青少年特发性脊柱侧凸患者颅颈交界区脑脊液动力学研究

孙 瑶，解京明，王迎松，张 颖，赵 智，李 韬

特发性脊柱侧凸多发于青少年，以脊柱侧凸及旋转畸形为主要特征，但无任何先天性脊柱异常，神经肌肉或骨骼疾病，初诊年龄常＜18岁，故将该年龄段发病特称为青少年特发性脊柱侧凸(adolescent idiopathic scoliosis，AIS)，并以女童多见，但目前病因不明。有文献显示神经系统和骨骼系统生长发育不平衡，及其导致的脊髓张力过高可能是AIS发病机制之一［1］。本研究采用常规及相位对比法核磁共振技术对比AIS患者和正常人在枕骨大孔水平脑脊液(cerebrospinal fluid，CSF)动力学特征，并测量小脑扁桃体位置与枕骨大孔间的关系及枕骨大孔前后径，对枕骨大孔区脑脊液流动变化与小脑扁桃体位置及枕骨大孔前后径关系进行相关性分析，以期初步探讨脑脊液动力学改变与AIS的关系。

1 资料与方法

1.1 研究对象

选取2010年3月～2011年8月本院手术治疗的AIS患者32例作为侧凸组，年龄12～18岁(平均14.5岁);男8例，女24例。其中主弯为胸弯的22例(68.8%)，腰弯8 例(25.0%)，胸腰弯2 例(6.2%)，主弯Cobb角平均为49°(38°～80°)。对照组选取本地中学招募相同年龄段正常青少年30名，年龄13～18岁(平均14.9岁);男7例，女23例，所有对照组成员由脊柱外科医师行体格检查侧凸，临床神经系统检查及MRI检查脊柱、脊髓均无异常。2组在年龄、性别构成等方面组间差异均无统计学意义(P＞0.05)。

1.2 MRI扫描

1.2.1 常规MRI扫描定位

采用1.5T超导核磁共振成像仪SONATA(德国西门子公司)，首先对侧凸组及正常对照组进行常规颈部MRI检查;部分患者加用快速液体衰减反转回复序列。然后从正中矢状位图像中选择清晰显示枕骨大孔、颈椎的图像，取轴位的枕骨大孔水平进行CSF流动测定。

1.2.2 PC-cine MRI扫描

在同步心电门控下进行PC-cine MRI扫描，颈椎正中矢状位图像用于观察颈段CSF流动的动态变化，在枕骨大孔区层面:轴位扫描线选择在经枕骨大孔骨性前后缘，在1个心动周期内采集32～48幅图像，会得到不同时相、不同信号的CSF流动图。本实验中低信号代表足向运动，为负值;高信号代表头向运动，为正值。信号强度代表流速，以连续2次P波的间隔为1次CSF循环(见图1)。

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

1.3 CSF 流动分析

使用Argus流动分析软件，在枕骨大孔轴位层面于腹侧(腹侧面积较大)选取感兴趣区(region of interesting，ROI)，测量1次CSF循环持续时间(与心率相关)，CSF从头端流向尾端即向下(down flow，DF)时相的持续时间、从尾端流向头端即向上(up flow，UF)时相的持续时间，并分别计算其在1次CSF循环时间内所占百分比:DF比率(DF/1次循环的时间)、UF比率(UF/1次循环的时间)。测量DF流动的起始时间(down flow start point，DS)在1次CSF循环时间内的比率，即DS比率;测量静止期(stationary phase，SP)在1次CSF循环时间内的比率，即SP比率。同时测量并计算CSF向下流动的最大流速(VDmax)、向上流动的最大流速(VUmax);绘制最大流速/时间曲线(见图2)。

图2 2组枕骨大孔区的峰值流速/时间曲线Fig.2 Foramen magnum region of the peak velocity/time curve in 2 groups

1.4 小脑扁桃体位置与枕骨大孔前后径测定

根据Aboulezz等［2］的方法在正中矢状面图像上测量小脑扁桃体与枕骨大孔连线(BO线)的相对距离及枕骨大孔前后径(见图3)。小脑扁桃体位于BO线上方为正值，位于下方则为负值，并将小脑扁桃体位置与脑脊液动力学指标及枕骨大孔前后径行相关性分析。

图3 小脑扁桃体相对BO线的位置Fig.3 Cerebellar tonsil relative BO line position

1.5 统计学分析

2 结 果

2.1 枕骨大孔处脑脊液动力学

通过轴位层面的定量测量显示，在枕骨大孔平面，侧凸组与常对照组相比，UF比率、VDmax及VUmax等指标组间差异无统计学意义(P＞0.05);但侧凸组DS比率及SP比率明显增高，组间差异有统计学意义(P＜0.01);DF比率明显降低，组间差异有统计学意义(P＜0.05)。具体结果见表1。

表1 脊柱侧凸组与对照组PC-cine MRI结果比较Tab.1 Comparison of PC-cine MRI results between scoliosis group and control group

2.2 小脑扁桃体相对BO线的位置

30例正常对照者小脑扁桃体最低点均位于BO线以上，平均3.1 mm;侧凸组患者中则有18例(56.3%)小脑扁桃体最低点位于BO线以下，平均-3.2 mm，14例(43.7%)小脑扁桃体最低点位于BO线以上，平均1.2 mm。侧凸组小脑扁桃体最低点相对BO线位置与DS比率及SP比率呈负相关(r=-0.943，P＜0.01;r=-0.893，P＜0.01)，与 DF 比率呈正相关(r=0.912，P＜0.01)，与 UF 比率、VDmax及 VUmax等指标脑脊液动力学指标无相关性。

2.3 枕骨大孔前后径

正中矢状面图像上测量侧凸组枕骨大孔前后径为(37.6 ±4.5)mm，对照组为(31.8 ±3.7)mm，侧凸组相比对照组，枕骨大孔前后径明显增大，组间差异有统计学意义(t=2.109，P＜0.05)，且侧凸组枕骨大孔前后径与小脑扁桃体最低点位置呈负相关(r=-0.937，P＜0.01)，即枕骨大孔前后径越长则小脑扁桃体最低点位置越低。

3 讨 论

近年来，AIS的病因学研究已引起广泛关注，但目前病因仍不明确。在二十世纪七十年代，Roth［3］就曾提出脊柱脊髓不平衡生长可能会是脊柱侧凸发生的一个原因。此后Porter［4］也指出该不平衡可以被代偿性的脊柱骨性侧凸弧度所缓解。近年来，Guo等［5］对AIS患者的研究表明，其脊柱前柱表现了相对过快生长的特点。Chu等［6］在严重的AIS患者群体中发现脊髓的长度与脊柱的长度相比有显著地减小，提示此类患者骨性结构和神经结构的生长不匹配，并推测不匹配生长可能是侧凸发生的一个原因;同时还观察到了AIS患者有低位小脑扁桃体倾向。从而显示脊柱脊髓生长发育不平衡，及其导致的脊髓张力过高可能是AIS发病机制之一。

基于特发性脊柱侧凸脊柱脊髓发育不平衡理论，加之脊髓在发育过程中远端被终丝牵拉固定，圆锥不能再移动，导致脊髓所受牵张力增大，势必促使小脑扁桃体下移以适应增大的应力。亦有学者提出Chiari畸形Ⅰ型中患者小脑扁桃体低位导致脑脊液流动相对梗阻理论，并以PC-cine MRI扫描法及CSF流动分析证实［7-9］，加之Chiari畸形患者为侧凸高发，由此说明受脊髓牵拉的小脑扁桃体下移至颅颈交界区，影响该部位脑脊液正常流动。为进一步证实该理论是否与AIS的发生机制相同或相近，本研究应用PC-cine MRI扫描技术及Argus流动分析软件对AIS颅颈交界区脑脊液动力学进行研究。

本研究中，侧凸组相比对照组，枕骨大孔区脑脊液DS比率及SP比率明显增高，DF比率明显降低，说明侧凸组相比对照组颅颈交界区脑脊液存在异常。同时，侧凸组中有18例(56.3%)患者小脑扁桃体最低点位于枕骨大孔连线(BO线)以下，且侧凸组小脑扁桃体最低点相对BO线位置与DS比率、SP比率及DF比率有相关性。由此表明AIS颅颈交界区脑脊液动力学改变与患者小脑扁桃体位置下移存在显著联系，这也与Chiari畸形I型脑脊液动力学的研究结果相同。实验结果中UF比率、VDmax及VUmax等脑脊液动力学指标在2组比较中差异无统计学意义，一部分原因可能是样本偏小，但AIS患者中枕骨大孔前后径增大可能代偿颅颈交界区脑脊液动力学改变或许也是重要原因。

正常人脑脊液循环呈类似正弦波型，自上而下在心动周期中的向下流动起点逐渐后移，也说明脑脊液向下流动的驱动力由颅颈交界区逐渐传导至颈、胸及腰段脊柱椎管内。当脊髓发育过程中因脊柱脊髓生长不平衡而受牵拉，导致小脑扁桃体下降至颅颈交界区，则必然影响脑脊液正常循环。文献［10-11］报道，AIS患者中小脑扁桃体位置越低，则枕骨大孔越大，考虑与代偿有关。枕骨大孔是与后颅窝相连的孔状结构，为颅颈交界区“重要门户”，当AIS患者该区域脑脊液动力学发生改变时，为适应脊髓牵拉所造成的低位小脑扁桃体而发生的继发改变，枕骨大孔前后径只有增大以代偿这种改变。本研究中侧凸组相比对照组枕骨大孔前后径明显增大，且枕骨大孔前后径的增大与小脑扁桃体下移程度具有相关性，这也从另一个侧面证实了上述观点。但另一方面侧凸组DF比率在时相上降低，向下流动的起始时间延迟;DS比率及SP比率明显增高，表明CSF循环在颅颈交界区依旧存在流动通道狭窄或部分梗阻情况，由颅内向椎管内的流动受限依然明显，说明代偿性地枕骨大孔增大并没有完全缓解CSF循环异常，从而诱发在生长发育过程中脊柱骨性结构的调节性改变，即脊柱侧凸。

总之，AIS患者存在颅颈交界区脑脊液动力学改变，这种改变有可能由脊柱脊髓生长不平衡导致脊髓牵拉、小脑扁桃体下移所致。虽然枕骨大孔发生增大以适应脑脊液动力学改变，但仍不足以完全代偿，从而诱发脊柱骨性结构生长发育中代偿性侧凸。对于脊柱骨性结构如何代偿性侧凸来适应脑脊液动力学改变仍不得而知，有待进一步研究证实。

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