胎儿神经系统异常是常见而严重的先天性异常，在活产儿中其发生率是1.4‰～1.6‰，在死产儿中发生率达3%～6%。在可见的神经系统异常中，产前超声检查可以显示大约92.8%的结构异常，是神经系统异常的重要检查方法。
一、脑的发生及发育
（一）第3～4周（胚胎龄，下同）
人类的神经管头端神经孔又称前神经孔在受精后24天封闭，尾端的神经孔又称后神经孔，在前神经孔封闭2～3天后也封闭；同时胚胎脑部出现前、中、后三个脑泡。中央管腔将来发育形成脑室系统和中央管，神经管壁经增厚、折叠发育形成脑和脊髓。在此过程中，前神经孔闭合失败可影响三个脑泡的分化与发育，但眼泡在神经管闭合之前发生。第4周末之前胚胎因某种原因受到损害影响前神经孔闭合，可形成无脑、露脑畸形，后神经孔闭合失败或异常可引起脊柱裂。因此，胚胎形成后的第3～4周是神经管发育及神经管缺陷（NTDs）形成的重要时期。
（二）第5周
脑泡发育、分化形成5个脑泡，前脑泡发育成端脑和间脑，端脑继续发育成两侧的大脑半球及其内部的侧脑室、纹状体、嗅球等；间脑继续发育成丘脑上部、丘脑、丘脑下部、松果体、乳头体及第三脑室等。中脑泡发育形成四叠体、红核与黑质及中脑水管等。后脑泡发育成后脑与延髓，并形成第4脑室，后脑继续发育形成脑桥、左右小脑半球及小脑蚓部。同时，面部的眼、鼻、口开始发育。因此，第5周末之前胚胎发育异常常引起中线结构发育异常，形成前脑无裂畸形、胼胝体发育不全等，并可伴有面部畸形等。
（三）第6周及以后
第6周以后神经系统各结构始基分化完成，随着妊娠的进展，各部位继续生长、发育，并逐渐出现功能，完成脑部的复杂发育过程。
二、脊柱的发生及发育
脊髓由神经管尾端神经管壁增厚发育形成。神经管壁细胞分化和增生，两侧出现基板和翼板，基板发展成前灰柱，翼板发展为背灰柱，神经管边缘层形成白质。神经管的后神经孔在受精后26天左右闭合；闭合可以始于多处，任何因素影响了神经管尾端闭合可引起一点、多点或整个脊柱闭合障碍引发脊柱裂；影响作用越早脊柱裂发生的部位就越高、越严重；闭合点可能有一定的性别差异，发生在腰部神经管缺损和额部脑膨出的男性多于女性，而颈部和胸部神经管缺损者女性多于男性。
脊柱软骨在第4周开始形成，第6周后出现初级骨化中心；在脊椎骨的椎体和两侧的椎弓根部内形成三个骨化中心，由胸腰椎交界处椎体内开始逐渐向头侧和尾侧发展。
三、胎儿脑部循环
（一）血液循环
胎儿颅内血液循环与成人脑一样，来自颈内动脉的血管在分出大脑前动脉后直接延续为大脑中动脉，双侧通过大脑前动脉之间的前交通支组成了前循环；双侧椎动脉汇合成基底动脉，在大脑半球的基底面分成2支大脑后动脉，形成了后循环。前后循环通过双侧的后交通支相连，前后循环共同构成了颅底动脉环，即Willis环（图1）。
图1脑动脉及Willis环示意图
TVU可以在停经8周时显示胚胎头端搏动性血流,在9周时可以确认大脑中动脉，11周以后即有可能显示Willis环。TAU在16～18周可以准确地辨认大脑中动脉血流并可显示舒张期血流（图2）。影响胎儿脑动脉血流的主要因素包括胎儿心率、呼吸运动、胎儿行为状态、血糖浓度、胎头受压、胎儿贫血、颅内发育异常等。
图2胎儿Willis环主要动脉分支显示
（二）脑脊液循环
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正常脑室系统相互连通，双侧脑室通过左右室间孔与第三脑室相连，中脑导水管连接第三脑室和第四脑室，第四脑室通过下方正中孔和双侧外侧孔与后颅窝池及蛛网膜下腔相通。脑脊液（CSF）充满在脑室、蛛网膜下腔和脊髓中央管内，无色透明，内含无机离子、葡萄糖、微量蛋白和少量淋巴细胞等，pH为7.4，对神经系统起缓冲、保护、运输代谢产物和调节颅内压等作用。CSF主要由脑室中的脉络丛产生，少部分由室管膜上皮和毛细血管产生，经室间孔至第三脑室，再经中脑水管至第四脑室，沿途汇集第三脑室脉络丛和第四脑室脉络丛产生的脑脊液，经第四脑室正中孔和两外侧孔流入蛛网膜下腔，然后沿蛛网膜下腔流向大脑背面，经蛛网膜颗粒渗入到硬脑膜窦内，再回流入血液中，部分可以经脑和脊髓组织、血管系统以及神经根等吸收进入血液循环（图3）。有可能后一种回吸收方式可能在胎儿和新生儿中更为重要。
图3脑室（A:灰色部分）及脑脊液循环（B:箭头）示意图
任何一个循环途径发生阻塞或产生过多，都会出现脑室内脑脊液的积聚、脑室扩张。
四、神经系统畸形相关病因
多种因素与神经系统结构异常有关。
（一）外源性
外源性因素包括化学性的，如某些药物、化学试剂、毒物等，以及环境性的，如感染、辐射等可以引起胎儿神经系统发育异常。有害因素对胚胎/胎儿损害的程度与有害因素作用的时间和强度、作用机制等密切相关，并且有可能与遗传因素共同发挥作用。胚胎的发生、分化活跃期也是各种有害因素影响的敏感期。因此，胚胎/胎儿对各种有害因素的敏感时期在胚胎形成的3～9周，其中可能形成明显形态学异常的是在胚胎第6周以前，但某些有害因素的影响可以延续整个胎儿期。胚胎期的有害因素常导致某些结构异常如无脑儿、脊柱裂、脑脊膜膨出等，胎儿期的影响主要表现为闭合性颅内结构的异常和功能异常。
在环境有害因素中，母-胎儿病毒感染可引起小头畸形、眼畸形（如小眼畸形、视网膜发育不良、青光眼、白内障）、脑内钙化、脑发育迟缓等；辐射可引起小头畸形和脑发育迟缓等。
有害药物和酒精的早期损害可见于脑发育异常和结构畸形，后期的影响主要为脑功能异常，常见的致畸药物如苯妥英钠、二丙戊酸等。
孕妇的某些疾病可以增加NTDs的发生，如胰岛素依赖性糖尿病等。
（二）遗传性
现有的遗传学研究资料认为神经系统发育异常，尤其是NTDs为多基因遗传，代谢相关基因、发育调节转录基因以及非整倍体等均可能引起神经系统发育异常。一组研究认为在NTDs中发现染色体异常的占6.19%，其中无脑儿中的染色体异常占3.45%，非无脑儿的NTDs染色体异常占8.41%；脑膨出占7.1%，脑脊膜脊髓膨出占10.2%。脑室扩张和脉络丛囊肿与21-三体有关，而13-三体与单纯性脊柱裂、前脑无裂畸形、胼胝体发育不良、18-三体与无脑儿与脑室扩张等关系更为密切。
伴有NTDs的综合征或序列征可见于泄殖腔外翻序列征、肢体-体壁综合征、OEIS (脐膨出、内脏外翻、肛门闭锁、脊柱畸)综合征、大脑-肋-下颌综合征、尾部退化综合征、羊膜带综合征、Waardenburg综合征和Curarino综合征等。
（三）孕妇年龄
不同类型NTDs孕妇的年龄有一定的差异，并且与父亲的年龄也有一定的关系：脊柱裂胎儿父母的平均年龄（分别为33.3岁、29.9岁）要大于无脑畸形胎儿父母的平均年龄（分别为31.4岁和27.6岁）。
（四）种族和区域因素
种族和区域与NTDs的发生率有一定的关系，英国和美国的发生率相对较高，日本发生率较低；国内统计为4.5/万。
（五）家族性
家族性高发也是NTDs的特点。在单纯性无脑畸形和脊柱裂畸形中，各约有5%的胎儿有家族性因素，但脑膨出相对少见。
（六）双胎妊娠
在已经报道的资料中，双胎妊娠的NTDs发生率明显增加，但在NTDs类型上有所不同。在美国以无脑儿多见，脑膨出次之，脊柱裂少见；在法国则以脊柱裂常见，其次是无脑儿，脑膨出少见。
五、神经系统伴发畸形
