張 鵬，張少軍，韓 易

(蚌埠醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院 神經外科，安徽 蚌埠233000)

近年來，隨著磁共振影像技術的發(fā)展，神經外科對腦脊液動力學的研究逐漸深入，在相位對比磁共振電影成像技術(cine phase-contrast magnetic resonance imaging, PC-MRI)誕生之前，對于人體內流動液體的測量長期依靠多普勒超聲、造影等檢查，無法適應對于腦脊液動力學的研究。PC-MRI憑借其無創(chuàng)的特點，不僅優(yōu)于傳統(tǒng)放射性核素腦池造影、顱內壓監(jiān)測等有創(chuàng)檢查方式，同時為腦脊液循環(huán)動力學研究提供依據，已被越來越多地應用于腦脊液循環(huán)障礙的病理評估。

1 PC-MRI的原理

PC-MRI以磁共振成像的原理為基礎，采集雙極梯度磁場對流體進行的兩次圖像編碼，流動質子在施加于層面輸入及輸出梯度間的兩個方向相反、大小相等的磁場中產生相位變化，當流體的實際流動方向與預設編碼方向一致時，流動的腦脊液顯示為明亮的高信號，相位變化與流體速度呈正相關，且相位位移越大，像素信號越強。實際流動與預設方向相反時，顯示為黑色的低信號，流體靜止時則無像素信號的改變，白色信號與黑色信號分別代表正向流動和反向流動。腦脊液周期性往返流動與生理性心動周期的關系密不可分，與心電門控相結合，得到相位圖像即可顯示出腦脊液的搏動性流動。最終可獲得相關流動液體運動的方向、流速、流量等資料進行臨床分析[1]。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，不同測量者對感興趣區(qū)域(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(wěn)定性，對于能夠配合的受檢者，在安靜休息后，平靜呼吸的狀態(tài)下完成掃描，不能配合者則先予以藥物鎮(zhèn)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。

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。Struck AF等[2]研究發(fā)現正常人枕骨大孔區(qū)腦脊液平均峰流速約為3.6 cm/s，Korbecki等[1]建議在枕骨大孔區(qū)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(qū)流速較高，則需要選擇高于一般情況下的流速編碼值。在國內的報道中，尚華等[3]通過研究正常人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；車玉英等[4]將流速編碼設定為12 cm/s研究小兒中腦導水管處腦脊液流動，發(fā)現1個心動周期內，其腦脊液在收縮期峰流速位于5.18～10.02 cm/s間，舒張期峰流速位于6.04～10.46 cm/s間。

PC-MRI技術常用于血流動力學研究，為評估臨床治療預后效果及指導治療方案提供了日趨重要的參考信息，如對先天性心臟病異常分流情況、心臟瓣膜縮窄及冠脈管腔狹窄的評估。因其無創(chuàng)及敏感性高的優(yōu)點在臨床上也逐步應用于腦脊液循環(huán)中的流體測量。包括正常腦脊液流動特點及腦積水、Chiari畸形Ⅰ型等異常的腦脊液流體動力學分析，在指導手術方案的選擇和評估預后上都具有重要的意義。

2 PC-MRI的臨床應用

2.1 正常腦脊液循環(huán)的PC-MRI研究

最早關于腦脊液動力學的研究源于20世紀40年代，研究者們應用不同對比劑進行造影，對腦脊液循環(huán)有了初步的認識。Feinberg等[5]于1986—1987年首次展開應用電影相位對比技術進行針對活體的腦脊液流速測量的研究，為PC-MRI技術的發(fā)展打開了嶄新的大門。而后Enzermann等[6]通過PC-MRI技術發(fā)現腦脊液的循環(huán)具有搏動性，他認為腦脊液在中腦導水管的流動與心動周期緊密相關，在顱骨完好的前提下，心臟收縮時，顱腦動脈血流量增加，腦組織隨之膨脹位移，而顱內總容量恒定不變，因而腦室系統(tǒng)受壓，引起腦脊液經過中腦導水管呈足向流動來緩解升高的顱內壓；心臟舒張期則相反，正是這種腦脊液的規(guī)律性循環(huán)運動維持了顱內壓的穩(wěn)定。隨著PC-MRI技術的成熟，Silverberg等[7]通過對比不同年齡、性別的健康人群腦脊液流動，發(fā)現其循環(huán)過程在人成年后會發(fā)生改變，包括生成量及流出量的減少從而引起整體參與循環(huán)的腦脊液量的減少，而性別對結果并未造成影響，之后在Oner等[8]的研究中也證實了這一點。Unal等[9]研究發(fā)現，14歲以上人群的腦脊液峰流速低于14歲以下者。而對于椎管內腦脊液運動研究，尚華等[3]通過測量60例健康志愿者椎管內腦脊液在不同頸椎間盤平面的流動特點，提出腦脊液在一個心動周期內表現為震蕩運動，收縮期呈足向流動舒張期流動方向朝頭端，而舒張期流速明顯小于收縮期，因此表現為頭向足方向的凈流動，且年齡低于14歲組無論舒張期還是收縮期，其腦脊液在椎管內峰流速、流量均高于其他各年齡組。Lokosso團隊[10]通過研究衰老過程中脊柱C2～3水平及中腦導水管處腦脊液流動與動靜脈搏動的相關性，證明無論年齡大小，顱內的血流搏動性都低于顱外且老年人的動脈和靜脈搏動高于年輕人，老年人脊髓腦脊液凈流量較年輕人顯著增加，而中腦導水管腦脊液凈流量則隨年齡增長而保持不變。

2.2 腦積水的PC-MRI研究

腦積水是指因過多分泌、吸收障礙或者循環(huán)受阻而引起的腦脊液在顱內積聚過多。腦室系統(tǒng)與蛛網膜下腔不能充分聯通，循環(huán)通路不暢，按梗阻部位可分為非交通性腦積水與交通性腦積水。交通性腦積水存在腦室系統(tǒng)普遍擴張的特點，其梗阻部位位于腦室系統(tǒng)外[11]。Luetmer等[12]通過PC-MRI技術研究發(fā)現交通性腦積水患者腦脊液在中腦導水管處的流速比正常人明顯增快，且流量增加。后續(xù)研究有學者認為流速增快的原因是擴大的腦室系統(tǒng)引起顱內壓增高，在心臟收縮期，受壓的腦組織向內測形變反作用于側腦室及三腦室，因此腦脊液足向流速增加且流量增多[13-14]。梗阻性腦積水腦脊液循環(huán)受阻部位在第四腦室以上，常引起顱內壓增高，通過磁共振檢查可確定引起梗阻的占位性病變，但對于中腦導水管狹窄粘連所引起的梗阻難以辨別，而PC-MRI技術通過直觀而精確地顯示出腦脊液循環(huán)過程，對于這部分患者可進行無創(chuàng)鑒別。對腦脊液定向測速，可發(fā)現其在中腦導水管處出現隨著心動周期產生的雙向流動減弱或者形成湍流甚至消失[15]。

治療腦積水目前最常用的方法是腦室顱外分流，主要包括腦室-腹腔分流術、腦室-脊髓蛛網膜下腔分流術和腦室-心房分流術，而腦室心房分流常增加心血管疾病的并發(fā)風險，蛛網膜下腔腦室分流僅適合應用于交通性腦積水，目前首選的手術方式仍是腦室-腹腔分流[1]。分流系統(tǒng)阻塞是手術最常見的并發(fā)癥[16-17]，張鴻日等[18]通過PC-MRI技術測量腦積水分流術后患者分流管內腦脊液流動情況后發(fā)現，分流系統(tǒng)阻塞患者腦脊液流速及流量明顯降低，為判斷分流裝置是否梗阻提供臨床新思路。憑借低死亡率、高成功率等優(yōu)勢[19-20]，神經內鏡輔助下三腦室底造瘺術逐漸進入廣大學者的視野，對于手術效果的評價，通常應用術前、術后腦室系統(tǒng)的變化及神經系統(tǒng)癥狀的改變。有報道指出僅少部分患者術后出現腦室系統(tǒng)縮小，且腦室大小的改變與癥狀體征的變化缺乏相關性，單純觀察腦室形態(tài)具有局限性。近年來，通過PC-MRI對三腦室造瘺口腦脊液動力學監(jiān)測為評價手術效果提供可能性[21-22]。Lev等[23]研究認為患者造瘺術后腦脊液在第三腦室底的平均流速明顯快于正常對照組的相應位置。Bargallo等[21]報道部分患者術后短期復查一個心動周期內瘺口區(qū)腦脊液流量足向大于頭向，表現為凈流量朝向頭部，后期復查部分前期表現異常者腦脊液凈流量方向恢復正常，并提出這種短期異常可能與腦脊液流經瘺口區(qū)形成湍流有關。國內學者岳云龍等[24]通過將15例行三腦室底造瘺手術患者與正常志愿者對比發(fā)現腦脊液在瘺口區(qū)流動情況與正常中腦導水管相似。

2.3 Chiari Ⅰ型畸形的PC-MRI研究

“Chiari畸形”(以病理學家Hans Chiari命名)術語多指Ⅰ型畸形，它是一組異質性疾病，枕骨大孔區(qū)腦脊液循環(huán)受阻是其共同特點，最新研究表明其中合并脊髓空洞癥的患者約占50%～70%[25]。小腦扁桃體疝出枕骨大孔下緣，引起腦脊液循環(huán)異常，同時受到壓迫，引起一系列癥狀、體征，臨床表現與腦脊液循環(huán)受影響的嚴重程度密切相關[26]。對于Chiari Ⅰ型畸形患者，腦脊液動力學監(jiān)測可為其病理生理、發(fā)病機制的探索提供更直觀的證據，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[27-28]。手術是治療Chiari Ⅰ型畸形的唯一有效方式，而改善腦脊液循環(huán)則是手術的關鍵，相位對比磁共振電影的應用通常也作為評估Chiari Ⅰ型畸形患者手術效果的手段之一[29-31]。Quon等[32]通過對比研究18例CM-Ⅰ患者術前術后腦脊液動力學變化，發(fā)現臨床癥狀的緩解與枕大池的擴大以及腦脊液循環(huán)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[33]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[34]通過探索30例Chiari Ⅰ型畸形伴脊髓空洞癥的患者枕大池成形手術前后腦脊液動力學改變，發(fā)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(qū)的不完全阻塞是脊髓空洞形成的重要病因。

2.4 蛛網膜囊腫的PC-MRI研究

蛛網膜囊腫是一種先天性畸形，其囊內容物與腦脊液相同，通過常規(guī)CT及磁共振檢查即可確診，治療上以手術為主，但手術指征的把控尚無定論[35-36]。Ros等[37]認為對于已經出現臨床癥狀的蛛網膜囊腫患者的囊腫腔不與蛛網膜下腔溝通，應積極手術，如果蛛網膜下腔與囊腫存在溝通，則只需定期隨訪。利用示蹤劑進行腦室或腦池造影，可以判斷囊腫與外界是否存在溝通，但其無法辨別囊腫與周圍組織關系，為有創(chuàng)性檢查，風險高，耗時長[38]。魏巍等[39]通過PC-MRI研究發(fā)現患者蛛網膜下腔腦脊液流速與囊腫內液體流速明顯不同，在后續(xù)的研究中，向葵等[40]以CT及磁共振造影為標準，對18例蛛網膜囊腫患兒進行腦脊液電影成像檢查，造影確診溝通性囊腫16例，應用PC-MRI技術確診14例，并指出存在偏差的原因可能是此2例患者囊腫和蛛網膜下腔之間腦脊液流出道相對狹窄，流速緩慢，對于不同流速的通路預先予以編碼同一流速，引起腦脊液在流速較慢的通路中無法顯示。由此可見，PC-MRI對于蛛網膜囊腫的鑒別與診斷具有重要價值。

3 PC-MRI技術的局限性

PC-MRI應用于腦脊液動力學研究的局限性主要存在以下幾點：(1)被檢者的體位局限于仰臥位。而對于如Chiari Ⅰ型畸形的患者而言，站立位時腦脊液流動通暢性遠低于臥位患者，PC-MRI成像的結果不能明確表現出此種變化[41]。(2)無法動態(tài)地體現患者腦脊液循環(huán)變化。不同的被檢時間與測量點所測得的結果均不同，這就導致測量結果與患者的實際病變情況可能有所差異[42]。(3)難以預測合適的腦脊液相位對比成像的參數。PC-MRI檢測需根據患者實際年齡、病情調整相對應的參數值，自出生至20歲，人類腦脊液的流速逐年降低，之后便趨于平穩(wěn)，但由于各種病理原因，患者腦脊液流速或高或低，與正常的流速值有很大出入，醫(yī)務人員在調整監(jiān)測參數時缺乏可靠依據，遂難以為患者提供最佳的掃描條件。

4 三維相襯技術(4D flow)的應用前景

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，其潛在的應用可能有助于分析中樞神經系統(tǒng)疾病的特征[43-44]，測量腦脊液壓力梯度[45]，預測鞘內藥物分布情況[46]等。目前其評估腦脊液流動的準確度仍處于驗證階段，Heidari等[47]通過建立體外模型和與數值模擬的比較來評估頸椎中腦脊液動力學的4D flow檢測的準確性，發(fā)現在收縮期和舒張期峰值腦脊液流速附近，其能夠準確地測量腦脊液流速和分布，但在低流速下對腦脊液運動評估不夠精確。而對于腦脊液動力學的研究，有文獻指出應用術中多普勒超聲對腦脊液流動進行監(jiān)測，通過適當調節(jié)信號，也可以顯示其隨心臟搏動形成的周期性雙向流動，獲取腦脊液的流速信息[48]。

5 展 望

腦脊液循環(huán)是一個動態(tài)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，因其多功能性特點，在很多病理條件下都會發(fā)生變化。PC-MRI作為一門新興的非侵入性技術，它的應用拓寬了我們對腦脊液病理生理學的現有認識，對疾病的診斷治療及預后評估具有開創(chuàng)性意義。一項新技術從出現，到進入臨床實際應用，必須有大量的研究進行驗證，三維相襯技術在伴隨磁共振硬件設備的更新及后處理軟件的開發(fā)提升，必將進一步推動腦脊液循環(huán)動力學研究，在臨床上為制定最佳的診療方案提供依據。