應(yīng)用磁共振相襯技術(shù)對ChiariⅠ型畸形合并脊髓空洞癥的腦脊液動力學(xué)研究

張 鵬，鄭紅緒，張少軍，韓 易

腦脊液由側(cè)腦室的脈絡(luò)叢不斷產(chǎn)生，并通過腦室系統(tǒng)及蛛網(wǎng)膜下腔形成一個動態(tài)的、具有復(fù)雜的轉(zhuǎn)運(yùn)及吸收機(jī)制的循環(huán)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(yīng)用，推動了腦脊液循環(huán)的病理生理學(xué)研究，并拓寬了對其流動機(jī)制的認(rèn)識[1]。ChiariⅠ型畸形(Chiari malformation type Ⅰ,CMⅠ)是一組臨床表現(xiàn)與枕骨大孔區(qū)腦脊液循環(huán)受阻嚴(yán)重程度密切相關(guān)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(qū)腦脊液的雙向流動與正常人對比具有較大差異，其術(shù)后臨床癥狀的緩解與腦脊液循環(huán)的改善及枕大池擴(kuò)大密切相關(guān)。本研究通過比較健康志愿者及CMⅠ伴脊髓空洞癥病人手術(shù)前后腦脊液流動特點(diǎn)，并結(jié)合芝加哥Chiari畸形預(yù)后量表(Chicago Chiari outcome scale,CCOS)進(jìn)一步分析PC-MRI技術(shù)在其臨床診斷治療和預(yù)后評估中的應(yīng)用價值。現(xiàn)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(shù)減壓。其中男6例，女11例，年齡41～66歲，手術(shù)前和術(shù)后12個月均行PC-MRI檢查。納入標(biāo)準(zhǔn)：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(shù)減壓指征。排除伴有腦積水、心律不齊以及既往有CMⅠ手術(shù)減壓史病人。所有病人均進(jìn)行術(shù)前病史、體檢、顱腦和脊髓的常規(guī)磁共振及仰臥位顱頸交界區(qū)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(jī)構(gòu)倫理委員會審批。

1.2 PC-MRI檢查 針對病人分別于術(shù)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(yīng)用飛利浦MR Intera 3.0T設(shè)備進(jìn)行掃描，被檢者安靜休息后呼吸、心率及脈搏平穩(wěn)時，以后顱窩及顱頸交界區(qū)為中心，仰臥位應(yīng)用快速自旋回波序列(CSF_DRIVE)對其進(jìn)行T2W1成像作為參照定位，掃描參數(shù)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(tài)變化，掃描參數(shù)：TR/TE 21/7.8 ms(視病人心率對TR進(jìn)行微調(diào))，視野250 mm×226 mm，矩陣248×172，層厚4 mm，翻轉(zhuǎn)角度10°，編碼方向為由頭至足，主要針對中腦導(dǎo)水管中央段、第四腦室出口段及第二頸椎水平進(jìn)行掃描，編碼流速分別設(shè)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(yùn)動，而低信號表示頭向腦脊液流動，信號強(qiáng)度代表腦脊液的流動速度(見圖1)，經(jīng)Extended MR WorkSpace R2.6.3.1中MRV Qflow軟件由神經(jīng)放射科醫(yī)師對感興趣區(qū)(region of interest,ROI)進(jìn)行勾畫，生成相應(yīng)區(qū)域的腦脊液流速、流量等資料，主要進(jìn)行分析記錄的數(shù)據(jù)包括中腦導(dǎo)水管中央段腦脊液凈流量、一個心動周期內(nèi)腦脊液流經(jīng)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(dá)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(cè)腦脊液收縮期及舒張期峰流速。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法 采用t(或t′)檢驗。

2 結(jié)果

2.1 2組受試者腦脊液流動各項參數(shù)比較 CMⅠ組病人中腦導(dǎo)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(dá)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(shù)比較

2.2 CMⅠ病人手術(shù)前后腦脊液流動各項參數(shù)比較 PC-MRI提示，CMⅠ病人術(shù)后中腦導(dǎo)水管處腦脊液凈流量及沖程流量均較術(shù)前明顯上升(P<0.01)，導(dǎo)水管處腦脊液到達(dá)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(shù)前明顯降低(P<0.01)(見表2)。

表2 CMⅠ病人手術(shù)前后腦脊液流動各項參數(shù)比較

2.3 不同預(yù)后病人腦脊液流動各項參數(shù)比較 根據(jù)CCOS評分對CMⅠ病人預(yù)后進(jìn)行評估，以10分為分界點(diǎn)[4]將病人分為預(yù)后較好組(CCOS評分>10分)12例和預(yù)后較差組(CCOS≤10分)5例。預(yù)后較好病人中腦導(dǎo)水管中段腦脊液術(shù)后凈流量及沖程流量較術(shù)前增加量均明顯高于預(yù)后較差者(P<0.01)，此處腦脊液到達(dá)收縮期峰值時間也較預(yù)后較差者明顯縮短(P<0.01)，中腦導(dǎo)水管中段、第二頸椎腹側(cè)腦脊液收縮期及舒張期峰流速均明顯低于預(yù)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(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)(見表3)。

表3 不同預(yù)后病人腦脊液流動各項參數(shù)比較

3 討論

PC-MRI作為一項新興技術(shù)，可通過對腦脊液運(yùn)動速度及方向進(jìn)行測量分析，實(shí)現(xiàn)對其流動特點(diǎn)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(yīng)性及其呼吸、血壓、心率的影響。為保證穩(wěn)定性，對于能夠配合的人，在安靜休息后，平靜呼吸狀態(tài)下完成掃描，不能配合者則先予以藥物鎮(zhèn)靜再進(jìn)行掃描。針對ROI的繪制，在幅度圖像的選擇上應(yīng)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(qiáng)度，找出最佳截斷面，繪制ROI面積時應(yīng)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(cè)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(cè)水平腦脊液流量進(jìn)行定量分析。流速編碼是磁共振電影檢查的一個關(guān)鍵參數(shù)，它直接限制了最大編碼速度，預(yù)設(shè)值偏低會引起信號混雜，導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確，而速度編碼過高會導(dǎo)致從流動中獲取的信號和信噪比降低，因此，預(yù)設(shè)的編碼速度通常應(yīng)略高于被研究流體的真實(shí)流速，采取犧牲小部分的信噪比來保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。研究[5]發(fā)現(xiàn)，正常人枕骨大孔區(qū)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(qū)腦脊液的速度編碼值設(shè)定為10 cm/s，腦脊液通過中腦導(dǎo)水管的速度編碼值設(shè)定為8 cm/s，在某些病理條件下，如中導(dǎo)水管狹窄時，由于狹窄區(qū)流速較高，則需要選擇高于一般情況下的流速編碼值。國內(nèi)報道[6]研究正常人C2～3椎間盤水平腦脊液流動特點(diǎn)，建議針對頸椎椎管內(nèi)腦脊液流速的測量，編碼流速設(shè)置在15～20 cm/s最為適宜。本研究中，中腦導(dǎo)水管中央段、第四腦室出口段及第二頸椎水平進(jìn)行掃描，編碼流速分別設(shè)定為10、5、15 cm/s。

對于CMⅠ病人，腦脊液動力學(xué)監(jiān)測可為其病理生理、發(fā)病機(jī)制的探索提供更直觀的證據(jù)，其腦脊液在顱頸區(qū)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(qū)域腦脊液流出道狹窄引起的管道效應(yīng)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(yán)重的病人，枕下開顱減壓可有效改善腦脊液循環(huán)并阻止病情進(jìn)展，相襯磁共振成像的應(yīng)用通常也作為評估CMⅠ病人手術(shù)效果的手段之一[8]。QUON等[3]通過對比研究18例CMⅠ病人術(shù)前術(shù)后腦脊液動力學(xué)變化，發(fā)現(xiàn)臨床癥狀的緩解與枕大池的擴(kuò)大以及腦脊液循環(huán)改善具有相關(guān)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(shù)前后腦脊液動力學(xué)改變，發(fā)現(xiàn)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(shù)前明顯降低且流量增加，特別是C2～3水平。據(jù)此推斷，枕骨大孔區(qū)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(dǎo)水管中央段、四腦室出口段及第二頸椎腹側(cè)的流動總體呈雙向性，四腦室處腦脊液流動復(fù)雜多變，推測可能與湍流形成有關(guān)，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(shù)后病人的腦脊液流速及流量較術(shù)前存在明顯改善，在之后的隨訪中，將預(yù)后結(jié)局不同的病人根據(jù)CCOS評分進(jìn)行分組后發(fā)現(xiàn)，12例CCOS評分較高的病人術(shù)后癥狀明顯改善，脊髓空洞也同樣較術(shù)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(yù)后較好的病人其術(shù)后及術(shù)前的腦脊液流量差值總體較預(yù)后不佳的病人明顯高，且中腦導(dǎo)水管中央段、第二頸椎腹側(cè)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(jié)果具有一致性，進(jìn)一步證實(shí)了腦脊液動力學(xué)的改善與臨床結(jié)局具有很強(qiáng)的相關(guān)性，可與CCOS評分協(xié)同評估病人預(yù)后。但對于四腦室出口處腦脊液流動，預(yù)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(shù)量，有待多診療中心大數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗證。

腦脊液循環(huán)是一個動態(tài)的且具有復(fù)雜的轉(zhuǎn)運(yùn)及吸收機(jī)制的過程，依然是目前研究的熱點(diǎn)主題，PC-MRI的應(yīng)用對CMⅠ的疾病特點(diǎn)、診斷治療及預(yù)后評估具有開創(chuàng)性意義，且隨著三維相襯技術(shù)的出現(xiàn)，可顯示出腦脊液多方向的運(yùn)動，具有更高的空間分辨率，存在巨大的潛在應(yīng)用價值，在經(jīng)過大量研究反復(fù)驗證之后，必將進(jìn)一步推動腦脊液循環(huán)動力學(xué)研究，在臨床上為病人制定最佳的診療方案提供可靠依據(jù)。