К первой половине второго триместра малыш уже 11 см ростом, а весом — 120 г. Шея заняла ровное положение, голова свободно вращается. Уши и глаза постепенно поднимаются вверх. Печень перебирает на себя пищеварительные функции. Календарь развития становится насыщеннее. Состав крови полностью сформирован.

Включается иммунная система, продуцируется интерферон, иммуноглобулин. Малыш способен защищаться от инфекций, поступающих от мамы. Но все они продолжают быть критическими для маленького организма. У плода появляется жировая прослойка. Если растет девочка, к середине второго триместра у нее появляется матка. Рост человека — 13 см, вес — 140 г. Он способен слышать звуки извне, ощущать эмоции. С точки зрения эмоционально-психического развития 17 неделя критическая — устанавливать контакт крайне важно.

Второй триместр приближается к середине. Полностью сформированы верхние и нижние конечности плода, фаланги пальцев, отпечатки на них. Жировая ткань, иммунная система и головной мозг на 18 неделе продолжают активно развиваться. Формируются зачатки коренных зубов.

Появляется реакция на свет, усиливается слух. В календарь следует обязательно внести дату появления первых движений, их частоту. Рост плода 14 см, вес — 200 г.

Наблюдается большой скачок в развитии. Движения становятся более упорядоченными. Дыхательная система совершенствуется. Тело покрывается первородной смазкой. К 19 неделе голова свободно вращается, удерживается в одном положении. Вес достигает 250 г, а рост — 15 см.

Ребенок уже полностью сформирован, его органы совершенствуются. К 20 неделе сердцебиение может быть расслышано обыкновенным стетоскопом. Конечности полностью сформированы. Ощущения звуков становятся более острыми. Длина составляет 25 см, а вес — около 340 г. Движения более ощутимы для мамы.

К 21 неделе малыш прибавляет в росте — 26,7 см и в весе — 360 г. Но места для активных движений хватает. Пищеварительная система работает активнее, плод постоянно заглатывает амниотическую жидкость. Укрепляются мышечная и костная ткани. В работу организма включается селезенка.

Период отмечается значительной прибавкой в весе — до 500 г. Изменяется и рост — целых 28 см. Плод на этих сроках является жизнеспособным даже в случае предварительного появления на свет. Мозг и позвоночник полностью сформированы. Совершенствуются рефлексы. Сердце увеличивается в размерах.

Плод к 23 неделе достаточно сформирован, пищеварительная система полностью функционирует. Накапливается жировая ткань. Половые органы четко дифференцируются.

Внешне плод уже похож на ребенка. Из-за небольшого количества жировой ткани вес составляет всего 600 г при росте 30 см. К 24 неделе начинается самостоятельная выработка гормона роста.

Дыхательная система переходит к завершающей стадии развития. Совершенствуются рефлексы, органы чувств. Вырабатывается режим сна и бодрствования. Малыш начинает прислушиваться к эмоциям матери. Шевеления становятся чувствительными.

Легкие готовятся к первому самостоятельному вдоху. Функция кроветворения полностью перебирается костным мозгом.

Обоняние сильно развито, ребенок ощущает перепады настроения матери. Костный скелет активно обрастает мышцами. Появляются яички и влагалище.

Плод приобретает индивидуальность. Глаза начинают открываться. Ребенок способен узнавать голос матери и отца. Укрепляется костная ткань. Легкие окончательно приобретают форму. Мозг вырабатывает различные гормоны. Весит малыш 750 г, в длину он целых 36,5 см. Спит 16-20 часов. Движения могут быть замечены окружающими.

900 г веса имеет плод к 27 неделе. Рост становится более активным. Эндокринная система также переходит в новую фазу деятельности. Стабильность работы поджелудочной ребенка определяет развитие обменных процессов, умственных способностей. Выработка сурфактанта — вещества, обеспечивающего раскрытие легких после рождения, — стабилизируется.

Костная ткань продолжает укрепляться. Появляются альвеолы. Весить будущий человечек может 1 кг и больше. Достигнув в росте отметки 38,5 см, малыш начинает ощущать нехватку свободного места в полости матки, хотя это никак не отражается на его активности.

Организм малыша постепенно готовится к предстоящему появлению на свет. Налажена теплорегуляция, работа иммунной системы. Стабилизирован состав крови. Пищеварительная система полностью готова к перевариванию пищи. Взгляд начинает фокусироваться. Кожа постепенно светлеет, лишается складок. Подкожный жир нарастает, укрепляется мышечная ткань.

Вес ребенка достигает 1500 г. Постепенно нервная система «включается». Печень накапливает железо. Работа сердца приобретает половую дифференциацию — у мальчиков оно бьется спокойнее, чем у девочек. Как правило, к этому времени плод занимает положение, из которого он родится. Движения становятся более спокойными. Глаза открыты.

Выработка сурфактанта продолжается. Налаживается связь между периферическими нервными клетками и головным мозгом. Дотронувшись до роговицы, малыш обязательно зажмурится. Календарь внутриутробного развития постепенно завершается.

Фаза активного роста продолжается. Органы, системы полноценно работают. Кожа и внешность приобретают знакомый облик. Постепенно исчезает лануго — первородный пушок.

На это время вес достигает 2000 г. Продолжают наращиваться мышцы и подкожный жир. Части тела становятся более пропорциональными, многие системы тела работают полноценно. Ребенок способен выражать эмоции. Почки подготавливаются к своей главной функции — фильтрации.

Развитие плода подходит к концу. Индивидуальные черты становятся все явнее. Тренировки желудочно-кишечного тракта проходят активнее.

К этим дням органы практически не развиваются. Активность наблюдается в плане наращивания мышечной и жировой ткани. Еженедельно малыш набирает до 220 г. Кожный покров лишается лануго, полностью разглаживается. Плечи округляются.

Организм продолжает совершенствоваться. В печени продолжает накапливаться железо, отлаживаются жизненно важные системы. Ребенок активно сосет палец, подготавливаясь к предстоящему сосанию груди. Большая часть детей занимает головное предлежание, то есть головкой вниз.

Плод полностью сформировался. Желудочно-кишечный тракт готов к приему, перевариванию пищи, активизируется перистальтика. Налажены теплообменные процессы. Легкие созревшие. В печени накапливается железо. Рост и вес увеличиваются еженедельно.

Ребенок готов к появлению на свет. У детей мужского пола яички опускаются в мошонку. Кожа приобретает розовый оттенок.

Плод полностью сформирован, его органы и системы готовы к самостоятельному функционированию. Развита реакция на звуки, свет. Первородной смазки на поверхности кожи нет.

Рост малыша составляет примерно 54 см, вес — от 3 до 3,5 кг. Формирование полностью завершено.

Знания о том, как развивается ребенок на каждом этапе периода вынашивания, позволит маме лучшим образом реагировать на происходящие в ее организме изменения. Для наблюдающего гинеколога это также имеет большее значение — он сможет вовремя отреагировать на патологические отклонения.

Врожденные пороки развития плода

Врожденные пороки развития плода (ВПР) – одно из самых опасных осложнений беременности, которое выходит на первое место среди причин, приводящих к детской инвалидности и смертности. Появление на свет ребенка с врожденными дефектами развития всегда ошеломляет семью, эта тема — одна из самых тяжелых.

Статистика пугает, на фоне снижающейся детской смертности рост количества врожденных пороков развития наблюдается в большинстве стран мира. Если в странах Европы частота ВПР составляет 3-4 случая на 1000 родов, то в России она достигает 5-6 случаев на 1000.

К врожденным порокам развития относятся пороки развития нервной системы — анэнцефалия (отсутствие головного мозга), спина бифида (открытая грыжа спинного мозга), пороки сердечно-сосудистой системы (пороки сердца и т.п.), пороки конечностей — атрезии (отсутствие), челюстно-лицевые деформации — заячья губа, волчья пасть и многое другое.

Причины возникновения ВПР плода

Причины, вызывающие формирование врожденных пороков развития различны. Эта патология может быть наследственной, если у будущих родителей есть отклонения в хромосомном наборе. В других случаях источником проблемы являются различные вредные факторы: инфекции, частое употребление алкоголя, наркотики.

Одна из причин – недостаток витаминов в питании беременной женщины, в частности – фолиевой кислоты. Рекомендуемая норма микронутриентов для беременной женщины в полтора раза больше, чем для женщин детородного возраста. И это не случайно – от этого зависит здоровье ребенка и когда он находится в утробе матери, и уже после его рождения.

Педиатры считают, что, помимо ВПР, такие заболевания новорожденных, как железодефицитная анемия, рахит или отставание в развитии, нередко связаны с тем, что будущей матери не хватало витаминов и минералов во время беременности.

Другие нарушения могут дать знать о себе гораздо позже – уже в детском саду и школе: это заболевания желудочно-кишечного тракта и болезни обмена веществ, в первую очередь, а также, сахарный диабет и ожирение.

Важно помнить, что образ жизни будущей мамы, ее питание, вредные привычки создают основу здоровья ее будущего малыша. А недостаток витаминов может послужить причиной нарушений физического и умственного развития ребенка. Это в значительной степени увеличивает риск рождения детей с различными отклонениями в развитии и малой массой тела.

Ключевой фактор: фолиевая кислота

Главенствующая роль в профилактике предупреждения возникновения врожденных пороков развития у плода является фолиевая кислота. Она необходима для деления клеток, роста и развития всех органов и тканей, нормального развития зародыша, процессов кроветворения. Фолиевая кислота предотвращает вероятность возникновения преждевременных родов и прорыва околоплодной оболочки.

Этот витамин обеспечивает необходимую скорость роста и развития будущего ребенка, особенно на ранних сроках беременности. Дефицит фолиевой кислоты при беременности существенно повышает риск развития у плода врожденных пороков, в частности дефектов нервной трубки, гидроцефалии и анэнцефалии. Для предотвращения нарушений развития нервной трубки у эмбриона женщина должна ежедневно принимать не менее 800 мкг (0,8 мг) фолиевой кислоты как до, так и в течение всей беременности.

Сегодня медики уверены в необходимости масштабных просветительских мероприятий, пропагандирующих планируемую беременность и профилактические меры, способные значительно уменьшить риск рождения ребенка с ВПР – в частности, прием препаратов, содержащих фолиевую кислоту.

Ряд стран, такие как Аргентина и Турция, уже реализуют государственные программы по предотвращению врожденных патологий развития. Они состоят из образовательной части, разъясняющей медицинским специалистам и самим женщинам пути профилактики пороков развития плода и стимулирующей части — компенсации 70-80% стоимости поливитаминных препаратов, содержащих фолиевую кислоту.

Витамины – для жизни

Бытует мнение, что хорошо сбалансированный ежедневный рацион беременной женщины содержит достаточное количество витаминов, микроэлементов и в этом случае не требуется дополнительного назначения мультивитаминных комплексов. Однако, по европейским данным, витаминная недостаточность у беременных составляет 20-30% даже при самом сбалансированном и разнообразном рационе питания.

Современные исследования, регулярно проводимые в последние годы РАМН, показали, что рацион современной женщины, составленный из натуральных продуктов, вполне адекватный нашим энергозатратам и даже избыточный по калорийности, оказывается не в состоянии обеспечить организм необходимым количеством витаминов при беременности и кормлении.

Более подробную информацию вы можете найти на сайте elevite.ru

*A.E.Czeizel Применение поливитаминов, содержащих фолиевую кислоту, в период зачатия. Europ. J. Obstetr. Gynecol. Reproductive Biology, 1998, 151-161.

Источники

• Mone F., Quinlan-Jones E., Ewer AK., Kilby MD. Exome sequencing in the assessment of congenital malformations in the fetus and neonate. // Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed — 2019 — Vol104 — N4 — p.F452-F456; PMID:30816854
• Alghamdi MA., Ziermann JM., Gregg L., Diogo R. A detailed musculoskeletal study of a fetus with anencephaly and spina bifida (craniorachischisis), and comparison with other cases of human congenital malformations. // J Anat — 2017 — Vol230 — N6 — p.842-858; PMID:28266009
• Laje P., Tharakan SJ., Hedrick HL. Immediate operative management of the fetus with airway anomalies resulting from congenital malformations. // Semin Fetal Neonatal Med — 2016 — Vol21 — N4 — p.240-5; PMID:27132111

Адентия зубов — причины и лечение адентии

Полное или частичное отсутствие зубов в стоматологии называется адентией. Эта патология может быть врожденной (аномалия развития зубочелюстной системы) или приобретенной. Для заболевания характерно нарушение непрерывности зубных рядов. Человек не может жевать, нормально говорить и испытывает дискомфорт от косметического дефекта улыбки. Ухудшается его дикция и артикуляция, хуже работает ЖКТ.

И полная, и частичная адентия опасна тем, что вследствие потери зубов возможна деформация лицевого скелета, заболевания височно-нижнечелюстного сустава (ВНЧС).

Виды патологии

В стоматологии адентия рассматривается как первичный или вторичный дефект зубных рядов.

• Полная врожденная адентия встречается крайне редко, примерно в 1% случаев.
• Частичная вторичная адентия диагностируется в 45–75% случаев.
• Также полная адентия встречается у 25% людей старше 60 лет.

В зависимости от причин и времени возникновения патологии, стоматологи, как уже было сказано выше, разделяют врожденную и вторичную потерю зубов, а также адентию временных и постоянных рядов. Истинной адентией называется отсутствие зубного зачатка, а при слиянии соседних коронок и задержке в сроках их прорезывания стоматологи говорят о ложной адентии.

С учетом количества отсутствующих зубов выделяется частичная и полная адентия. Первая предполагает недостаток до 10 единиц зубного ряда, как правило, верхних боковых резцов, вторых премоляров и третьих моляров. При отсутствии более 10 зубов врачи диагностируют множественную адентию.

Причины

Основной и единственной причиной адентии является отсутствие или гибель зачатков зубов. Первичная патология может быть вызвана наследственностью или спровоцирована различными вредоносными факторами, действующими в период формирования зубной пластинки плода.

Полная врожденная адентия — чрезвычайно редкое явление. Формируется ввиду эктодермальной дисплазии. В этом случае наряду с отсутствием зубов у больных наблюдается недоразвитие волос, кожи, ногтей, а также сальных и потовых желез, хрусталиков глаз, нервов.

Среди других распространенных причин патологии выделяют следующие:

• нарушение обмена минеральных веществ в период внутриутробного развития плода на фоне заболеваний мамы при беременности;
• болезни в раннем детстве;
• наследственность;
• нарушение работы эндокринной системы;
• сбои в развитии эктодермы — наружного зародышевого листка эмбриона;
• лечение сопутствующих болезней, в том числе злокачественных новообразований;
• химиотерапия, лечение ионизирующим излучением;
• остеомиелиты и другие гнойные воспаления челюстей.

Причинами вторичной потери зубов в процессе жизнедеятельности могут быть невылеченный кариес, пульпит, периодонтит, травмы зубов, флегмоны, абсцессы, неграмотное оказание стоматологической или ортопедической помощи, а также другие патологии зубов и десен.

Осложнения

Адентия приводит к разнообразным физическим и эстетическим осложнениям:

• в зоне отсутствия зуба ненагружаемая кость постепенно атрофируется;
• лицо может становиться ассиметричным, нарушается смыкание губ, углубляются подбородочные и носогубные складки. Зачастую меняется положение уголков рта, они начинают западать;
• происходит недоразвитие челюстей. Оно выражается тем сильнее, чем больше зубов отсутствует, появляются различные зубочелюстные деформации;
• при множественной адентии нижней челюсти наблюдается ее сильный выступ, глубокий прикус;
• при аномалиях верхней челюсти нижний зубной ряд начинает перекрывать верхний;

Недоразвитие челюстей наблюдается не во всех случаях, и далеко не у всех детей и взрослых оно выражается одинаково. Однако во всех случаях адентия приводит к негативным изменениям внешности.

При полной или множественной адентии неправильно формируется прикус, нарушается функция ротового пищеварения. Пища плохо измельчается, и больной вынужден отказываться от многих вкусных блюд. Не стоит забывать и о том, что при этой патологии у человека снижается самооценка, он начинает переживать из-за того, что внешне выглядит непривлекательно, замыкается в себе и реже идет на контакт с людьми.

Адентия верхней челюсти

Верхняя челюсть чаще нижней подвергается разного рода аномалиям. Как правило, у пациентов наблюдается симметричная гиподентия двух зубов. А так как передние зубы участвуют в звукообразовании и формируют чистоту произношений, этот вид деформации является самым заметным. Речь пациента становится шепелявой, невнятной, «уползает» улыбка, происходит разбрызгивание слюны.

Адентия нижней челюсти

Нижняя челюсть отличается небольшим протезным ложем, поэтому при адентии язык начинает занимать место нижних зубов. В результате значительно меняется дикция больного, ухудшается его самочувствие.

Диагностика и лечение

Для диагностики заболевания стоматологу необходимо детальное обследование полости рта пациента. Врач выясняет у больного ряд моментов:

• причины и время потери зубов;
• информацию о перенесенных заболеваниях;
• данные о ранее использованных больным зубных протезов.

В ходе осмотра стоматолог отмечает асимметрию лица, выраженность подбородочных и носогубных складок, степень уменьшения высоты нижнего отдела лица, наличие заед, характер смыкания губ, топографию переходной складки, степень открывания рта, характер соотношения челюстей. Специалист также определяет наличие хруста в суставах, боли при движении нижней челюсти и диагностирует степень атрофии альвеолярных отростков.

Осмотр обязательно включает пальпацию полости рта и рентгенографию ВНЧС. На основании полученных данных врач определяет дальнейшую тактику лечения (протезирования), выбирает для пациента подходящий вид протеза, слепочный материал.

Лечение адентии у детей

Родителям важно понимать, что лечение детей, у которых наблюдается патологическая потеря зубов, необходимо проводить в обязательном порядке. Например, в случае отсутствия молочных зубов в переднем и боковом сегментах у ребенка, в подростковом возрасте ряд может сформироваться неправильно.

Для детской адентии характерны:

• задержка в смене постоянных зубов;
• асимметричное прорезывание зубов;
• одностороннее сохранение молочных зубов;
• невыпадение молочного зуба и сращение его с углублением в челюстной кости.

При обнаружении хотя бы одного из этих признаков ребенка обязательно следует показать ортодонту.

Выбор ортопедической конструкции зависит от вида патологии и состояния полости рта маленького пациента. Детям чаще всего устанавливают несъемные мостовидные протезы — консольные или раздвижные. Для фиксации конструкции монтируют коронки. Дети хорошо реагируют на протезирование и нормально адаптируются к новым конструкциям.

Маленьким пациентам также можно установить мостовидные протезы, однако такие конструкции больше подходят в период позднего сменного и постоянного прикуса. Наиболее удачными конструкциями считаются раздвижные мостовидные протезы. Единственным недостатком подобной системы является образование щели при раздвижении конструкции и попадание в нее пищи.

Мостовидные протезы иногда устанавливают в профилактических целях, чтобы сохранить место в зубном ряду.

В период раннего сменного и временного прикуса применяются съемные пластиночные протезы, которые не задерживают рост челюстных костей.

Лечение адентии у взрослых

Взрослым пациентам предлагают различные виды съемных и несъемных протезов. Возможно протезирование на имплантатах, установка мостовидных протезов на четырех имплантатах и другие варианты протезирования на выбор пациента. В зависимости от состояния его зубочелюстной системы, финансовых возможностей и пожеланий, стоматологи, как правило, предлагают на выбор несколько вариантов лечения.

При выборе метода лечения важно понимать особенности каждой конструкции. Врач, исходя из состояния полости рта пациента, предлагает ему на выбор несколько вариантов протезирования.

Съемные протезы

Частичные или полные протезы следует менять каждые 1,5–2 года. Поэтому даже при полной потере зубов стоматологи предлагают альтернативный вид протезирования с опорой на имплантаты.

Бюгельные протезы

Протезы на металлическом каркасе, на который устанавливается акриловая основа, а на нее — искусственные зубы. Такое решение позволяет значительно облегчить конструкцию протеза, сделать его тоньше и удобнее.

Мостовидные протезы

При частичной адентии возможна установка мостовидных протезов. Несъемная конструкция фиксируется на соседних нестачиваемых зубах.

Протезирование с опорой на имплантаты

Протезирование с опорой на имплантаты считается наиболее надежным и эстетичным способом восстановления зубного ряда. К основным преимуществам подобного вида костной имплантации можно отнести:

• долгий срок службы конструкции;
• эстетичный внешний вид;
• отсутствие необходимости в обточке соседних зубов.

Установленный на имплантаты зубной протез полностью заменяет отсутствующие зубы и выполняет функциональную и эстетическую задачу.

Профилактика адентии

Лучшей профилактикой является грамотный своевременный уход за полостью рта. Регулярная чистка зубов и десен, профилактические осмотры у стоматолога два раза в год, отказ от вредных привычек, переход на сбалансированное питание — все это позволит как можно дольше сохранить зубы здоровыми и крепкими.

Если вы или ваш ребенок столкнулись с этим заболеванием, не откладывайте визит к стоматологу. Опытные терапевты, ортопеды и имплантологи клиник «СТОМА» помогут решить проблему частичного или полного отсутствия зубов: подберут удобный и эстетичный протез, который значительно улучшит качество жизни, сделает вас увереннее в себе и красивее.

Звоните и записывайтесь на прием по телефону: +7 (812) 416-94-37. Наши клиники расположены в разных районах Санкт-Петербурга и работают с понедельника по субботу, с 9 до 21 часа.

Краснуха: симптомы, лечение и профилактика

Распространенность

Краснуха — это острое инфекционное заболевание вирусной этиологии. Краснуха считается неопасной инфекцией и, как правило, протекает легко, поражая преимущественно молодых людей или детей. 

Однако краснуха — это одно из самых серьезных заболеваний для беременных женщин, так как в случае заболевания ведет к развитию врожденных пороков развития плода, которые объединены в «классический синдром врожденной краснухи».

Краснуха — это контагиозное заболевание, которое заражает, по данным ВОЗ, от 40 до 90% неиммунных (непривитых) контактирующих в зависимости от активности иммунитета. Вирус передается при кашле, чихании и дыхании. Такой путь передачи называется воздушно-капельным. Носителем является только человек. Вирус крайне неустойчив во внешней среде и распространяется преимущественно в тесных общинах и коллективах.

Еще из хороших новостей — то, что Всемирная организация здравоохранения в начале 2019 года выдала Министерству Здравоохранения Российской Федерации официально сертификат о полном искоренении краснухи в РФ. Это признание большой профилактической и просветительской работы, проводимой в отношении инфекционных заболеваний в нашей стране.

Симптомы

У детей и подростков, как правило, заболевание имеет легкое течение, редко вызывает осложнения и не имеет каких-либо иных особенностей течения. После заражения вирус попадает в кровь и регионарные лимфатические узлы, а также органы дыхательной системы, где размножается. Этот период составляет в среднем 15-24 дня. Первые симптомы: головная боль, повышение температуры тела до 39 и набухание заднешейных и затылочных лимфоузлов, их болезненность при надавливании. Затем возникает фарингит и развиваются симптомы конъюнктивита, среди которых светобоязнь и слезоточивость. Боль при пальпации (надавливании) заднешейных и затылочных лимфоузлов — это отличительный признак краснухи. Через два дня возникает сыпь. Сыпь имеет вид пятен, но проявляется только у 60-80% заболевших. Пятна при краснухе не чешутся или зуд незначительный, практически незаметный — это тоже важно учитывать. Пятна (макула) сначала появляются на лице и за ушами, напоминают сыпь при кори (см.статью «Корь»), но «опускаются» по телу во многих случаях значительно быстрее, а излюбленными локализациями являются сгибательные поверхности и естественные кожные складки, такие как ягодицы, поясница, локтевые и коленные сгибы. Такая картина держится в среднем до 5, редко 7 дней и исчезает бесследно, не оставляя за собой ни шелушения, ни пигментации. До последнего дня сыпи больной считается заразным, поэтому необходимо на весь период заболевания ограничить человека от контакта с другими. 

Отдельно рассмотрим течение беременности и последствия для плода. В 90% случаев, если беременная женщина заболела краснухой — она передаст вирус плоду. На ранних сроках беременности, преимущественно в первом триместре, это грозит выкидышем, мертворождением, а на более поздних сроках — могут развиваться врожденные тяжелые пороки развития, носящие название «классический синдром врожденной краснухи». Синдром объединяет ряд специфических симптомов, среди которых — врожденная глухота, врожденный кератит, врожденный сахарный диабет, поражение щитовидной железы (ее дисфункция), пороки развития сердца и мозга, например, аутизм. Выживаемость таких детей очень низкая, а лечение длительное и дорогостоящее. 

Диагностика

Клинический диагноз можно поставить на основании достаточно специфичной клинической картины, по результатам полного клинического анализа крови и анализа на специфический иммунноглобулин М. Диагностика проходит у врача-инфекциониста, и лечение назначает тоже только врач. Самолечение может усугубить процесс течения заболевания. 

Лечение и профилактика

Основной метод профилактики — это вакцинация, которая проводится комбинированной живой вакциной (вместе с корью и паротитом). Вакцина, согласно Национальному календарю прививок РФ (можно посмотреть его здесь) проводится в 12 месяцев и шесть лет. 

Лечение предусматривает снижение степени выраженности симптомов, которое включает постельный охранный режим, введение в рацион низкокалорийных продуктов и продуктов, богатых клетчаткой. Для снижения температуры и уменьшения головных болей применяют нестероидные противовоспалительные препараты.  

Используемая литература:

1. Всемирная организация здравоохранения. Краснуха. 2018. https://www.who.int/ru/news-room/fact-sheets/detail/rubella

2. Под ред. Тимченко В.Н. Инфекционные болезни у детей. СпБ: СпецЛит. 2012.

22 завораживающих фото, показывающих стадии развития до рождения ребенка

Шведский фотограф Леннарт Нильссон (1922-2017) был энтузиастом науки, чья любовь к фотографии привела его к совершению чего-то невероятного с помощью цистоскопа.

В 1965 году журнал LIFE опубликовал несколько его удивительных фотографий о процессе зачатия ребенка.

Первые изображения, которые он сделал в 1957 году, были черно-белыми и не совсем четкими.

Однако он повторил тот же процесс в 1965 году и сделал такие потрясающие фотографии, что мы не могли удержаться от того, чтобы поделиться ими с вами.

Прокрутите вниз, чтобы увидеть красоту формирующейся жизни!

Начальный этап зачатия

Сперма движется к яйцеклетке по маточной трубе.

Сперматозоид стремительно поплыл к яйцеклетке через маточную трубу

Яйцеклетка, с которой будет сливаться сперматозоид.

Притяжение

Момент, когда сперматозоид встречается с яйцеклеткой.

Очень ответственный этап.

Подъезд

Один из многих сперматозоидов выбирается для слияния с яйцеклеткой.

Сперматозоид крупным планом

Головка сперматозоида имеет весь генетический материал.

Младенец в утробе

Эмбрион переходит из маточной трубы в матку за неделю.

И здесь начинаются роды.

Имплантация

Прошла неделя, и эмбрион прикрепился к стенке матки.

Эта стадия имеет решающее значение для рождения ребенка.

День 22

Эмбрион возрастом 22 дня выглядит так.

Серая зона позже перерастает в мозг.

Бьющееся сердце на 18-й день

Сердце рожденного ребенка развивается на 18-й день.

День 28

Так выглядит плод после 28 дней оплодотворения.

Лицо начинает развиваться

Через пять недель размер плода составляет около 9 миллиметров, и на его лице появляются морщинки.

День 40

Плацента начинает формироваться примерно на 40 день.

Очаровательная жизнь, зарождающаяся внутри, продолжает расти

Прошло восемь недель, и все начальные этапы пройдены.

Вот как выглядит ребенок, когда ему всего восемь недель.

10-я неделя

Веки наконец открываются на 10-й неделе, и постепенно формируются глаза.

Стрелки начинают медленно двигаться

Плод понимает матку пальцами.

16 неделя

Виден облик взрослого младенца.

Нервы развиты

Вы можете визуализировать кровеносные сосуды ребенка под полупрозрачной кожей.

18 неделя

На 18-й неделе плод может начать улавливать звук, исходящий из внешней среды.

19 недель

У плода появились ногти, брови и волосы.

20 недель

Примерно 20 см. Шерстяные волосы, известные как лануго, покрывают всю голову.

24 недели

Это будет фаза развития мозга.

26 недель

Артикул: Artfido

УЗИ эмбриона или развития плода на разных стадиях…

Контекст 1

… очень разные у женщин. Внешний вид лютеиновых структур при ультразвуковом исследовании зависит от стадии их развития. Геморрагические тела (CH), присутствующие от овуляции до дня 3 после овуляции, являются эхогенными, но менее плотными, чем зрелые CL. СН отличается от стромы яичника мелким неэхогенным центром. Предыдущие попытки идентифицировать ВГ до дня 3 после овуляции были безуспешными (Pierson and Ginther, 1984), но при последовательном ежедневном УЗИ удалось отличить ВГ от стромы (Cochran et al., 1988). По внешнему виду КЛ можно оценить стадию эстрального цикла крупного рогатого скота (Ирландия и др., 1980; Пирсон и Гинтер, 1987; Кастелик и Гинтер, 1989; Кастелич и др., 1990a, b; Singh et al. , 1997), однако различия в развитии КЛ снижают точность оценок. Больший процент CL на раннем диэструсе имеет заполненный жидкостью просвет по сравнению с CL во время позднего диэструса и поздних стадий беременности. Spell et al. (2001) определили, что диаметр лютеина не был связан с концентрацией прогестерона на 7 день эстрального цикла, но площадь и объем коррелировали с концентрациями прогестерона.Аналогичным образом сообщалось о высокой корреляции между концентрацией прогестерона и массой и объемом ХЛ (Marciel et al., 1992). Другие (Singh et al., 1997; Tom et al., 1998a) сообщили, что значения пикселей ультразвуковых изображений, полученные с помощью количественного анализа эхотекстуры, уменьшались от метэструса до середины диэструса и увеличивались во время проэструса. Значения пикселей ультразвуковых изображений сильно коррелировали с концентрацией прогестерона в плазме и лютеиновой ткани и объемной плотностью лютеиновых клеток и стромы.Кроме того, Perry et al. (1991) с помощью трансректального ультразвукового исследования определили, что у коров с видимой лютеиновой тканью концентрация прогестерона в сыворотке крови превышает 0,5 нг / мл. Как и в случае с фолликулами, изменения на ультразвуковых изображениях происходят одновременно со структурными и гормональными характеристиками бычьей ХЛ. Дальнейшие усовершенствования в анализе ультразвуковых изображений могут помочь в различении фаз роста и регресса в развитии лютеиновой ткани. с помощью ультразвуковой визуализации. Из всех ультразвуковых приложений, используемых техниками на коровах, сканирование матки на предмет инфекций и беременности является наиболее распространенным коммерческим применением.Сообщения указывают на обнаружение эмбриональных пузырьков у крупного рогатого скота уже на 9 (Boyd et al., 1988), 10 (Curran et al., 1986a) или 12 d (Pierson and Ginther, 1984) сроках беременности. В этих ситуациях точная дата осеменения была известна, и ультразвуковое исследование использовалось просто как подтверждение беременности или для подтверждения того, что обнаружение эмбриона возможно в течение первых 2 недель беременности. Напротив, Kastelic et al. (1989) наблюдали за осемененными однолетними телками на предмет признаков беременности.Диагностика беременности у телок на 10–16 день беременности привела к положительному диагнозу беременности или небеременности <50%. На 18, 20 и 22 день беременности точность диагностики беременности повысилась до 85, 100 и 100% соответственно. Хотя подтверждение беременности с помощью ультразвука в течение 18-22 дней беременности дает отличные результаты, специалисту необходимо убедиться, что накопление жидкости в хориоаллантоисе на ранних сроках беременности (Kastelic et al., 1989) и маточной жидкости в матке во время проэструса и течки. не запутались при постановке диагноза.Несколько дальнейших сообщений (Taverne et al., 1985; Hanzen and Delsaux, 1987; Pieterse et al., 1990, Badtram et al., 1991) указали на присутствие эмбрионального пузырька уже на 25 день беременности. Хотя Hanzen и Delsaux (1987) использовали датчик с частотой 3,0 МГц для диагностики беременности, они пришли к выводу, что к 40 дню беременности положительный диагноз беременности был на 100% точным, в то время как общий диагноз беременности и отсутствия беременности с 25 дня гестации доказан. быть правильным в 94 и 90% случаев соответственно.У 148 дойных коров диагноз стельности с 21 по 25 день был точным на 65%, тогда как диагноз стельности с 26 по 33 день был точен на 93% (Pieterse et al., 1990). В своих выводах авторы заявляют, что вероятными причинами неправильного диагноза с 21 по 26 день были накопление маточной жидкости в период проэструса или течки, накопление патологической жидкости в матке или то, что беременность была установлена ​​с последующей потерей эмбриона. Хотя эмбриональный пузырек можно обнаружить с помощью ультразвука уже на 9 день беременности, точность обнаружения приближается к 100% после 25 дня беременности.Для практических целей эффективность (то есть скорость и точность) правильного диагноза беременности должна выполняться у женщин, у которых предполагается иметь эмбрионы в возрасте не менее 26 дней. Curran et al. (1986b) охарактеризовали рост эмбриона от 20 до 60 дней беременности и определили, когда такие характеристики, как сердцебиение (22 дня), спинной мозг (28 день), плацентомы (35 дней), раздвоение копыт (44 день) и ребра (d 52) впервые стали обнаруживаться (рис. 2). Эту информацию можно использовать для определения возраста плодов крупного рогатого скота с высокой степенью точности (Pierson and Ginther, 1984; Boyd et al., 1988; Гинтер, 1995). Измерения длины темени и крестца были обобщены (Таблица 1) Хьюзом и Дэвисом (1989). Значимая корреляция (r = 0,98) существовала между возрастом эмбриона и длиной макушки. До разработки ультразвука для диагностики беременности крупного рогатого скота технические специалисты не могли точно определить жизнеспособность или количество эмбрионов или плодов. Поскольку сердцебиение плода можно определить примерно в возрасте 22 дней, можно точно оценить, жизнеспособна ли беременность.Число плодов наиболее точно можно оценить между 49 и 55 днями беременности (Davis and Haibel, 1993). В недавнем исследовании индуцированного двойникования Dahlen et al. (2002) определили, что идентификация нескольких плодов была более точной на 69 день беременности, чем на 33 днях беременности. Дискин и Сринан (1980), Бил и др. (1992) и Lamb et al. (1997) сообщили об использовании ультразвука для оценки частоты гибели эмбрионов. Частота гибели эмбрионов по данным исследований у мясного крупного рогатого скота представлена ​​в Таблице 2.Уровень оплодотворения после искусственного осеменения у мясных коров составляет> 90%, тогда как выживаемость эмбрионов составляет 93% к 8 дню и только 56% к 12 дню после искусственного осеменения (Diskin and Sreenan, 1980). Частота гибели эмбрионов у мясного скота значительно ниже, чем у молочного скота. Бил и др. (1992) сообщили о 6,5% случаев потери эмбрионов у мясных коров на сроке от 25 до 45 дней беременности. Аналогичным образом Lamb et al. (1997) отметили 4,2% случаев гибели эмбрионов у телок, первоначально подвергавшихся ультразвуковому обследованию на 30-й день беременности, а затем пальпируемых через прямую кишку на 60-90-й день после осеменения.У молочных коров мы (Stevenson et al., Неопубликованные данные) оценили три стада, которые были исследованы с помощью УЗИ на 29–33 день с последующим вторым ультразвуком на 54–61 день для определения выживаемости эмбрионов. В целом, около 11% эмбрионов, впервые обнаруженных при УЗИ на 29–33 день, не дожили до 57–61 дня, когда был поставлен второй диагноз беременности (рис. 3). Между стадами наблюдалась заметная разница в выживаемости эмбрионов. Статус цикла (среди других типичных процедур управления), по-видимому, имел наибольшее влияние на выживаемость эмбриона.У молочного скота потеря стельности с 28 до 56 дней после ИО составила 13,5% или 0,5% в день (Fricke et al., 1998). Этот показатель потери беременности аналогичен 12,4%, о которых сообщают Smith и Stevenson (1995), и 19,1%, о которых сообщают Vasconcelos et al. (1997) на сопоставимой стадии беременности у лактирующих молочных коров. Наибольшая частота случаев потери беременности была между 28 и 42 днями беременности (10,5%) и между 42 и 56 днями беременности (6,3%). После 56 дня беременности гибель эмбрионов снизилась до 3,4% с 56 до 98 дней беременности и до 5.5% от 98 дней до отела (Vasconcelos et al., 1997). Эти исследования указывают на полезность ультразвукового исследования в качестве инструмента для мониторинга успешности селекционной программы путем определения PR и гибели эмбриона. Чтобы определить частоту выживаемости эмбрионов у женщин, беременных многоплодием, Dahlen et al. (2002) индуцировали близнецов у телок, получавших два идентичных свежих деми-эмбриона, разделенных с помощью AB Technology Twinner System  (AB Technology Inc., Pullman, WA), трансплантированных в рог матки ипсилатерально к яичнику, содержащему CL.На 33, 69 и 108 день после течки телкам проводили трансректальное ультразвуковое исследование для определения наличия и количества плодов. На 180 день после течки телок ректально пальпировали для определения сохранения беременности. Показатели выживаемости эмбриона и плода показаны на рисунке 4. Первоначальный PR составлял 81% (30 из 37). Из 30 телок, беременность которых была подтверждена на 33-й день, 17 (57%) были беременны двумя жизнеспособными эмбрионами, в результате чего общий PR составил 127% (47 плодов у 37 реципиентов). Наибольший процент гибели эмбрионов (16%) произошел между 33 и 69 днями после течки.Однако в трех случаях один эмбрион выжил, когда второй эмбрион не выжил до полного срока. Выживаемость эмбрионов резко упала, но 33% живорождений были результатом двойных беременностей, а в целом живорождений — 78% всех телок, получивших эмбрионы. Дополнительные исследователи сообщили о диапазоне эмбриональной смертности от 21 дня до 60 дней, от 8% (Boyd et al., 1969) до 35% (Beghelli et al., 1986). В этих отчетах эмбриональная смертность определялась наличием высоких концентраций прогестерона в крови на 21–23 день после разведения (предполагается, что высокая концентрация прогестерона была вызвана эмбриональным сигналом для предотвращения регрессии лютеиновой кислоты), но отсутствием эмбриона или плода. при ректальной пальпации через 40-60 дней после осеменения.Авторы предположили, что эмбрион был потерян между 21 дн беременности и временем пальпации; однако не было положительной идентификации жизнеспособного эмбриона на 21–23 день беременности. Следовательно, УЗИ …

Фотограф провел 12 лет, фотографируя плод, развивающийся внутри матки

Весной 1965 года журнал Life Magazine опубликовал 16-страничный рассказ о репродукции человека — макроснимки того, как происходит оплодотворение в матке, как формируется зигота и как полностью развивается плод в утробе матери.Так родилась другая, но впечатляющая форма фотографии — фотография эмбрионов!

Шведский фотограф Леннарт Нильссон 12 лет делал очень-очень близкие снимки плода, развивающегося в утробе матери. И мы говорим об эпохе, когда камеры еще не были развиты! С помощью этих обычных фотоаппаратов с макрообъективами, эндоскопа, сканирующего электронного микроскопа и увеличения в сотни тысяч Леннарт смог создать эти захватывающие снимки. Его первая фотография человеческого плода была сделана в 1965 году.

Ничего подобного вы еще не видели.

1) Так выглядит маточная труба. Место соприкосновения сперматозоида и яйцеклетки!

2) А вот и сперматозоид, попавший в маточную трубу.

3) Удастся ли им встретиться?

4) А это свидание! Но сперматозоид сталкивается с некоторой конкуренцией с другими клетками.

5) Победившая сперма!

6) Выигрышный момент, момент, когда яйцеклетка и сперматозоид слились вместе.

7) Через 8 дней. Зигота прикрепилась к стенке матки.

8) Вы видите, что мозг начал развиваться.

9) Месячный эмбрион. Сформировалось сердце, которое начинает биться на 18-й день. Однако скелета пока нет.

10) Так выглядит 4-недельный плод.

11) Через 5 недель. Теперь вы можете различить лицо с отверстиями для глаз, ноздрей и рта.

12) Через 40 дней. Хорошо видна плацента — орган, соединяющий эмбрион со стенкой матки.Он обеспечивает усвоение питательных веществ, удаление отходов и газообмен через кровоснабжение женщины.

13) 8-недельный эмбрион. Плод хорошо защищен плодным мешком.

14) Через 16 недель.

15) Плод с помощью рук исследует собственное тело и окружающую среду.

16) Скелет, в основном состоящий из гибкого хряща и сети кровеносных сосудов, виден сквозь кожу.

17) Через 18 недель. Теперь он может воспринимать звуки из внешнего мира.

18) Через 19 недель!

19) 20-недельный плод вырос примерно до 20 см. Шерстяные волосы, известные как лануго, покрывают всю голову.

20) Через 24 недели

21) Через 26 недель

22) По прошествии 6 полных месяцев плод переворачивается вверх дном, потому что так легче выбраться.

23) Через 36 недель ребенок увидит мир через месяц!

Появляется потрясающая картина иммунной системы плода

У зародыша человека иммунная система действует не так, как у взрослого.

К 13 неделе беременности у человеческих плодов развилась гораздо более необычная иммунная система, чем считалось ранее.
Кредит: Допамин / SPL

Человеческий плод во втором триместре чрезвычайно загружен. Он развивает кожу и кости, способность слышать и глотать, а также работает над первым испражнением. Итак, исследование, опубликованное 14 июня в журнале Nature , обнаруживает, что у плода также появляется функционирующая иммунная система — такая, которая может распознавать чужеродные белки, но менее склонна, чем зрелая иммунная система, к атаке (Н.Макговерн и др. Природа (http://dx.doi.org/10.1038/nature22795; 2017).

Результаты добавляют к растущему количеству литературы, показывающей, что иммунная система плода более активна, чем предполагалось ранее. «В общих учебниках вы видите, что концепция невосприимчивого плода все еще преобладает», — говорит иммунолог Якоб Майклссон из Каролинского института в Стокгольме. Но иммунная система плода уникальна, — говорит он. «Он не просто незрелый, он особенный».

Развивающийся плод постоянно подвергается воздействию чужеродных белков и клеток, которые передаются от матери через плаценту.У людей это воздействие более обширно, чем у многих других млекопитающих, говорит иммунолог Майк МакКьюн из Калифорнийского университета в Сан-Франциско. В результате лабораторные мыши оказались плохой моделью для изучения развивающейся иммунной системы плода человека.

Но полностью понимая, что развитие может выявить причины некоторых выкидышей, а также объяснить такие состояния, как преэклампсия, которая связана с аномальными иммунными реакциями на беременность и вызывает до 40% преждевременных родов.А хирурги по пересадке органов давно интересовались, как развивающийся плод и его мать переносят друг друга, не вызывая у них иммунной атаки. Надежда состоит в том, чтобы найти способы подавить реакцию иммунной системы на трансплантированные органы.

Для Джерри Чана, акушера и гинеколога женской и детской больницы KK в Сингапуре, понимание иммунной системы плода было важным для его цели разработки методов лечения стволовыми клетками и генной терапии генетических нарушений у развивающихся плодов.Чан и его коллеги хотели знать, существует ли стадия развития, на которой такое лечение может проводиться без риска того, что сами методы лечения будут атакованы иммунной системой.

Для этого Чан объединился с иммунологом Флораном Гинхо из Агентства по науке, технологиям и исследованиям в Сингапуре, чтобы изучить дендритные клетки, иммунные клетки, которые расщепляют чужеродный материал и представляют его фрагменты другим иммунным клеткам, называемым Т-клетками. Затем активируются некоторые Т-клетки, нацеленные на инородный материал для разрушения.

Команда обнаружила, что плод человека имеет функциональные дендритные клетки к 13 неделе беременности. Но хотя клетки ведут себя так же, как и взрослые версии, их реакция на чужеродные белки человека отличается: вместо того, чтобы пометить чужеродный материал для аннигиляции, дендритные клетки плода с большей вероятностью активируют особую категорию Т-клеток, называемых регуляторными Т-клетками, которые подавляют иммунную систему. ответы.

Это может отражать необходимость избежать катастрофического иммунного ответа против материнских клеток.«Вы не хотите, чтобы у развивающегося плода был слишком сильный иммунный ответ, — говорит Гинхоукс. «Это очень опасно — это критический момент в развитии».

Предыдущие исследования обнаружили специализированные иммунные клетки, в том числе Т-клетки и естественные клетки-киллеры, у плодов в возрасте от девяти недель, говорит Гинхоукс.

Но данные о дендритных клетках особенно важны, потому что эти клетки организуют иммунные реакции, говорит Майклссон. По его словам, без них тело не может нацеливаться на конкретный посторонний материал для разрушения.

Результаты подчеркивают тот факт, что иммунная система плода является не просто незрелой, менее активной версией своего взрослого аналога, но имеет свою собственную особую функцию, говорит иммунолог-трансплантолог Уильям Берлингхэм из Университета Висконсина в Мэдисоне.

Лаборатория Берлингема изучала иммунные реакции плода как средство поиска способов помочь реципиентам после трансплантации органов перенести свои новые органы, не полагаясь на иммунодепрессанты. Но политический скандал в Соединенных Штатах за последние несколько лет по поводу исследований с использованием тканей плода заставил его перенести большую часть своей работы на изучение иммунной системы новорожденного, которая, как правило, действует как система взрослых.

Исследование Nature подчеркивает, как этот сдвиг может дорого обойтись во многих областях исследований, говорит МакКьюн. «Для нас важно понимать функцию иммунной системы человеческого плода, чтобы мы могли лечить нездоровые плоды», — говорит он. «А анализ взрослых и новорожденных клеток, как мы теперь знаем, неуместен. Иммунная система плода другая ».

Об этой статье

Цитируйте эту статью

Ledford, H.Вырисовывается откровенная картина иммунной системы плода.
Nature 546, 335–336 (2017). https://doi.org/10.1038/546335a

Ссылка для скачивания

Знаменитая фотокнига Леннарта Нильссона [ФОТОГАЛЕРЕЯ]

В 1965 году шведский фотожурналист Леннарт Нильссон опубликовал одну из самых успешных фотокниг всех времен — A Child is Born .От первого оплодотворения яичников до последней стадии развития плода в книге подробно описывается рождение нового человека. Книга была продана миллионами копий, и теперь ее четвертое издание было включено на борту зондов НАСА «Вояджер-1» и «Вояджер-2» — первых созданных руками человека объектов, которые должны были покинуть нашу солнечную систему.

Это были не первые фотографии эмбрионов, опубликованные в прессе, и даже не первые, в которых показана серия его развития. Но именно изображения Нильссона стали иконами двадцатого века.В отличие от размытых черно-белых ультразвуковых сканирований, они разделяли взрыв цвета на печати и на экране. Вы можете спросить себя, удалось ли Нильссону вставить камеру в матку — печальная правда заключается в том, что Нильссон на самом деле сфотографировал материалы аборта, полученные от женщин, которые прервали беременность в соответствии с либеральным шведским законодательством. Работа с мертвыми эмбрионами позволила Нильссону экспериментировать с освещением, фоном и положением, например, помещать большой палец в рот плода.По иронии судьбы активисты 1960-х и 1970-х годов присвоили эти образы и использовали их в своих кампаниях.

[СМОТРЕТЬ СМОТРЕТЬ] Развитие плода от первого клеточного деления до конечной стадии [ФОТОГАЛЕРЕЯ]

«Ребенок родился» был разделен на две части: одна серия фотографий и сопроводительный текст описывают развитие плода от зачатия до рождения; на другом изображена женщина и ее партнерша в процессе ее беременности. Ниже вы можете увидеть некоторые фотографии из первой части.Мамы, папы и люди всех категорий, бездетные или нет, будут радоваться.

Большой взрыв картирования мозга

Abstract

Разработка инструментов для построения и исследования вероятностных карт мозга взрослого человека с помощью МРТ привела к успехам как в базовой нейробиологии, так и в клинической диагностике.Эти инструменты все чаще применяются для развития мозга в подростковом, детском возрасте и даже при визуализации новорожденных и недоношенных новорожденных. Если смотреть еще раньше в развитии, параллельные разработки в области клинической магнитно-резонансной томографии плода (МРТ) привели к ее растущему использованию в качестве инструмента в сложных медицинских условиях. Это послужило стимулом для новых инженерных разработок, которые сочетают оптимальное быстрое сканирование МРТ с методами компьютерного зрения, которые позволяют получать полное трехмерное изображение движущегося мозга плода in utero без седативных средств.Они обещают открыть новое и беспрецедентное окно в ранний рост человеческого мозга. В этой статье мы рассмотрим разработки, которые привели нас к этому моменту, и рассмотрим текущее состояние дел в области быстрой визуализации плода, коррекции движения и инструментов для анализа динамически изменяющейся структуры мозга плода. Будут изучены новые методы сегментации тканей развития и построения пространственно-временных атласов, а также методы картирования моделей роста мозга плода.

Ключевые слова: Коррекция движения, мозаика изображений, деформационная морфометрия, пространственно-временной атлас, сегментация тканей, кортикальное складывание

1 Введение

Сочетание физики магнитно-резонансной томографии (МРТ) с математическими и вычислительными методами, лежащими в основе современного мозга Анализ изображений создал ряд новых инструментов для нейробиологов и клиницистов. Это позволяет создавать карты, позволяющие количественно определять структуру и функции мозга в разных популяциях людей, а также изучать, как клинические факторы могут влиять на модели измерений.Эти разработки помогли сформировать основу для появления картирования мозга (1–3) в качестве ключевой темы исследований как в фундаментальной нейробиологии, так и в клинически ориентированных исследованиях мозга. В частности, вычислительные морфометрические методы позволили по-новому взглянуть на то, как структура мозга изменяется с течением времени, и как на этот процесс влияют болезни в различных популяциях, начиная от взрослых с деменцией (4–6), психиатрическими состояниями (7) и черепно-мозговой травмой при злоупотреблении психоактивными веществами. (8), к изменениям в головном мозге из-за инфекционного заболевания (9).В последнее время акцент сместился на изучение развивающегося мозга (10,11,11–13), и в настоящее время ведутся крупномасштабные проекты по пониманию и картированию процесса роста мозга от рождения до взрослого человека (14). Эти исследования были сосредоточены на постнатальном картировании роста. Тем не менее, недавние разработки в области клинической МРТ, как проиллюстрировано в, повысили возможность продолжения этих исследований, чтобы отобразить процесс роста человеческого мозга в утробе матери . Для нейробиолога возможность изображения более ранних, более простых структурных конфигураций дает представление о полностью развитой анатомии.Картируя мозг в его ранней форме, до процесса анатомической индивидуализации, и фиксируя его трансформацию в индивидуализированную конфигурацию взрослого, мы надеемся лучше понять, как сам мозг взрослого человека организован и функционирует. В этой статье рассматривается сочетание инженерных и клинических разработок, которые начинают предоставлять высококачественные и воспроизводимые трехмерные изображения раннего роста человеческого мозга, а также исследуются некоторые вычислительные и алгоритмические проблемы при анализе и моделировании динамически изменяющейся нейроанатомии плода.

Пример среза МРТ-изображения человеческого плода в режиме клинического голодания (SSFSE) T2W, показывающий сагиттальный вид мозга плода по средней линии.

2 Предпосылки: появление клинической МРТ плода

2.1 Безопасность МРТ плода

Ключевым фактором в развитии картирования мозга была доступность воспроизводимой высококачественной магнитно-резонансной томографии (МРТ), позволяющей трехмерное и четырехмерное картирование количественных структурные и функциональные измерения в живом мозге. В отличие от рентгеновской компьютерной томографии или визуализации в ядерной медицине, используемых в исследованиях мозга взрослых, а также экспериментально исследованных для визуализации человеческого плода (15), МРТ не включает ионизирующее излучение.Однако он оставался вне набора инструментов клинического радиолога из-за опасений по поводу безопасности для развивающегося плода. Существует значительная литература, изучающая возможность повреждения, вызванного МРТ, от воздействия радиочастотного (RF) и электромагнитного (EMF) поля (16) с точки зрения как статических, так и изменяющихся полей (17). Эта ранняя работа была усовершенствована (18–20) с использованием более точных анатомических моделей (21, 22) для визуализации взрослых. Когда рассматривался вопрос о клинической МРТ во время беременности, эта работа была расширена за счет специфичных для плода моделей RF-EMF (16, 23–26).Предыдущие исследования изучали проблемы, связанные с тепловыми эффектами, возникающими из-за отсутствия поверхностного охлаждения, доступного для плода (27), и эффекты уровней шума (28), возникающие в результате использования более быстрых (и более шумных) последовательностей МРТ. Также изучалась возможность генетических мутаций, индуцированных МРТ (29), и последствия материнского стресса, связанные с обследованием МРТ (30). Эта работа была дополнена экспериментальными исследованиями с использованием моделей на животных (31) для изучения долгосрочных эффектов воздействия полей (32) и изучения теплового воздействия (33) на плод.Также были проведены последующие исследования детей, которым проводилась МРТ плода (34–36), и не было обнаружено значительных долгосрочных побочных эффектов. В результате МРТ плода стала более широко использоваться в качестве инструмента для клинической диагностики.

2.2 Ранняя магнитно-резонансная томография плода

Использование МРТ у беременных пациенток было инициировано клиническим радиологом и перинатологом в поисках лучших способов анализа состояния плода. Однако с самого начала ключевой проблемой было движение.Первые клинические исследования включали раннюю T1-взвешенную (T1W) визуализацию нижнего магнитного поля (37, 38) и T2-взвешенную (T2W) визуализацию (39–44). В этих ранних попытках использовались более медленные методы, которые были очень чувствительны к движению плода, и поэтому в значительной степени зависели от удачи рентгенолога в захвате плода, когда он не был в движении, и часто выполнялись с поверхностным дыханием матери. Во Франции подвижность плода была уменьшена путем инъекции седативного средства в пупочную вену (45) или с помощью седативного средства матери, которое проникало через плаценту (46).Такая седация плода нецелесообразна для более общего скрининга, хотя по-прежнему возможна при угрожающих жизни расстройствах. В результате общей недостаточной воспроизводимости методов эти многообещающие ранние подходы имели ограниченное применение в общей клинической практике.

Развитие более быстрых методов визуализации в сочетании с улучшенным оборудованием для визуализации стало ключом к более широкому применению МРТ в клинических исследованиях плода (47–49). К ним относятся планарная эхо-визуализация (EPI), разработанная в 1970-х годах (50), которая также использовалась в ранних исследованиях плода (51, 52), обеспечивая так называемое мгновенное изображение анатомии.Важно отметить, что эта ранняя работа показала, что один срез может быть получен достаточно быстро, чтобы исключить большую часть движений плода и при этом обеспечить приемлемый уровень отношения сигнал / шум для определения анатомических деталей. Однако это также показало, что усреднение срезов для увеличения сигнала без учета движения по-прежнему невозможно из-за движений плода между срезами.

2.3 Подходы к более быстрой и трехмерной МР-визуализации

При сборе данных МРТ производится выборка пространственно-частотного спектра лежащих в основе анатомических измерений (k-пространство), и пространственное изображение восстанавливается с использованием преобразования Фурье (53).Запись одиночного MR-сигнала обычно производит выборку одной строки этого k-пространства в течение нескольких миллисекунд и может быть получена таким образом, чтобы собрать 2D-срезы или полные 3D-объемы путем кодирования пространства с использованием различных изменяющихся во времени шаблонов градиентов RF и магнитного поля ( 54). Полноценная трехмерная визуализация обычно используется при исследованиях взрослых, а также детей и подростков, которые работают совместно, поскольку время визуализации по-прежнему составляет порядка минут. Движение в это время может вызвать ореолы или размытость из-за искажения фазы или частоты сигнала.В результате многосрезовое двухмерное изображение обычно получают в исследованиях, где движение, как ожидается, будет проблемой. Они позволяют проводить псевдо-трехмерные исследования мозга для диагностики плода (55) при наличии у плода ограниченного движения. Однако движение по-прежнему может вызывать артефакты, когда оно происходит между сбором данных и последующим РЧ-возбуждением, или вызывая ошибки фазы вращения, когда объект движется через магнитное поле между возбуждением и последующим сбором данных. Также были разработаны так называемые устойчивые к движению последовательности, такие как проекционно-реконструкционные (56) и спиральные (57,58) последовательности МРТ.Однако до сих пор они не могли предоставить клинически полезные изображения за достаточно короткий промежуток времени для трехмерной визуализации плода.

2.4 Методы коррекции движения в МРТ

Даже с учетом многих достижений в области МРТ, получение полного трехмерного изображения, которое является достаточно быстрым, чтобы снизить вероятность и влияние артефактов движения до приемлемого уровня, по-прежнему невозможно. Для визуализации взрослых был разработан ряд схем коррекции движения, позволяющих получать изображения при наличии движения. В предполагаемых методах коррекции движения используются независимые оценки анатомического позиционирования для обновления процесса сбора данных по мере его выполнения, путем изменения фазового или частотного кодирования, используемого для определения геометрии сканирования (59), или для исключения искаженных компонентов сигнала, полученного при известных условиях. время движения.Ряд таких методов был исследован с использованием оптического (60, 61) или МРТ-маркера (62) отслеживания анатомии пациента. Однако потребность в какой-либо форме прикрепленного маркера или видимой поверхности исключает использование этих подходов при визуализации плода.

Оценки движения также могут быть получены из дополнительных измерений МРТ с использованием так называемых эхо-сигналов навигатора (63), которые представляют собой быстрые, упрощенные сборы сигналов, вкрапленные в последовательности МРТ. Они использовались как для ретроспективной (63), так и для предполагаемой (64) коррекции движения, и могут использовать различные формы траектории в k-пространстве для измерения движения по разным осям, включая линейное (65), круговое (66), сферическое ( 67) для полного трехмерного отслеживания движения (68, 69).Чтобы исправить более крупное движение головы у детей, в последних методах (70) были объединены эхо-сигналы спирального навигатора с отслеживанием на основе фильтрации Калмена. В МРТ плода эхо-сигналы навигатора использовались для обнаружения и запуска быстрого получения снимков срезов (71) в моменты, когда плод неподвижен вдоль выбранной оси. Однако их может быть трудно локализовать для оценки полного трехмерного движения на МРТ плода. Альтернативный подход, основанный на радиолокационной визуализации, заключается в ретроспективной «перефокусировке» данных в области k-пространства (Фурье) без отдельных оценок движения (72).Однако, поскольку эти алгоритмы работают в области k-пространства (Фурье), их сложно адаптировать для исправления локально жестких движений, как это требуется при трехмерной визуализации плода.

2.5 Текущая многосрезовая визуализация и ее ограничения

Вместо более ранних методов EPI используются ускоренные последовательности, такие как быстрое спиновое эхо (FSE) (73), однократное полуфурье-однократное турбо спин-эхо (HASTE) (74) и одиночное Быстрое спиновое эхо (SSFSE) (75) было разработано для улучшения контрастности тканей. Для этого требуется второй или меньше на один срез, и они предоставляют клиницисту надежный путь к получению выбранных срезов через анатомию плода без седативного воздействия, хотя и без точно известных трехмерных пространственных отношений между последовательными срезами.Исследования обычно включают получение нескольких стопок срезов, запланированных с разной ортогональной ориентацией, чтобы обеспечить дополнительные виды анатомии. Они могут использовать планирование в реальном времени для ручной настройки движений плода (75) или стробирование, чтобы устранить влияние материнского дыхания.

Клинические применения более быстрой многосрезовой визуализации быстро расширились, особенно для нейровизуализации (76), где ультразвуковые исследования ограничены реверберациями, возникающими из-за костной структуры черепа плода.Здесь МРТ может обеспечить ценный контраст между различными слоями ткани в развивающемся мозге плода, которые невидимы для ультразвука, такими как зародышевый матрикс и субпластинка, а также предоставить информацию с высоким разрешением о складывании кортикальной пластинки. МРТ обнаружила ключевую роль в предоставлении ценной дополнительной информации при определенных клинических состояниях, особенно связанных с развитием мозга (77). Было показано, что он чрезвычайно полезен для оценки причин вентрикуломегалии (78, 79), выявления пороков развития головного мозга (80, 81), выявления инфекций (82) и выявления других повреждений головного мозга плода (83, 84).

В дополнение к радиографической диагностике МРТ головного мозга плода начала использоваться в количественных исследованиях роста мозга в различных клинических группах (79, 85–88).

Для более количественных исследований анатомии мозга эти типы получения изображений страдают рядом важных ограничений. Помимо проблемы неизвестных анатомических взаимоотношений между последовательными срезами, они также используют относительно толстые срезы для обеспечения адекватного разрешения в плоскости и соотношения сигнал / шум для радиологического контроля, но затрудняют настоящий трехмерный анализ.Кроме того, синхронизация с дыханием матери, хотя и снижает вероятность движения внутри среза, также может значительно увеличить время сканирования с небольшим улучшением в случаях значительного движения плода.

3 Гибридное решение для 3D-МРТ плода: компьютерное зрение и MR-физика

Текущее направление исследований в области полной 3D-МРТ визуализации движущейся анатомии плода основано на гибридном подходе, сочетающем физику МРТ с методами компьютерного зрения. Это было мотивировано наблюдением, что в клинических исследованиях мозга плода обычно используются множественные многосрезовые снимки по разным осям, которые также часто повторяются из-за движения плода во время стека.

В компьютерном зрении область мозаики изображений (89) стремится объединить фрагменты изображения в единое изображение. Это может обеспечить либо увеличенное поле обзора (90) за счет увеличения пространственной протяженности данных, либо улучшенное разрешение (91) за счет увеличения пространственной частотной протяженности данных. Мозаичное изображение можно разделить на этапы оценки преобразования и объединения изображений. Он использовался в МРТ с использованием контекста, аналогичного контексту многих приложений компьютерного зрения (92), для расширения поля зрения изображения, а в конфокальной микроскопии была предложена элегантная структура группы Ли для оценки коллективных преобразований (93). .В контексте МРТ плода нам необходимо объединить области изображений, содержащие движущийся объект (94), окруженные мешающей движущейся структурой. Как показано на, дан набор N 2D-изображений срезов I _n ( x _n ), n ∈ {1… N }, чтобы использовать частичные данные, предоставляемые каждым срезом, нам нужны для оценки полного жесткого трехмерного преобразования y = T _n ( x _n ), которые отображаются из точек x _n в мозгу в каждом 2D-срезе в согласованный трехмерный кадр анатомических координат y , в котором должно быть сформировано истинное трехмерное изображение V ( y ).Традиционные подходы к фотографической мозаике из 2D в 2D могут явно учитывать общую структуру в перекрывающихся изображениях для уточнения выравнивания. Однако здесь у нас есть проблема сопоставления 2D и 3D, включающая коллективное выравнивание срезов в пространстве объема. В отличие от предыдущей работы по сопоставлению срезов с объемом в медицинской визуализации, где отдельные срезы из интервенционного МРТ-исследования (95), патологоанатомического исследования (96), анатомического атласа (97) или функционального МРТ-исследования (98) сопоставляются с полным 3D-объемом. приобретается отдельно, здесь нет эталонного 3D-объема.

Проблема согласования мультисрезов с разбросом по движению и объему: Комбинирование быстрых мультиспиральных снимков МРТ ретроспективным слиянием с трехмерным объемом: Каждый отдельный срез n , составляющий объем, должен быть точно расположен и ориентирован в окончательном трехмерном анатомическом пространстве с помощью полного трехмерного изображения. жесткое преобразование T _n ( x _n ), состоящее из 3-х поворотов и 3-х поступлений. После их оценки окончательное объемное изображение может быть восстановлено на обычной решетке вокселей с использованием методов интерполяции рассеянных данных.

3.1 Оценка движения среза на основе реконструкции

Первый практический подход к трехмерной визуализации мозга плода (99, 100) предлагал двухэтапный процесс, объединяющий идеи от среза до сопоставления объемов и мозаики изображений. Итерационный подход включает формирование предполагаемого трехмерного объемного изображения из данных разбросанных срезов с использованием рабочей оценки преобразований отдельных срезов. Затем выравнивание среза по этому объему уточняется и используется для формирования улучшенного трехмерного объема для следующей итерации.Трехмерное изображение может быть сформировано из изображений срезов и заданного набора преобразований срезов с использованием адаптации традиционных схем интерполяции разбросанных данных (101–103) для повторной выборки значений из наборов произвольно ориентированных срезов на регулярную решетку вокселей. Уточнение совмещения достигается путем определения меры сходства изображений 𝒮 ( I _n (), V _i ()) между интенсивностями изображения среза I _n ( x ) и реконструированным объемные интенсивности изображения V _i ( y ) на итерации i .Схема градиентного подъема используется для максимизации 𝒮 ( I _n (), V _i ()) относительно T _n ( x ) для каждого среза.

Проблема оценки полных жестких преобразований (три поворота и три перемещения) для каждого отдельного среза в значительной степени недооценена и требует ограничений, чтобы обеспечить управляемый путь к решению. В схемах сопоставления изображений часто используется иерархический подход с несколькими разрешениями, чтобы избежать локальных оптимумов, сначала оценивая грубое рассогласование по изображениям с более низким разрешением.Подобным образом способы оценки совмещения срезов могут сначала оценить объемное движение всех срезов, а затем уточнить оценку для все меньших и меньших групп срезов (100), чтобы восстановить мелкомасштабную структуру в траектории движения. Однако получение срезов в мультисрезовом МРТ-исследовании плода обычно перемежается, чтобы избежать перекрестных помех от среза к срезу путем сбора всех нечетных, а затем всех равномерно проиндексированных срезов. Таким образом, иерархическая оценка траектории плода из стопки срезов должна также учитывать временное упорядочение получения срезов.

Эта двухэтапная схема реконструкции и оценки движения по существу действует для повышения резкости следующего реконструированного трехмерного объема, поскольку выравнивание среза с текущим объемом уточняется, чтобы удалить несогласованные вклады от срезов, которые можно объяснить их параметрами пространственного преобразования. Этот процесс может быть связан с ретроспективными методами фокусировки в k-пространстве из (72), но действует полностью в пространственной области, чтобы обеспечить локализацию коррекции движения для интересующей анатомии (здесь голова плода).

Этот итеративный подход, основанный на «реконструкции», использующий промежуточный объем, был воспроизведен более поздними методами (104, 105) с использованием различных подходов к объемной реконструкции. В (104), неявно предполагая, что сквозные плоские движения маловероятны, требование сбора данных было упрощено до ориентации в одной плоскости, повторяющейся во времени.

3.2 Оценка движения среза на основе пересечения

Подходы к оценке движения на основе реконструкции используют итерационную схему, чередующуюся между реконструкцией трехмерного изображения и сопоставлением срезов с этим изображением.Хотя экспериментально было установлено, что это эффективно, оно страдает отсутствием доказанных свойств сходимости. Проблемы могут возникнуть, когда плотность выборки среза падает во время оценки движения среза, вызывая локальное размытие в предполагаемой реконструкции объема, которое затем влияет на итоговый этап выравнивания среза. Более поздний подход позволяет избежать этих проблем, устраняя необходимость в этапе восстановления объема (106, 107) для оценки движения. Этот подход, по сути, расширяет мозаику 2D-изображения до крайнего случая, когда учитывается перекрытие на пересечении любых пар срезов, которые были получены в приблизительно ортогональной ориентации.Как показано на рисунке, для одной пары пересекающихся срезов структура изображения вдоль этого пересечения должна совпадать, когда они последовательно отображаются в трехмерное пространство. Это совпадение обеспечивает частичные геометрические ограничения на относительное расположение двух срезов (например, ограничение скольжения вдоль пересечения, но все же позволяет вращение в качестве шарнира вокруг пересечения). Рассматривая все пересекающиеся пары срезов, как показано в, мы можем искать преобразования срезов, которые в совокупности устраняют все относительные несоответствия в полученных данных.Используя сумму квадратов разницы в интенсивности изображения в качестве критерия соответствия для MR-срезов, можно сформулировать коллективное выравнивание в структуре наименьших квадратов, доступной для эффективной оптимизации. Это имеет вычислительное преимущество, заключающееся в том, что не требуется объемная трехмерная реконструкция на каждом этапе, и потенциально обеспечивает повышенную точность за счет предотвращения размытия, которое может возникнуть в процессе трехмерной реконструкции. Интересно связать подход пересечения срезов с использованием дополнительного эхо-сигнала линейного навигатора для получения информации о движении.Каждое пересечение пары срезов обеспечивает эквивалентный одномерный источник информации о движении объекта.

Иллюстрация оценки движения срезов на основе пересечений: любые пересекающиеся пары срезов через движущуюся головку плода должны совпадать по их пересечению при правильном сопоставлении вместе в трехмерном анатомическом пространстве. Квадратная разница в интенсивности вдоль пересечения связана с соответствующими изменениями пространственного преобразования, применяемого к каждому срезу.Рассматривая все пары срезов, полученные в мультисрезовом исследовании, состоящем из множества стопок срезов, можно сформулировать схему численной оптимизации, чтобы минимизировать расхождения, используя ковариационную матрицу всех совпадений относительно параметров преобразования срезов. Это коллективно регулирует 3 перевода и 3 поворота каждого среза, чтобы привести их во взаимное выравнивание.

3.3 Анатомическая локализация оценок движения

Помимо жестко движущейся головки плода, срезы МРТ плода обычно включают большую часть анатомических данных матери и жидкость, деформирующуюся или текущую вокруг головки плода, которые должны быть исключены из процесса оценки движения.Это может быть достигнуто путем приблизительной обрезки данных (100) вокруг головы плода в сочетании с использованием надежных критериев сопоставления изображений. В более поздней работе (104) использовалось тщательное ручное разграничение мозга плода в каждом полученном срезе для достижения локального соответствия. Совсем недавно способы (107) включили явное пространственное оконное управление в процесс оценки движения, которое согласовывается с данными во время оценки движения.

3.4 Улучшение реконструкции объема

В первых подходах (100) к объединению многосрезовых срезов мозга плода с разбросом по движению использовалась гауссовская дистанционно-взвешенная интерполяция для пересчета данных с разбросанных срезов на регулярную решетку вокселей.Это было мотивировано известным профилем среза и устойчиво к отсутствующим областям данных. В более поздней работе (104) использовалась альтернативная интерполяция с разбросом по B-сплайну, чтобы обеспечить более четкое отображение структур из объединенных данных срезов, когда было доступно много стеков срезов. В (107) общий подход к интерполяции на основе ядра был дополнительно уточнен с использованием схемы интерполяции со взвешенными границами. Это действует для усиления вкладов структуры, полученной при разной ориентации срезов. В новой работе (105, 108, 109) интерполяция рассеянных данных была расширена, чтобы включить концепции реконструкции изображения со сверхвысоким разрешением для повышения точности реконструированного изображения, где анатомия значительно передискретизируется при многих повторных сборах.

Второй аспект проблемы восстановления объема заключается в изменении неоднородности интенсивности МРТ или «смещения» в поле зрения (110). Это особенно проблема при визуализации брюшной полости, когда интересующая анатомия может находиться далеко от поверхностных катушек с фазированной решеткой, используемых при формировании изображения. При визуализации плода, когда плод движется относительно спиралей, пространственные отношения меняются, и, следовательно, могут быть изменены искажения в срезе одной и той же анатомической области. Когда эти изображения объединяются в единый объем, эти различия вызывают артефактические структуры, которые могут скрывать тонкие нижележащие границы тканей, присутствующие в анатомии плода, такие как субпластина (111), что затрудняет их количественную оценку.Вместо того, чтобы напрямую применять методы коррекции (112) к окончательному объему, мы должны учитывать отдельные относительные искажения срезов, вносящие вклад в ошибки восстановления объема. Чтобы решить эту проблему, в окончательную реконструкцию была включена схема коррекции относительного смещения среза (100). Это предполагало, что одна трехмерная стопка содержала ограниченное движение плода и поэтому могла использоваться в качестве эталона для коррекции относительной интенсивности всех оставшихся срезов. Затем это было доработано с использованием структуры пересечения срезов (107), чтобы обеспечить прямую оценку относительного смещения для каждого среза.Здесь все поля смещения отдельных срезов приводятся в соответствие на основе расхождений вдоль всех пересечений пар срезов (113), что устраняет необходимость предполагать, что в исследовании присутствует минимальный эталонный стек движения.

3.5 Преимущества ретроспективного комбинирования клинических изображений

Пример способности ретроспективных многосрезовых методов коррекции движения для восстановления экстремального движения при исследовании головного мозга молодого плода показан на рисунке. Важно отметить, что этот шаг позволяет клиницисту и нейробиологу изучить нормальную анатомию плода без искажения результатов исследований на тех, у кого нет артефактов движения или которые подвергаются седации.Процесс объединения нескольких клинических исследований в единую систему координат дает два ключевых преимущества в дополнение к формированию трехмерного изображения, как показано на рисунке. Во-первых, он позволяет усреднять сигнал по нескольким полученным данным с использованием одной и той же анатомии, чтобы улучшить контраст с шумом и помочь очертить тонкие границы ткани, такие как границы субпластины (111). Кроме того, исходные данные клинических срезов страдают от сильно анизотропного разрешения (то есть высокого разрешения в плоскости, но значительно большей толщины срезов).Это вызывает артефакты частичного объема и создает значительные проблемы при попытке визуализировать и количественно оценить складки коры. Комбинируя дополнительную структуру, очерченную на срезах, с высоким разрешением в плоскости, но с другой ориентацией, можно улучшить изотропное разрешение (107). Необходимость перепланировать сканирование или вручную «преследовать» головку плода во время типичного клинического исследования, чтобы гарантировать, что срезы находятся в определенной ориентации для радиологического обследования, уменьшается за счет создания постфактум истинного трехмерного объемного изображения, и это может значительно сократить время обучения матери и плоду.Наконец, благодаря ретроспективной коррекции сканов, клинические 2D-срезы по-прежнему доступны для радиологического исследования, где это необходимо.

(a) Пример оценки движения (107), коррекция смещения относительной интенсивности (113) и реконструкция в один трехмерный объем (ортогональные срезы в левом столбце) отдельных наборов сагиттальных, аксиальных и коронарных срезов (три правых столбца), полученные из клиническое исследование мозга плода с использованием быстрой многослойной визуализации (обратите внимание, что исходные срезы показаны в полученных координатах перед оценкой движения и, следовательно, не точно выровнены).Они иллюстрируют ценное увеличение (левый столбец) изотропного разрешения и контраста с шумом в результате точного объединения нескольких быстрых многосрезовых исследований движущегося плода. (b) Коррекция движения и объединение снимков МРТ головного мозга молодого плода с экстремальным движением показано: реконструировано с оценкой движения отдельных срезов (слева) и без (в центре), вместе с одним из исходных наборов срезов (справа).

4 Количественная оценка и картирование роста мозга

в утробе матери

4.1 Автоматическая сегментация тканей мозга при МРТ плода

Первым шагом в количественной оценке анатомии человеческого мозга на основе МРТ-сканирований часто является МРТ-сканирование и присвоение вокселей (или пикселей) меток, указывающих наиболее вероятный тип ткани в этом месте. Такие методы сегментации МРТ, первоначально разработанные для автоматического разделения мозга взрослого человека на классы тканей, получили широкое развитие за последние 20 лет (114). Однако проблемы, связанные с изучением анатомии развивающегося мозга плода, потребовали новых направлений в методах сегментации изображений мозга.Многие из наиболее точных и надежных подходов к сегментации тканей мозга взрослых используют параметрические статистические модели контраста и шума изображения (115, 116). В них используются модели гауссовой смеси (117), которые отражают кусочно-однородную природу участков ткани в головном мозге. Наиболее широко используемые подходы также используют основанные на атласе априорные значения вероятности расположения тканей над мозгом для инициализации и ограничения клеветы на новые МРТ-сканирования (118, 119) и обеспечения пространственного контекста для маркировки.Эти предыдущие карты оцениваются в общей канонической системе координат (120) и деформируются в пространство нового немаркированного МРТ-сканирования с использованием нежесткой регистрации деформируемого изображения. Затем маркировка адаптируется к новой МРТ головного мозга путем комбинирования предшествующих данных с вероятностью данных, обусловленных маркировкой, и применения методов максимального апостериорного (MAP) или максимального правдоподобия (ML) (121, 122).

В наиболее часто используемых Т1-взвешенных МРТ взрослых и детей видимые классы тканей обычно состоят из серого вещества, белого вещества и спинномозговой жидкости.Однако при визуализации мозга плода обычно используется T2-взвешенный (T2W). Во время первоначальной клинической МРТ (около 20-25 недель) мозг плода in utero состоит из слоистой структуры, состоящей из 7 различных зон ткани (123), некоторые из которых видны на клинических изображениях на разных этапах развития. Эти зоны, изображенные на рисунке, включают зародышевый матрикс, кортикальную пластинку (которая станет корковым серым веществом), субпластинку и промежуточную зону (которая станет белой материей).В ранних работах по автоматизированной сегментации тканей плода были впервые исследованы подходы, которые расширяли атласы, чтобы содержать предварительные данные об этих развивающихся тканях на данной стадии развития (124). Они были построены на основе тщательно очерченных вручную МРТ-сканирований, чтобы обеспечить точную статистическую справку для данного возраста развития.

Иллюстрация автоматизированной сегментации ткани на основе атласа 3D T2W МРТ головного мозга плода с использованием возрастной априорной карты вероятности ткани, контрастности МРТ, формы и размера мозга.Метки, назначаемые каждому вокселю, разделяющему мозг на кортикальную пластинку, промежуточную зону и субпластину, темно-серую материю, зародышевую матрицу и желудочковую спинномозговую жидкость, адаптируются из атласа до соответствия предмету МРТ-сканирования с использованием итеративного алгоритма максимизации ожиданий (132). .

Было показано, что использование тематических или возрастных шаблонов у детей (125 126), новорожденных (127–129) и даже у взрослых (130) значительно улучшает процесс маркировки тканей. Однако, в отличие от клинических исследований взрослых или детей, плод не может быть легко изучен на конкретной стадии развития.Это связано с тем, что скорость изменений в развивающемся мозге составляет порядка недель или дней в сочетании с неопределенностью возраста плода (131). Таким образом, в центре внимания исследований была разработка непрерывных или вычислительных атласов плода, способных моделировать любой возраст. Это параметрически моделирует изменения формы, размера, контрастности МРТ и вероятности ткани в каждой точке мозга плода (132), как показано на рис. Это позволяет синтезировать для любого гестационного возраста специализированный шаблон МРТ с репрезентативным контрастом ткани и вероятностями ткани.Учитывая сложность и этические соображения при проведении повторной визуализации одной и той же будущей матери, этот атлас не может быть непосредственно построен на основе повторных продольных изображений, как при анализе взрослых (1), он, естественно, состоит из множества разных плодов, каждый из которых сканирован в разном возрасте. Это позволяет атласу формировать среднюю траекторию роста, которая является репрезентативной для популяции, а также кодирует естественные вариации развития вместе с неопределенностями оценки возраста плода (131).Дальнейшие методологические исследования также изучали развитие специфических для плода геометрических априорных точек в сегментации, которые направлены на улучшение маркировки тканей с использованием слоистой структуры зон тканей в мозге плода. Используя тот факт, что внутренние и внешние границы мозга могут быть наиболее легко очерчены при клиническом сканировании, можно предположить, что более тонкие тканевые границы между ними располагаются в определенном порядке изнутри (зародышевый матрикс) наружу (кортикальная пластинка). ).Статистическая модель возникновения зон тканей на разных относительных глубинах в головном мозге может затем использоваться в качестве дополнительного пространственного до дальнейшего улучшения сегментации, помогая разрешить неоднозначности в процессе маркировки (133). Такие геометрические модели, специфичные для развития, могут предоставить пути к дальнейшему совершенствованию многих этапов анализа изображений головного мозга плода.

4.2 Картирование региональных и локальных закономерностей увеличения объема ткани

Был проведен ряд важных исследований роста объема всей ткани головного мозга плода, полученных как на основании патологоанатомических исследований, так и при визуализации в утробе матери .Ручное сегментирование зон мантии головного мозга на МРТ описывает различные траектории роста головного мозга, зародышевого матрикса и желудочков в целом (134–136). Кроме того, ручные двухмерные измерения толщины ламинарного слоя позволяют предположить, что толщина коры и субпластинки варьируется в зависимости от региона (137). Недавнее использование методов коррекции движения для построения трехмерных изображений обеспечило истинные объемные оценки всего мозга (138) и субпластины (111) внутриутробно. Совсем недавно разработка автоматизированной сегментации тканей позволила проводить более крупномасштабные объемные исследования зон ткани на основе изображений с коррекцией движения in utero (124).В то время как исследования взрослых могут разделить мозг на области (например, доли) на основе корковых ориентиров, чтобы изучить локальные изменения объема, эти ориентиры часто отсутствуют или несовместимы в гладком мозге плода, и поэтому необходимо использовать альтернативные и часто более простые анатомические подразделения.

На очень локальном уровне рост сулькированного неонатального мозга из гладкого мозга плода требует сложной серии локальных изменений объема ткани, чтобы сформировать паттерн кортикальной складки индивидов. Тензорная морфометрия (139) (TBM) использует точную пространственную нормализацию анатомии мозга в общую систему координат для изучения закономерностей разницы в размерах в локальной анатомии.Статистический анализ свойств якобианской карты нежестких деформаций, необходимых для приведения каждой анатомии в общую систему координат, позволяет связать локальный объем ткани с возрастом и клиническими переменными. Такой подход требует модификации для использования в развивающемся головном мозге из-за резких изменений тканевого контраста, происходящих в течение коротких промежутков времени. Прямая деформируемая регистрация МРТ-сканирований плода может вызвать артефактные деформации, поскольку искажение изображения пытается учесть несогласованные контрасты тканей при отображении одного возраста плода на другой.Недавняя работа показала, что впервые применив автоматическую сегментацию ткани для определения границ тканей, соответствующих возрасту, можно успешно применить TBM для картирования анатомических изменений (140). иллюстрирует использование TBM для обнаружения локально изменяющейся модели расширения ткани (области, которые растут быстрее или медленнее, чем весь мозг), указывая, где добавляется дополнительная сложность коры.

Пример тензорной морфометрии структуры роста ткани между 20 и 28 неделями беременности: карты статистической значимости показывают точки, в которых скорость увеличения объема больше или меньше скорости роста мозга в целом.Нижний ряд показывает срезы в объеме мозга, а верхний ряд показывает различия только по кортикальной пластине. Эти локальные вариации в скорости роста ткани создают структурную сложность как первичную форму борозд.

4.3 Количественная оценка и картирование кортикальной складки

Патологоанатомические исследования показали, что первичные и вторичные борозды образуются в последовательном пространственном и временном порядке во время нормальной беременности, что позволяет изначально гладкому мозгу плода значительно увеличивать площадь кортикальной поверхности.Время этого считается точным маркером развития мозга (141) при клиническом радиологическом обследовании срезов МРТ, при этом нарушения этого паттерна обеспечивают потенциальные стабильные биомаркеры аномального функционального развития. Количественный анализ складки головного мозга плода по результатам патологоанатомических исследований показал перспективность полного трехмерного анализа кривизны поверхности (142). В частности, два инварианта максимальной и минимальной кривизны в каждой точке поверхности порождают ряд мер формы, таких как средняя и гауссова кривизна (143) и индекс формы (144).Они предоставляют ценные количественные способы отслеживания складок, которые использовались в исследованиях мозга недоношенных (145). Создавая поверхностные репрезентации коры плода человека с коррекцией движения in utero MRI, эти методы начали применяться на самых ранних стадиях кортикального сворачивания. Используя тесселяцию поверхности и квадратичное моделирование формы поверхности, кривизну поверхности плода можно точно определить количественно и нанести на карту, формируя популяционную статистическую модель нормального прогрессирования кривизны поверхности мозга.Результаты показывают (146), что можно использовать этот подход для обнаружения тонких ранних стадий складчатости в начале образования борозды, как показано на примере нормально развивающихся плодов в разном возрасте развития.

Примеры карт средней кривизны поверхности границы между кортикальной пластинкой и суппластинкой (эквивалент границы серого вещества / белого вещества у взрослых), оцененных на изображениях поверхностной сетки, автоматически построенных из in utero МРТ-сканирований плодов с разным сроком беременности.Они иллюстрируют прогрессию складчатости поверхности с точки зрения увеличения средней кривизны (выпуклость) и уменьшения (вогнутость) по мере того, как формируются ранние первичные борозды, общие для всех взрослых. К ним относятся сильвиева борозда, до и после центральных борозд и калькариновая борозда.

5 Будущие направления

5.1 Визуализация для развития микроструктуры ткани: диффузионная МРТ

Визуализация микроструктурных свойств тканей и связности путей белого вещества стала мощным структурным методом как в исследованиях мозга взрослых, так и в детском и подростковом возрасте.Диффузионно-взвешенная визуализация (DWI) вместе с диффузионной тензорной визуализацией (DTI) — это методы МРТ (147, 148), которые обеспечивают измерение микроструктурной целостности ткани (149, 150). Они используют быстрое получение данных МРТ, чтобы обеспечить чувствительные к направлению измерения диффузии воды в ткани. Исследования на основе клинической визуализации показали, что DWI возможен в некоторых исследованиях мозга плода (151–153), где движение ограничено, и что он может предоставить значительную дополнительную информацию в случаях подозреваемых отклонений (154, 155).Однако исследования часто ограничивались небольшим количеством срезов и имели ограниченный анатомический охват. Исследования DTI часто включают получение большего количества изображений направленных измерений, чтобы обеспечить более полный профиль диффузии воды в каждой точке мозга, но, следовательно, они даже более чувствительны к движению. Посмертная визуализация плода (156) показала большие перспективы в изучении развития трактов белого вещества. Исследования DTI плода in utero , хотя и требуют более длительного времени визуализации, также оказались успешными (157) в плане понимания формирования связей внутри мозга.Однако большая часть этого исследования in utero была ограничена исследованиями плодов более старшего возраста или случаями, когда голова плода находится в тазу матери, где движения плода были ограничены, и, следовательно, все еще не применимы для общей клинической визуализации или более крупных исследований. масштабные нейробиологические исследования.

Совсем недавно были предложены (158) и адаптированы (159, 160) методы коррекции движения среза для визуализации диффузионного тензора. Поскольку каждое измерение направленной диффузии относится к определенной системе координат, движение головки плода между получением изображений не только изменяет предполагаемое анатомическое положение, но также и анатомическую ориентацию измерения диффузии.Путем многократного получения нескольких наборов каждого направленно взвешенного диффузионного изображения можно заполнить недостающие направления и местоположения в рассеянных данных (158) за счет дополнительного времени построения изображения. Движения внутри среза не могут быть легко восстановлены, поскольку они искажают фактическое измерение диффузии, однако их количество ограничено более коротким временем сбора среза данных EPI, и они могут быть исключены как выбросы в процессе подбора. Для остальных данных были предложены различные способы оценки движения среза, использующие согласование среза и объема.Одной из ключевых проблем в этой проблеме является низкий уровень отношения сигнал / шум диффузионно-взвешенного изображения, что может повлиять на возможность точного восстановления позиционирования срезов. Подходы упрощают процесс, либо сначала конструируя эталонное недиффузионно взвешенное изображение и оценивая оставшееся движение среза относительно этого (158), либо путем построения эталонной карты ткани на основе обычного МРТ и оценки движения с использованием структуры максимального правдоподобия (159), которая дополнительно позволяет оценить геометрическое искажение среза, присутствующего в срезах DTI.Окончательная реконструкция включает более сложный процесс, который должен объединить пространственно и направленно рассеянные измерения диффузии, сделанные во время движения плода, в единое тензорное поле диффузии на регулярной решетке вокселей. Этот процесс аппроксимации разбросанных данных может быть сформулирован в рамках модели наименьших квадратов (158) с ограничениями для сохранения положительно определенных свойств в окончательных тензорах диффузии. Однако, учитывая разбросанный характер измерений диффузии плода, естественно рассмотреть более общие модели диффузии более высокого порядка, которые могут учитывать больший разброс измерений диффузии, вызванный движением плода, и обеспечивать путь к разрешению неоднозначностей в областях пересечения. волокна.Было показано, что этот подход улучшает измерения FA для данных плода (160). После того, как регулярно отбираемый набор диффузионных профилей был оценен, его можно проанализировать с помощью таких методов, как трактография DTI, чтобы реконструировать развивающиеся тракты белого вещества в головном мозге плода.

5.2 Визуализация развивающейся функции мозга: функциональная МРТ

Вторая область, представляющая ключевой интерес в развитии мозга, — это измерение функции мозга. Функциональная МРТ (фМРТ) используется для выявления краткосрочных изменений уровня кислорода в крови в головном мозге (161) у взрослых и детей, связанных с функцией основных тканей.Они использовались для отображения как ответов на внешние раздражители (например, зрительные или слуховые), так и для отображения так называемых активаций мозга в состоянии покоя (162). Такие возможности представляют значительный интерес для визуализации плода, чтобы обеспечить понимание развивающейся функции мозга. Работа по активации состояния покоя (без стимулов) показала большие перспективы в картировании развития так называемого «режима по умолчанию» у младенцев (163) и детей (164, 165), и расширение этой работы для демонстрации более ранних стадий этого процесса имеет большое значение. значительный интерес.Ранние исследования плода показали, что можно применять методы, управляемые стимулами, в случаях ограниченного движения плода, для изучения реакции на слуховые стимулы (166) и зрительные стимулы (167, 168). Однако все методы фМРТ основаны на обнаружении тонких временных вариаций сигнала в каждом месте мозга во время множества повторных сканирований и, как таковые, очень чувствительны к движению. У взрослых даже небольшие движения необходимо скорректировать с помощью методов, доступных в стандартных программных инструментах, чтобы гарантировать, что движения, коррелированные со стимулом, не останутся.Для того, чтобы методы были в целом применимы для использования у плода в клинических или объективных нейробиологических исследованиях реалистичного размера, важно, чтобы была возможна крупномасштабная коррекция движений головы плода по данным. Методы, разработанные для структурной коррекции движения изображения, теоретически должны внести свой вклад в этой области, хотя может потребоваться адаптация протокола сканирования (для включения, например, большего количества повторных захватов для обеспечения полного пространственно-временного охвата). Важным дополнительным фактором является также фактор возможных изменений геометрических искажений, которые могут возникать в данных эхо-планарного изображения.Наконец, требуется дополнительная работа в области апостериорного функционального анализа данных, чтобы рассмотреть возможность отсутствия или разброса пространственно-временных данных.

6 Заключение

В этой статье рассмотрены предпосылки развития МРТ как инструмента для визуализации человеческого мозга в утробе матери в 3D без седативных средств. Эти разработки начинают открывать новое окно в ранний рост человеческого мозга, которое до сих пор было недоступно для нейробиологов и клиницистов. Доступность трехмерных изображений с высоким разрешением растущих тканей мозга позволит нам изучить ключевые изменения в головном мозге, которые составляют основу структуры и функций мозга взрослого человека.Эти измерения включают точный пространственный и временной паттерн кортикального складывания и процесс, посредством которого уникальный паттерн складывания возникает у людей. Такие данные могут способствовать дальнейшему уточнению и подтверждению теорий сворачивания мозга (169–171). Измерения, выполненные in utero , дополняют гистологические исследования, которые обеспечивают понимание на клеточном уровне тканей, которые неспособны исследовать изменения и рост с течением времени или изучить трехмерную структурную изменчивость в больших популяциях.Важным новым направлением будущей работы будет построение более прочных мостов между внутриутробными измерениями и гистологией. Что касается методологии визуализации, двумя ключевыми направлениями новой работы являются разработка функциональной визуализации мозга плода и визуализация формирования трактов белого вещества на основе диффузионной визуализации. Вместе эти методы визуализации будут особенно важны для понимания процесса запуска нормальной функции мозга: то есть понимания обработки «загрузки программного обеспечения» функции мозга, которая должна произойти, когда базовое оборудование будет разработано.Понимание графика функционального развития и того, как оно соотносится со структурными изменениями у людей, станет новой интересной областью исследований, которая может принести новое понимание функции мозга взрослых и ее вариаций. Еще одно интересное направление — это привязка генетической информации к точным картам роста, чтобы детально понять, как гены модулируют структуру и порядок локального роста в макроскопическом масштабе. Лучшее знание пространственной и временной изменчивости этих событий в росте здорового мозга плода может позволить создать биомаркеры аномального развития коры головного мозга, которые могут иметь важное применение при плохо изученных состояниях, таких как вентрикуломегалия (78, 79).Что касается прямого клинического вмешательства, повышенный интерес к фетальной хирургии (172), обусловленный новыми минимально инвазивными методами (173), будет зависеть от доступности высококачественной визуализации как для диагностики, так и для планирования и руководства (174). В заключение, сочетание физики МРТ с компьютерным зрением и методами биомедицинского анализа изображений обещает значительно расширить наши представления о человеческом мозге и предоставить ряд новых мощных диагностических инструментов.

Исследование: Плоды предпочитают изображения, похожие на лица, даже в утробе

В матке темно, но не настолько.Человеческая плоть не полностью непрозрачна, поэтому через нее всегда будет проходить какое-то количество света. Это означает, что даже замкнутое пространство, такое как матка, может быть удивительно ярким. «Это похоже на комнату, где выключен свет и задернуты шторы, но на улице светло», — говорит Винсент Рид из Ланкастерского университета. «Этого света все еще достаточно, чтобы легко видеть».

Но что именно видят плоды? И как они реагируют на эти изображения? Чтобы выяснить это, Рид направил узоры из красных точек в утробу женщин в третьем триместре их беременности и наблюдал за младенцами с помощью ультразвука высокого разрешения.Глядя на то, как дети поворачиваются, Рид показал, что они предпочитают точки, расположенные в форме лица, точно так же, как это делают новорожденные.

«Это первый случай, когда кому-либо удалось передать изображение плоду», — говорит Рид. И, наконец, это позволит ученым изучать умственные способности людей на самой ранней стадии нашего развития — еще до того, как мы родимся.

На протяжении десятилетий ученые знали, что младенцы в третьем триместре могут воспринимать звуки и другие раздражители еще в утробе матери.Например, в 1980 году Энтони ДеКаспер и Уильям Файфер попросили беременных женщин читать Кот в шляпе своим зародышам снова и снова в течение последних 7 недель беременности. Как только малыши родились, ДеКаспер и Файфер дали им пустышки. Затем младенцы могли послушать запись Кот в шляпе или другой детский рассказ, сосая в разное время. И они сосали для кота.

«Люди показали, что плод может учиться, знает элементы языка и предпочитает собственный голос матери», — говорит Рид.Но в то время как такие исследования изучали слух, осязание, вкус и баланс, зрением причудливо пренебрегали. Группа исследователей изучали, как новорожденные видят мир, но большинство из них подозревали, что не было возможности провести аналогичные тесты до того, как дети действительно родятся.

«Это говорит нам о том, что плод не является пассивным процессором экологической информации. Это активный респондент ».

Рейд доказал обратное. Он и его коллеги по сути воспроизвели исследования, которые проводились с младенцами с 1960-х годов, показав, что они предпочитают смотреть на человеческие лица, а не на все другие виды изображений.Предпочтение настолько велико, что даже смутно похожее на лицо изображение привлечет их внимание — например, треугольник из точек с двумя вверху и одной внизу. Если вы проявите щедрость, вы можете возразить, что этот узор напоминает два глаза и рот. Но что еще более важно, у него есть многие черты, характерные для реальных лиц: он тяжелый, симметричный и высококонтрастный. Сходство настолько похоже, что младенцев привлекает этот узор больше, чем перевернутый, с двумя точками внизу и одной сверху.Итак, по мнению Рида, зародыши.

Сначала он и его коллеги создали математическую модель, которая предсказывала, как свет будет проходить через ткани матери и как разные изображения будут выглядеть для плода. Затем они использовали свою модель для калибровки двух изображений — вертикального треугольника из красных точек и перевернутого. Они направили эти узоры на живот 39 беременных женщин, а затем медленно отодвинули свет в сторону. А с помощью ультразвука они смогли увидеть, как плоды поворачивают голову.

Два изображения, на которых изображен плод, поворачивающий голову вслед за тремя красными точками. Кирсти Данн и Винсент Рид

Но они не всегда так поступали. Они более чем в два раза чаще отслеживали движение вертикального треугольника, напоминающего лицо, чем перевернутого — точно такую ​​же закономерность, что и у новорожденных. «Это говорит нам о том, что плод не является пассивным процессором экологической информации», — говорит Рид. «Это активный респондент».

Это также подтверждает, что предпочтение лиц не является результатом опыта, полученного после рождения.Некоторые ученые предположили, что младенцы оставляют отпечаток на первых вещах, которые они видят — обычно на лице матери — так же, как это делают птенцы или утята. Эту идею очень сложно проверить: если импринтинг случается и важен, было бы неэтично лишать ребенка этого стимула. «Но это исследование исключает это», — говорит Рид. Предпочтение уже существует in utero .

«Я бы определенно отговорил людей светить на плод».

Между 20 и 24 неделями беременности плод стоит в утробе матери, а его веки не сращиваются.Затем он может видеть, и то, что он видит, зависит от того, как свет изгибается, искажается или блокируется телом матери на его пути в матку. Возможно, предполагает Рид, эти световые узоры могут влиять на развитие глаза и мозга плода, делая верхнюю половину поля зрения более чувствительной. Это создало бы уклон в сторону тяжелых фигур, похожих на лица.

«Это всего лишь предположение», — признает он, но которое он, наконец, может проверить. Его команда сейчас проверяет, есть ли у плода другие детские предрассудки, такие как любовь к биологическому движению — движения, которые напоминают движения живых существ.Он также хочет знать, обладают ли они чувством числа, и может ли различать различное количество точек. «Если мы сможем доказать, что это так, то мы будем говорить о познании плода , что представляет собой совершенно новую игру для науки о развитии», — говорит он.

«Это важное исследование, потому что по сравнению с другими органами чувств мы очень мало знаем о развитии зрительной системы до рождения», — говорит Элизабет Симпсон, детский психолог из Университета Майами, не участвовавшая в новом исследовании. .Она предполагает, что методы Рейда можно использовать для обнаружения катаракты и других проблем со зрением еще до рождения ребенка, что позволит врачам исправить такие проблемы как можно раньше. «Мы также могли бы проверить, имитируют ли они выражение лица, например высунут язык, как это делают новорожденные», — говорит она. «И мы также можем оценить, интегрируют ли зародыши, такие как новорожденные, информацию от нескольких органов чувств — дольше ли они смотрят на совпадающие аудиовизуальные стимулы, чем на несовпадающие».

Но Симпсон советует проявлять осторожность.