染色体异常又叫染色体疾病，包括数量异常（染色体数目缺失或增多）和结果异常（易位倒位、插入、重复和环状等），由于染色体上存在成千上万的基因，因此染色体异常严重影响遗传物质的传递，导致流产或新生儿夭折，得以存活的新生儿也往往存在出生缺陷、生长缓慢或功能异常，包括轻度至重度智力残疾、不孕不育或短寿。
平均每150例活产分娩中约存在1例染色体异常，常染色体疾病中三体是最常见的染色体异常，而最常见的性染色体异常是克氏综合征（47，XXY），患病率为1/500。而唯一存活的单体为唐氏综合征（45，X）。唐氏综合征是最常见的先天性智力障碍，占活产新生儿的1/6000 。5%的唐氏综合征源于21号染色体的不分离，其他可源于染色体易位或染色体嵌合体。此病主要特征是特殊面貌、学习障碍、先天性心脏缺损（如房室间隔缺损）、肠闭锁、癫痫、儿童白血病，以及早期阿尔茨海默病。孕期约有43%发生流产或死胎，而发达国家的此类患者中位生存期高达60岁。
染色体异常的风险因素有母亲高龄、父母存在染色体疾病家族史、既往生育过畸形胎儿、超声异常发现和筛查试验阳性。既往分娩过畸形胎儿或染色体异常胎儿的孕妇，再发风险增加。尽管高龄是风险因素，所有孕妇孕早期都应行染色体筛查。
介于38～45mm和84mm之间时（一般在10～13+6 周）行早期筛查，项目包括颈项透明层厚度（NT）、血清游离β-hCG或hCG总量和妊娠相关血浆蛋白A（PAPP-A的水平，结合母体年龄、既往史和体重、胎儿数量计算风险值。NT超过3mm或超过头臀径的99%百分位数通常认为是异常的。NT检查对于超声医师的精确度要求较高，因为即使 0.5mm误差，试验灵敏度就下降18%。主要优点是与孕中期相比，其唐氏综合征的检出率稍高，便于早期诊断胎儿及胎盘疾病，但是不利于诊断腹壁缺损等开放性畸形。因此需要行孕中期超声筛查排除结构畸形。
通过检测血清hCG、AFP、和游离雌三醇来估计风险，与四联筛查和孕早期的筛查相比，对于21三体的筛查敏感性较低。
通常在15～22+6周开展，具体取决于各医院科室的检验条件。这项检测不需要超声检查胎儿NT。最佳筛查时间为16～18周，便于筛查胎儿神经管缺陷。项目包括四项血清学指标：
除了以上四项以外还包括糖基化hCG（又名侵袭性滋养细胞抗原），尚无对照研究证实此项检查的准确性，因此尚未得到推广应用。
逐步序贯筛查是指孕早期检测颈项透明层厚度，中期行四联筛查。早筛若为阳性，推荐患者行基因诊断或无创基因检测，早筛若为阴性，告知孕妇在孕中期行四联筛查，序贯筛查的检出率为91%～93%。
独立筛查是指根据早期筛查结果筛选低危、中危、高危人群，高危人群行无创或绒毛活检，低危者不建议行进一步检查。仅中危人群行孕中期筛查。
尽管13体和18体综合征的患儿存在较明显的结构异常，但是超声影像通常是模糊的。孕中期的遗传超声学通过软指标筛查唐氏综合征，包括心脏畸形（如室间隔缺损、四联征和房室隔缺损），而孕晚期可发现十二指肠闭锁，然而这些特征是非特异性物理属性指标。提示染色体异常高风险而单纯的心腔内点状强回声（intracardiac echogenic focus，IEF）发生染色体异常的风险较低。若超声提示脉络丛囊肿或心内强回声灶，对于未行筛查者建议行筛查。若出现孤立肾、肾盂扩张、肠回声增强或肱骨、股骨缩短，建议行超声随访。但由于母体BMI和胎儿数目、超声质量及检查者经验皆影响检查结果，目前尚无标准化的测量值。
无创产前基因检测通过母体外周血获得胎儿游离短DNA片段筛查胎儿疾病。胎儿来源的细胞通过胎盘进入母体外周血，在洗脱细胞后，胎儿DNA成分占3%～13%，并且数量随着孕周增加而增多，产后几小时即从母体清除。该方法还可用于检测胎儿性别、筛查Rh阴性孕妇的Rh阳性胎儿及父系来源的常染色体显性遗传病。自孕10周至足月，皆可行此项检查，对于唐氏综合征检出率高达98%。一项针对109例阳性样本的研究显示，无创产前基因检测对于唐氏综合征的阳性预测值为93%，18三体为64%，13三体为44%，性染色体异常为39%。胎盘嵌合体、纸样胎儿、母体恶性肿瘤或母亲患有染色体异常可影响检测结果。
怀孕11～13周，孕妇血浆中胎儿DNA 比例约10%。孕周不足10周、母体肥胖或胎儿存在染色体异常会降低母体外周血中胎儿成分比例，不足4%时通常无法检测，被认为采样无效。一项针对1000例样本的分析显示，8%的样本未检测到胎儿成分，其中20%确诊染色体异常。因此，无创产前基因检测未能回报结果者需要再次行无创产前基因检测或直接改行产前诊断并加强后期超声随访，但是前者容易导致诊断延迟，影响妊娠决策。目前的无创产前基因检测数据主要来源于高危人群，对于普通孕妇而言，此项检查的阳性预测值降低。
无创产前基因检测适用于常见的三种染色体异常异常的检测（13、18、21）和胎儿性别鉴定，但是不适用于诊断其他染色体异常。目前尚在实验阶段的是16和22三体。基因微缺失一般常用的细胞遗传学方法难以诊断，使用无创产前基因检测基因微缺失尚在实验室实施未在临床得到验证。想要确诊是否胎儿存在微缺失需要行羊水穿刺或绒毛活检取样。另外，无创产前基因检测不能预测胎儿开放性缺陷的风险，因此需要进一步行超声或母体血清甲胎蛋白（MSAFP）筛查协助诊断。
对于无创产前基因检测阴性者，仍有2%漏诊的患儿，这点需要和孕妇说明。若无创产前基因检测产前基因检测结果阳性，不可直接终止妊娠，必须进一步行产前诊断确诊。大部分筛查阳性的孕妇选择无创产前基因检测产前基因检测检测而不是羊穿，但是这样的话，即使的确存在染色体异常，也无法区分染色体源于易位还是不分离导致的，因此无法评估再发风险。
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