張 鵬，張少軍，韓 易

(蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院 神經(jīng)外科，安徽 蚌埠233000)

近年來，隨著磁共振影像技術(shù)的發(fā)展，神經(jīng)外科對腦脊液動力學(xué)的研究逐漸深入，在相位對比磁共振電影成像技術(shù)(cine phase-contrast magnetic resonance imaging, PC-MRI)誕生之前，對于人體內(nèi)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(yīng)對于腦脊液動力學(xué)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(nèi)壓監(jiān)測等有創(chuàng)檢查方式，同時為腦脊液循環(huán)動力學(xué)研究提供依據(jù)，已被越來越多地應(yīng)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(chǔ)，采集雙極梯度磁場對流體進(jìn)行的兩次圖像編碼，流動質(zhì)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(chǎn)生相位變化，當(dāng)流體的實際流動方向與預(yù)設(shè)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(guān)，且相位位移越大，像素信號越強。實際流動與預(yù)設(shè)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(guān)系密不可分，與心電門控相結(jié)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(guān)流動液體運動的方向、流速、流量等資料進(jìn)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(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(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。

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。Struck AF等[2]研究發(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，Korbecki等[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。在國內(nèi)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(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；車玉英等[4]將流速編碼設(shè)定為12 cm/s研究小兒中腦導(dǎo)水管處腦脊液流動，發(fā)現(xiàn)1個心動周期內(nèi)，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(shù)常用于血流動力學(xué)研究，為評估臨床治療預(yù)后效果及指導(dǎo)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(yīng)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(xué)分析，在指導(dǎo)手術(shù)方案的選擇和評估預(yù)后上都具有重要的意義。

2 PC-MRI的臨床應(yīng)用

2.1 正常腦脊液循環(huán)的PC-MRI研究

最早關(guān)于腦脊液動力學(xué)的研究源于20世紀(jì)40年代，研究者們應(yīng)用不同對比劑進(jìn)行造影，對腦脊液循環(huán)有了初步的認(rèn)識。Feinberg等[5]于1986—1987年首次展開應(yīng)用電影相位對比技術(shù)進(jìn)行針對活體的腦脊液流速測量的研究，為PC-MRI技術(shù)的發(fā)展打開了嶄新的大門。而后Enzermann等[6]通過PC-MRI技術(shù)發(fā)現(xiàn)腦脊液的循環(huán)具有搏動性，他認(rèn)為腦脊液在中腦導(dǎo)水管的流動與心動周期緊密相關(guān)，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(nèi)總?cè)萘亢愣ú蛔儯蚨X室系統(tǒng)受壓，引起腦脊液經(jīng)過中腦導(dǎo)水管呈足向流動來緩解升高的顱內(nèi)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(nèi)壓的穩(wěn)定。隨著PC-MRI技術(shù)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(xiàn)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(jié)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(xiàn)，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(nèi)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(nèi)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(nèi)表現(xiàn)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(xiàn)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(nèi)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(dǎo)水管處腦脊液流動與動靜脈搏動的相關(guān)性，證明無論年齡大小，顱內(nèi)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(dǎo)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(nèi)積聚過多。腦室系統(tǒng)與蛛網(wǎng)膜下腔不能充分聯(lián)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(shù)研究發(fā)現(xiàn)交通性腦積水患者腦脊液在中腦導(dǎo)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(xué)者認(rèn)為流速增快的原因是擴大的腦室系統(tǒng)引起顱內(nèi)壓增高，在心臟收縮期，受壓的腦組織向內(nèi)測形變反作用于側(cè)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(nèi)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(dǎo)水管狹窄粘連所引起的梗阻難以辨別，而PC-MRI技術(shù)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(jìn)行無創(chuàng)鑒別。對腦脊液定向測速，可發(fā)現(xiàn)其在中腦導(dǎo)水管處出現(xiàn)隨著心動周期產(chǎn)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(shù)、腦室-脊髓蛛網(wǎng)膜下腔分流術(shù)和腦室-心房分流術(shù)，而腦室心房分流常增加心血管疾病的并發(fā)風(fēng)險，蛛網(wǎng)膜下腔腦室分流僅適合應(yīng)用于交通性腦積水，目前首選的手術(shù)方式仍是腦室-腹腔分流[1]。分流系統(tǒng)阻塞是手術(shù)最常見的并發(fā)癥[16-17]，張鴻日等[18]通過PC-MRI技術(shù)測量腦積水分流術(shù)后患者分流管內(nèi)腦脊液流動情況后發(fā)現(xiàn)，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(jīng)內(nèi)鏡輔助下三腦室底造瘺術(shù)逐漸進(jìn)入廣大學(xué)者的視野，對于手術(shù)效果的評價，通常應(yīng)用術(shù)前、術(shù)后腦室系統(tǒng)的變化及神經(jīng)系統(tǒng)癥狀的改變。有報道指出僅少部分患者術(shù)后出現(xiàn)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(guān)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(xué)監(jiān)測為評價手術(shù)效果提供可能性[21-22]。Lev等[23]研究認(rèn)為患者造瘺術(shù)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(yīng)位置。Bargallo等[21]報道部分患者術(shù)后短期復(fù)查一個心動周期內(nèi)瘺口區(qū)腦脊液流量足向大于頭向，表現(xiàn)為凈流量朝向頭部，后期復(fù)查部分前期表現(xiàn)異常者腦脊液凈流量方向恢復(fù)正常，并提出這種短期異常可能與腦脊液流經(jīng)瘺口區(qū)形成湍流有關(guān)。國內(nèi)學(xué)者岳云龍等[24]通過將15例行三腦室底造瘺手術(shù)患者與正常志愿者對比發(fā)現(xiàn)腦脊液在瘺口區(qū)流動情況與正常中腦導(dǎo)水管相似。

2.3 Chiari Ⅰ型畸形的PC-MRI研究

“Chiari畸形”(以病理學(xué)家Hans Chiari命名)術(shù)語多指Ⅰ型畸形，它是一組異質(zhì)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(xiàn)與腦脊液循環(huán)受影響的嚴(yán)重程度密切相關(guān)[26]。對于Chiari Ⅰ型畸形患者，腦脊液動力學(xué)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(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[27-28]。手術(shù)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(shù)的關(guān)鍵，相位對比磁共振電影的應(yīng)用通常也作為評估Chiari Ⅰ型畸形患者手術(shù)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(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[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(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。

2.4 蛛網(wǎng)膜囊腫的PC-MRI研究

蛛網(wǎng)膜囊腫是一種先天性畸形，其囊內(nèi)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(shù)為主，但手術(shù)指征的把控尚無定論[35-36]。Ros等[37]認(rèn)為對于已經(jīng)出現(xiàn)臨床癥狀的蛛網(wǎng)膜囊腫患者的囊腫腔不與蛛網(wǎng)膜下腔溝通，應(yīng)積極手術(shù)，如果蛛網(wǎng)膜下腔與囊腫存在溝通，則只需定期隨訪。利用示蹤劑進(jìn)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(guān)系，為有創(chuàng)性檢查，風(fēng)險高，耗時長[38]。魏巍等[39]通過PC-MRI研究發(fā)現(xiàn)患者蛛網(wǎng)膜下腔腦脊液流速與囊腫內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)，對18例蛛網(wǎng)膜囊腫患兒進(jìn)行腦脊液電影成像檢查，造影確診溝通性囊腫16例，應(yīng)用PC-MRI技術(shù)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(wǎng)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(yù)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(wǎng)膜囊腫的鑒別與診斷具有重要價值。

3 PC-MRI技術(shù)的局限性

PC-MRI應(yīng)用于腦脊液動力學(xué)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(yuǎn)低于臥位患者，PC-MRI成像的結(jié)果不能明確表現(xiàn)出此種變化[41]。(2)無法動態(tài)地體現(xiàn)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(jié)果均不同，這就導(dǎo)致測量結(jié)果與患者的實際病變情況可能有所差異[42]。(3)難以預(yù)測合適的腦脊液相位對比成像的參數(shù)。PC-MRI檢測需根據(jù)患者實際年齡、病情調(diào)整相對應(yīng)的參數(shù)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(wù)人員在調(diào)整監(jiān)測參數(shù)時缺乏可靠依據(jù)，遂難以為患者提供最佳的掃描條件。

4 三維相襯技術(shù)(4D flow)的應(yīng)用前景

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動，具有更高的空間分辨率，其潛在的應(yīng)用可能有助于分析中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的特征[43-44]，測量腦脊液壓力梯度[45]，預(yù)測鞘內(nèi)藥物分布情況[46]等。目前其評估腦脊液流動的準(zhǔn)確度仍處于驗證階段，Heidari等[47]通過建立體外模型和與數(shù)值模擬的比較來評估頸椎中腦脊液動力學(xué)的4D flow檢測的準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)在收縮期和舒張期峰值腦脊液流速附近，其能夠準(zhǔn)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(xué)的研究，有文獻(xiàn)指出應(yīng)用術(shù)中多普勒超聲對腦脊液流動進(jìn)行監(jiān)測，通過適當(dāng)調(diào)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(fù)雜的轉(zhuǎn)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(shù)，它的應(yīng)用拓寬了我們對腦脊液病理生理學(xué)的現(xiàn)有認(rèn)識，對疾病的診斷治療及預(yù)后評估具有開創(chuàng)性意義。一項新技術(shù)從出現(xiàn)，到進(jìn)入臨床實際應(yīng)用，必須有大量的研究進(jìn)行驗證，三維相襯技術(shù)在伴隨磁共振硬件設(shè)備的更新及后處理軟件的開發(fā)提升，必將進(jìn)一步推動腦脊液循環(huán)動力學(xué)研究，在臨床上為制定最佳的診療方案提供依據(jù)。