應用磁共振相襯技術對ChiariⅠ型畸形合并脊髓空洞癥的腦脊液動力學研究

張 鵬，鄭紅緒，張少軍，韓 易

腦脊液由側腦室的脈絡叢不斷產生，并通過腦室系統及蛛網膜下腔形成一個動態的、具有復雜的轉運及吸收機制的循環過程。近年來，磁共振相襯成像(phase-contrast magnetic resonance imaging,PC-MRI)作為一項新興非侵入性檢查在腦脊液流動評價中有所應用，推動了腦脊液循環的病理生理學研究，并拓寬了對其流動機制的認識[1]。ChiariⅠ型畸形(Chiari malformation type Ⅰ,CMⅠ)是一組臨床表現與枕骨大孔區腦脊液循環受阻嚴重程度密切相關的疾病，其中50%～70%病人合并脊髓空洞癥[2]。后顱窩減壓是其主要治療方式，有研究[3]表明病人顱頸區腦脊液的雙向流動與正常人對比具有較大差異，其術后臨床癥狀的緩解與腦脊液循環的改善及枕大池擴大密切相關。本研究通過比較健康志愿者及CMⅠ伴脊髓空洞癥病人手術前后腦脊液流動特點，并結合芝加哥Chiari畸形預后量表(Chicago Chiari outcome scale,CCOS)進一步分析PC-MRI技術在其臨床診斷治療和預后評估中的應用價值。現作報道。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2018年9月至2019年10月入住我科的CMⅠ伴脊髓空洞癥病人17例，均行后顱窩手術減壓。其中男6例，女11例，年齡41～66歲，手術前和術后12個月均行PC-MRI檢查。納入標準：CMⅠ診斷明確，頭痛加重、癥狀影響日常生活且伴隨脊髓空洞癥存在，滿足手術減壓指征。排除伴有腦積水、心律不齊以及既往有CMⅠ手術減壓史病人。所有病人均進行術前病史、體檢、顱腦和脊髓的常規磁共振及仰臥位顱頸交界區的磁共振電影成像檢查。同期招募正常志愿者16名作為對照組，男8名，女8名，年齡40～70歲。所有檢查均獲取被檢者知情同意且通過機構倫理委員會審批。

1.2 PC-MRI檢查 針對病人分別于術前4～8 d及減壓后12個月行PC-MRI檢查，對照組中每個志愿者僅接受一次PC-MRI檢查。應用飛利浦MR Intera 3.0T設備進行掃描，被檢者安靜休息后呼吸、心率及脈搏平穩時，以后顱窩及顱頸交界區為中心，仰臥位應用快速自旋回波序列(CSF_DRIVE)對其進行T2W1成像作為參照定位，掃描參數如下：TR/TE 1 600/200 ms，視野230 mm×230 ms，矩陣420×393，層厚1 mm。于指脈門控下再行矢狀位PC-MRI序列掃描觀測腦脊液動態變化，掃描參數：TR/TE 21/7.8 ms(視病人心率對TR進行微調)，視野250 mm×226 mm，矩陣248×172，層厚4 mm，翻轉角度10°，編碼方向為由頭至足，主要針對中腦導水管中央段、第四腦室出口段及第二頸椎水平進行掃描，編碼流速分別設定為10 cm/s、5 cm/s、15 cm/s。在相襯圖像中，高信號表示腦脊液的足向運動，而低信號表示頭向腦脊液流動，信號強度代表腦脊液的流動速度(見圖1)，經Extended MR WorkSpace R2.6.3.1中MRV Qflow軟件由神經放射科醫師對感興趣區(region of interest,ROI)進行勾畫，生成相應區域的腦脊液流速、流量等資料，主要進行分析記錄的數據包括中腦導水管中央段腦脊液凈流量、一個心動周期內腦脊液流經ROI的總流量(沖程流量)、收縮期峰流速、舒張期峰流速、腦脊液流速到達收縮期峰值時間所占一個完整心動周期時間的比值(時間比)，以及第四腦室出口段、第二頸椎水平腹側腦脊液收縮期及舒張期峰流速。

1.3 統計學方法 采用t(或t′)檢驗。

2 結果

2.1 2組受試者腦脊液流動各項參數比較 CMⅠ組病人中腦導水管中央段腦脊液凈流量和沖程流量均明顯低于對照組(P<0.01)，此處收縮期腦脊液流速到達最大值時間較對照組明顯延遲(P<0.01)，三處腦脊液收縮期及舒張期峰值流速均高于對照組(P<0.05～P<0.01)(見表1)。

表1 CMⅠ組與對照組腦脊液流動參數比較

2.2 CMⅠ病人手術前后腦脊液流動各項參數比較 PC-MRI提示，CMⅠ病人術后中腦導水管處腦脊液凈流量及沖程流量均較術前明顯上升(P<0.01)，導水管處腦脊液到達處收縮期峰值時間明顯縮短(P<0.01)，且各處腦脊液收縮期及舒張期最大流速較術前明顯降低(P<0.01)(見表2)。

表2 CMⅠ病人手術前后腦脊液流動各項參數比較

2.3 不同預后病人腦脊液流動各項參數比較 根據CCOS評分對CMⅠ病人預后進行評估，以10分為分界點[4]將病人分為預后較好組(CCOS評分>10分)12例和預后較差組(CCOS≤10分)5例。預后較好病人中腦導水管中段腦脊液術后凈流量及沖程流量較術前增加量均明顯高于預后較差者(P<0.01)，此處腦脊液到達收縮期峰值時間也較預后較差者明顯縮短(P<0.01)，中腦導水管中段、第二頸椎腹側腦脊液收縮期及舒張期峰流速均明顯低于預后較差者(P<0.05～P<0.01)，而2組四腦室出口段腦脊液峰流速差異無統計學意義(P>0.05)(見表3)。

表3 不同預后病人腦脊液流動各項參數比較

3 討論

PC-MRI作為一項新興技術，可通過對腦脊液運動速度及方向進行測量分析，實現對其流動特點的定量研究。檢查與測量中的影響因素眾多，包括編碼速度的差異，測量層面的選擇，不同測量者對ROI的繪制誤差，受檢者的腦組織順應性及其呼吸、血壓、心率的影響。為保證穩定性，對于能夠配合的人，在安靜休息后，平靜呼吸狀態下完成掃描，不能配合者則先予以藥物鎮靜再進行掃描。針對ROI的繪制，在幅度圖像的選擇上應注意流出道中腦脊液與周圍組織的對比度和腦脊液流出信號強度，找出最佳截斷面，繪制ROI面積時應盡量貼近流出道管腔壁，同時需避免過度緊靠引起誤差。由于ROI面積對流量具有較大影響，而對于第四腦室下端，第二頸椎腹側的ROI面積繪制存在較大差異，因此本研究中未對第四腦室下端及第二頸椎腹側水平腦脊液流量進行定量分析。流速編碼是磁共振電影檢查的一個關鍵參數，它直接限制了最大編碼速度，預設值偏低會引起信號混雜，導致測量結果不準確，而速度編碼過高會導致從流動中獲取的信號和信噪比降低，因此，預設的編碼速度通常應略高于被研究流體的真實流速，采取犧牲小部分的信噪比來保證測量結果的準確性。研究[5]發現，正常人枕骨大孔區腦脊液平均峰流速約為3.6 cm/s，有研究[1]建議在枕骨大孔區腦脊液的速度編碼值設定為10 cm/s，腦脊液通過中腦導水管的速度編碼值設定為8 cm/s，在某些病理條件下，如中導水管狹窄時，由于狹窄區流速較高，則需要選擇高于一般情況下的流速編碼值。國內報道[6]研究正常人C2～3椎間盤水平腦脊液流動特點，建議針對頸椎椎管內腦脊液流速的測量，編碼流速設置在15～20 cm/s最為適宜。本研究中，中腦導水管中央段、第四腦室出口段及第二頸椎水平進行掃描，編碼流速分別設定為10、5、15 cm/s。

對于CMⅠ病人，腦脊液動力學監測可為其病理生理、發病機制的探索提供更直觀的證據，其腦脊液在顱頸區仍呈雙向性流動，但具有較大的差異，且前后流動不均衡，而由于該區域腦脊液流出道狹窄引起的管道效應使得腦脊液平均峰流速明顯高于正常人，但仍難以代償受擠壓縮窄的橫截面積，因此腦脊液的流出量依舊是降低的[7]。對于癥狀嚴重的病人，枕下開顱減壓可有效改善腦脊液循環并阻止病情進展，相襯磁共振成像的應用通常也作為評估CMⅠ病人手術效果的手段之一[8]。QUON等[3]通過對比研究18例CMⅠ病人術前術后腦脊液動力學變化，發現臨床癥狀的緩解與枕大池的擴大以及腦脊液循環改善具有相關性。對于伴有脊髓空洞癥的病人，最常見于C2～3、C3～4椎間盤處。LINGE等[9]研究推測其引起脊髓空洞的主要原因在于該頸椎間盤水平腦脊液壓力梯度相差最大。陸笑非等[10]通過探索30例CMⅠ伴脊髓空洞癥的病人枕大池成形手術前后腦脊液動力學改變，發現解除小腦扁桃體對硬膜的壓迫后，不僅臨床癥狀得到改善，脊髓空洞明顯變小，且腦脊液流速較術前明顯降低且流量增加，特別是C2～3水平。據此推斷，枕骨大孔區的不完全阻塞是脊髓空洞形成的重要病因。在本次研究中，病人腦脊液在中腦導水管中央段、四腦室出口段及第二頸椎腹側的流動總體呈雙向性，四腦室處腦脊液流動復雜多變，推測可能與湍流形成有關，測得各處平均峰流速均明顯高于正常志愿者，且腦脊液流出量降低，術后病人的腦脊液流速及流量較術前存在明顯改善，在之后的隨訪中，將預后結局不同的病人根據CCOS評分進行分組后發現，12例CCOS評分較高的病人術后癥狀明顯改善，脊髓空洞也同樣較術前縮小，5例評分較低者仍存在頭痛、感覺障礙等癥狀，脊髓空洞改變均不明顯，而PC-MRI檢查中，預后較好的病人其術后及術前的腦脊液流量差值總體較預后不佳的病人明顯高，且中腦導水管中央段、第二頸椎腹側腦脊液峰流速也較后者有著更為顯著的改善，這與CCOS評分結果具有一致性，進一步證實了腦脊液動力學的改善與臨床結局具有很強的相關性，可與CCOS評分協同評估病人預后。但對于四腦室出口處腦脊液流動，預后不同的病人并無明顯差異，這可能受限于研究中隨訪的病例數量，有待多診療中心大數據進一步驗證。

腦脊液循環是一個動態的且具有復雜的轉運及吸收機制的過程，依然是目前研究的熱點主題，PC-MRI的應用對CMⅠ的疾病特點、診斷治療及預后評估具有開創性意義，且隨著三維相襯技術的出現，可顯示出腦脊液多方向的運動，具有更高的空間分辨率，存在巨大的潛在應用價值，在經過大量研究反復驗證之后，必將進一步推動腦脊液循環動力學研究，在臨床上為病人制定最佳的診療方案提供可靠依據。