青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者顱頸交界區(qū)腦脊液動(dòng)力學(xué)研究

孫 瑤，解京明，王迎松，張 穎，趙 智，李 韜

特發(fā)性脊柱側(cè)凸多發(fā)于青少年，以脊柱側(cè)凸及旋轉(zhuǎn)畸形為主要特征，但無任何先天性脊柱異常，神經(jīng)肌肉或骨骼疾病，初診年齡常＜18歲，故將該年齡段發(fā)病特稱為青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸(adolescent idiopathic scoliosis，AIS)，并以女童多見，但目前病因不明。有文獻(xiàn)顯示神經(jīng)系統(tǒng)和骨骼系統(tǒng)生長(zhǎng)發(fā)育不平衡，及其導(dǎo)致的脊髓張力過高可能是AIS發(fā)病機(jī)制之一［1］。本研究采用常規(guī)及相位對(duì)比法核磁共振技術(shù)對(duì)比AIS患者和正常人在枕骨大孔水平腦脊液(cerebrospinal fluid，CSF)動(dòng)力學(xué)特征，并測(cè)量小腦扁桃體位置與枕骨大孔間的關(guān)系及枕骨大孔前后徑，對(duì)枕骨大孔區(qū)腦脊液流動(dòng)變化與小腦扁桃體位置及枕骨大孔前后徑關(guān)系進(jìn)行相關(guān)性分析，以期初步探討腦脊液動(dòng)力學(xué)改變與AIS的關(guān)系。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

選取2010年3月～2011年8月本院手術(shù)治療的AIS患者32例作為側(cè)凸組，年齡12～18歲(平均14.5歲);男8例，女24例。其中主彎為胸彎的22例(68.8%)，腰彎8 例(25.0%)，胸腰彎2 例(6.2%)，主彎Cobb角平均為49°(38°～80°)。對(duì)照組選取本地中學(xué)招募相同年齡段正常青少年30名，年齡13～18歲(平均14.9歲);男7例，女23例，所有對(duì)照組成員由脊柱外科醫(yī)師行體格檢查側(cè)凸，臨床神經(jīng)系統(tǒng)檢查及MRI檢查脊柱、脊髓均無異常。2組在年齡、性別構(gòu)成等方面組間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。

1.2 MRI掃描

1.2.1 常規(guī)MRI掃描定位

采用1.5T超導(dǎo)核磁共振成像儀SONATA(德國(guó)西門子公司)，首先對(duì)側(cè)凸組及正常對(duì)照組進(jìn)行常規(guī)頸部MRI檢查;部分患者加用快速液體衰減反轉(zhuǎn)回復(fù)序列。然后從正中矢狀位圖像中選擇清晰顯示枕骨大孔、頸椎的圖像，取軸位的枕骨大孔水平進(jìn)行CSF流動(dòng)測(cè)定。

1.2.2 PC-cine MRI掃描

在同步心電門控下進(jìn)行PC-cine MRI掃描，頸椎正中矢狀位圖像用于觀察頸段CSF流動(dòng)的動(dòng)態(tài)變化，在枕骨大孔區(qū)層面:軸位掃描線選擇在經(jīng)枕骨大孔骨性前后緣，在1個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)采集32～48幅圖像，會(huì)得到不同時(shí)相、不同信號(hào)的CSF流動(dòng)圖。本實(shí)驗(yàn)中低信號(hào)代表足向運(yùn)動(dòng)，為負(fù)值;高信號(hào)代表頭向運(yùn)動(dòng)，為正值。信號(hào)強(qiáng)度代表流速，以連續(xù)2次P波的間隔為1次CSF循環(huán)(見圖1)。

圖1 枕骨大孔平面PC-cine MRI掃描Fig.1 Foramen magnum level PC-cine MRI scanning

1.3 CSF 流動(dòng)分析

使用Argus流動(dòng)分析軟件，在枕骨大孔軸位層面于腹側(cè)(腹側(cè)面積較大)選取感興趣區(qū)(region of interesting，ROI)，測(cè)量1次CSF循環(huán)持續(xù)時(shí)間(與心率相關(guān))，CSF從頭端流向尾端即向下(down flow，DF)時(shí)相的持續(xù)時(shí)間、從尾端流向頭端即向上(up flow，UF)時(shí)相的持續(xù)時(shí)間，并分別計(jì)算其在1次CSF循環(huán)時(shí)間內(nèi)所占百分比:DF比率(DF/1次循環(huán)的時(shí)間)、UF比率(UF/1次循環(huán)的時(shí)間)。測(cè)量DF流動(dòng)的起始時(shí)間(down flow start point，DS)在1次CSF循環(huán)時(shí)間內(nèi)的比率，即DS比率;測(cè)量靜止期(stationary phase，SP)在1次CSF循環(huán)時(shí)間內(nèi)的比率，即SP比率。同時(shí)測(cè)量并計(jì)算CSF向下流動(dòng)的最大流速(VDmax)、向上流動(dòng)的最大流速(VUmax);繪制最大流速/時(shí)間曲線(見圖2)。

圖2 2組枕骨大孔區(qū)的峰值流速/時(shí)間曲線Fig.2 Foramen magnum region of the peak velocity/time curve in 2 groups

1.4 小腦扁桃體位置與枕骨大孔前后徑測(cè)定

根據(jù)Aboulezz等［2］的方法在正中矢狀面圖像上測(cè)量小腦扁桃體與枕骨大孔連線(BO線)的相對(duì)距離及枕骨大孔前后徑(見圖3)。小腦扁桃體位于BO線上方為正值，位于下方則為負(fù)值，并將小腦扁桃體位置與腦脊液動(dòng)力學(xué)指標(biāo)及枕骨大孔前后徑行相關(guān)性分析。

圖3 小腦扁桃體相對(duì)BO線的位置Fig.3 Cerebellar tonsil relative BO line position

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié) 果

2.1 枕骨大孔處腦脊液動(dòng)力學(xué)

通過軸位層面的定量測(cè)量顯示，在枕骨大孔平面，側(cè)凸組與常對(duì)照組相比，UF比率、VDmax及VUmax等指標(biāo)組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05);但側(cè)凸組DS比率及SP比率明顯增高，組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01);DF比率明顯降低，組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。具體結(jié)果見表1。

表1 脊柱側(cè)凸組與對(duì)照組PC-cine MRI結(jié)果比較Tab.1 Comparison of PC-cine MRI results between scoliosis group and control group

2.2 小腦扁桃體相對(duì)BO線的位置

30例正常對(duì)照者小腦扁桃體最低點(diǎn)均位于BO線以上，平均3.1 mm;側(cè)凸組患者中則有18例(56.3%)小腦扁桃體最低點(diǎn)位于BO線以下，平均-3.2 mm，14例(43.7%)小腦扁桃體最低點(diǎn)位于BO線以上，平均1.2 mm。側(cè)凸組小腦扁桃體最低點(diǎn)相對(duì)BO線位置與DS比率及SP比率呈負(fù)相關(guān)(r=-0.943，P＜0.01;r=-0.893，P＜0.01)，與 DF 比率呈正相關(guān)(r=0.912，P＜0.01)，與 UF 比率、VDmax及 VUmax等指標(biāo)腦脊液動(dòng)力學(xué)指標(biāo)無相關(guān)性。

2.3 枕骨大孔前后徑

正中矢狀面圖像上測(cè)量側(cè)凸組枕骨大孔前后徑為(37.6 ±4.5)mm，對(duì)照組為(31.8 ±3.7)mm，側(cè)凸組相比對(duì)照組，枕骨大孔前后徑明顯增大，組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=2.109，P＜0.05)，且側(cè)凸組枕骨大孔前后徑與小腦扁桃體最低點(diǎn)位置呈負(fù)相關(guān)(r=-0.937，P＜0.01)，即枕骨大孔前后徑越長(zhǎng)則小腦扁桃體最低點(diǎn)位置越低。

3 討 論

近年來，AIS的病因?qū)W研究已引起廣泛關(guān)注，但目前病因仍不明確。在二十世紀(jì)七十年代，Roth［3］就曾提出脊柱脊髓不平衡生長(zhǎng)可能會(huì)是脊柱側(cè)凸發(fā)生的一個(gè)原因。此后Porter［4］也指出該不平衡可以被代償性的脊柱骨性側(cè)凸弧度所緩解。近年來，Guo等［5］對(duì)AIS患者的研究表明，其脊柱前柱表現(xiàn)了相對(duì)過快生長(zhǎng)的特點(diǎn)。Chu等［6］在嚴(yán)重的AIS患者群體中發(fā)現(xiàn)脊髓的長(zhǎng)度與脊柱的長(zhǎng)度相比有顯著地減小，提示此類患者骨性結(jié)構(gòu)和神經(jīng)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)不匹配，并推測(cè)不匹配生長(zhǎng)可能是側(cè)凸發(fā)生的一個(gè)原因;同時(shí)還觀察到了AIS患者有低位小腦扁桃體傾向。從而顯示脊柱脊髓生長(zhǎng)發(fā)育不平衡，及其導(dǎo)致的脊髓張力過高可能是AIS發(fā)病機(jī)制之一。

基于特發(fā)性脊柱側(cè)凸脊柱脊髓發(fā)育不平衡理論，加之脊髓在發(fā)育過程中遠(yuǎn)端被終絲牽拉固定，圓錐不能再移動(dòng)，導(dǎo)致脊髓所受牽張力增大，勢(shì)必促使小腦扁桃體下移以適應(yīng)增大的應(yīng)力。亦有學(xué)者提出Chiari畸形Ⅰ型中患者小腦扁桃體低位導(dǎo)致腦脊液流動(dòng)相對(duì)梗阻理論，并以PC-cine MRI掃描法及CSF流動(dòng)分析證實(shí)［7-9］，加之Chiari畸形患者為側(cè)凸高發(fā)，由此說明受脊髓牽拉的小腦扁桃體下移至顱頸交界區(qū)，影響該部位腦脊液正常流動(dòng)。為進(jìn)一步證實(shí)該理論是否與AIS的發(fā)生機(jī)制相同或相近，本研究應(yīng)用PC-cine MRI掃描技術(shù)及Argus流動(dòng)分析軟件對(duì)AIS顱頸交界區(qū)腦脊液動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究。

本研究中，側(cè)凸組相比對(duì)照組，枕骨大孔區(qū)腦脊液DS比率及SP比率明顯增高，DF比率明顯降低，說明側(cè)凸組相比對(duì)照組顱頸交界區(qū)腦脊液存在異常。同時(shí)，側(cè)凸組中有18例(56.3%)患者小腦扁桃體最低點(diǎn)位于枕骨大孔連線(BO線)以下，且側(cè)凸組小腦扁桃體最低點(diǎn)相對(duì)BO線位置與DS比率、SP比率及DF比率有相關(guān)性。由此表明AIS顱頸交界區(qū)腦脊液動(dòng)力學(xué)改變與患者小腦扁桃體位置下移存在顯著聯(lián)系，這也與Chiari畸形I型腦脊液動(dòng)力學(xué)的研究結(jié)果相同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果中UF比率、VDmax及VUmax等腦脊液動(dòng)力學(xué)指標(biāo)在2組比較中差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，一部分原因可能是樣本偏小，但AIS患者中枕骨大孔前后徑增大可能代償顱頸交界區(qū)腦脊液動(dòng)力學(xué)改變或許也是重要原因。

正常人腦脊液循環(huán)呈類似正弦波型，自上而下在心動(dòng)周期中的向下流動(dòng)起點(diǎn)逐漸后移，也說明腦脊液向下流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力由顱頸交界區(qū)逐漸傳導(dǎo)至頸、胸及腰段脊柱椎管內(nèi)。當(dāng)脊髓發(fā)育過程中因脊柱脊髓生長(zhǎng)不平衡而受牽拉，導(dǎo)致小腦扁桃體下降至顱頸交界區(qū)，則必然影響腦脊液正常循環(huán)。文獻(xiàn)［10-11］報(bào)道，AIS患者中小腦扁桃體位置越低，則枕骨大孔越大，考慮與代償有關(guān)。枕骨大孔是與后顱窩相連的孔狀結(jié)構(gòu)，為顱頸交界區(qū)“重要門戶”，當(dāng)AIS患者該區(qū)域腦脊液動(dòng)力學(xué)發(fā)生改變時(shí)，為適應(yīng)脊髓牽拉所造成的低位小腦扁桃體而發(fā)生的繼發(fā)改變，枕骨大孔前后徑只有增大以代償這種改變。本研究中側(cè)凸組相比對(duì)照組枕骨大孔前后徑明顯增大，且枕骨大孔前后徑的增大與小腦扁桃體下移程度具有相關(guān)性，這也從另一個(gè)側(cè)面證實(shí)了上述觀點(diǎn)。但另一方面?zhèn)韧菇MDF比率在時(shí)相上降低，向下流動(dòng)的起始時(shí)間延遲;DS比率及SP比率明顯增高，表明CSF循環(huán)在顱頸交界區(qū)依舊存在流動(dòng)通道狹窄或部分梗阻情況，由顱內(nèi)向椎管內(nèi)的流動(dòng)受限依然明顯，說明代償性地枕骨大孔增大并沒有完全緩解CSF循環(huán)異常，從而誘發(fā)在生長(zhǎng)發(fā)育過程中脊柱骨性結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)性改變，即脊柱側(cè)凸。

總之，AIS患者存在顱頸交界區(qū)腦脊液動(dòng)力學(xué)改變，這種改變有可能由脊柱脊髓生長(zhǎng)不平衡導(dǎo)致脊髓牽拉、小腦扁桃體下移所致。雖然枕骨大孔發(fā)生增大以適應(yīng)腦脊液動(dòng)力學(xué)改變，但仍不足以完全代償，從而誘發(fā)脊柱骨性結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)發(fā)育中代償性側(cè)凸。對(duì)于脊柱骨性結(jié)構(gòu)如何代償性側(cè)凸來適應(yīng)腦脊液動(dòng)力學(xué)改變?nèi)圆坏枚写M(jìn)一步研究證實(shí)。

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