3.0 T MRI对中脑导水管脑脊液流动的研究

宋扬，谭晓天，王雪梅

一直以来，脑脊液的定量、定性分析主要依靠脑脊液穿刺，脑脊液造影等有创检查，但随着近年来MRI技术的发展，MR已经成为脑脊液无创检查的有效手段，本研究通过MR相位对比成像研究正常人及脑积水患者的中脑导水管脑脊液流体动力学特性，以探讨其在脑脊液循环障碍疾病中的诊断价值。

1 材料与方法

1.1 研究对象

所有病例均来自我院2009年至2012年脑积水患者，并建立对照组30人，对照组来自志愿者，均已签署知情同意书。

梗阻性脑积水组(简称脑积水组)16例，男9例，女7例，年龄25～48岁，平均43.1岁。所示病例均为经临床影像检查综合确诊的患者，其中中脑导水管狭窄3例。入组条件在脑室最大径MRI层面上测量侧脑室体部中间部分的脑室间径(V)与双顶间径(B)的比值(V/B)均>25%。

对照组30例，男17例，女13例，年龄20～50岁，平均37.8岁。对照组均为志愿者，入组条件无神经系统相关病史、症状或体征；MRI检查未发现颅脑疾病。

1.2 仪器和设备

Philips Achieva 3.0 T X-seriesMR扫描仪，八通道头部相控阵线圈。应用外周心电门控设备。数据后处理应用MR Extended Workspace R2.6.31作站及配套软件。

1.3 检查技术及参数

应用8通道头部相控阵线圈。受试者仰卧，平静呼吸，采用外周心电门控(PPU)，将指脉放置到左手中指。MR图像采集分别采集颅脑常规图像及脑脊液流速分析图像。头部常规图像包括FSE序列的轴面T1WI、T2WI和矢状面T2 FLAIR。

脑脊液流量分析应用MRI脑脊液相位对比序列(CSF-PCA、CSF-QF序列，矢状面定位像上，在中脑上、下丘之间选取与导水管垂直的层面作为分析层面。TR、TE取最小值，反转角15º，FOV 15 mm×15 mm，矩阵为256×179，层厚4 mm，速度编码方向为足端至头端，编码速度为12 cm/s；使用流动补偿、呼吸补偿；采用外周心电门控，R-R间隔重建相位数为12，扫描时间约5～10 min。

图1 对照组导水管平面脑脊液流动幅度图(共12帧) 图2 对照组导水管平面脑脊液流动相位图(共12帧)Fig.1 The CFS fl uid magnitude images of compared group. Fig.2 The CFS fl uid phase images of compared group.

1.4 数据测量和分析

相位对比法脑脊液流体分析序列扫描可得到脑脊液流动相关数据36帧图像，其中第1帧至12帧为横断面T2WI，第13帧至24帧为幅度图像(magnitude image)，第25帧至第36帧为相位图像(phase image)。资料可以传送到后处理工作站或个人电脑进一步分析。

MR Extended Workspace R2.6.3工作站及配套软件可以对导水管内脑脊液流动进行定性与定量分析。定性分析时，在矢状位及横断位的幅度图和相位图上调整窗宽、窗位，使中脑导水管内脑脊液清晰显示，运行电影(cine)模式观察，可使12帧幅度图及12帧相位图像连续播放，直观显示导水管内脑脊液的流动速度与方向。定量分析需要运行CSF-QFClear软件，在横断位T2WI上调整窗位、窗宽，清晰显示中脑导水管并在导水管区画出感兴趣区ROI，计算机自动对每一幅图像中感兴趣区中的数据进行分析，并得出每帧图像感兴趣区中一个心动周期内脑脊液向头侧或足侧的平均流量、向头侧或足侧的平均流速及流动曲线等，最后以数据和图形两种形式显示脑脊液的流动特征。

1.5 统计学分析

本研究应用SPSS 19.0统计软件包。对脑脊液流量、流速等进行正态检验。结果采用均数加标准差的形式表示。组间比较采用独立样本的t检验。组间的脑脊液流动类型采用χ2检验。P<0.05(双侧)具有统计学意义。

2 结果

2.1 中脑导水管平面PC法脑脊液流动定性分析

2.1.1 脑脊液流动幅度图与相位图

应用CSF-QF序列一个心动周期内可得到脑脊液流动图像36帧。其中第13～24帧为幅度图(图1)，第25～36帧为相位图(图2)。

2.1.2 脑脊液流量及流速曲线图

以R-R间期为横坐标，脑脊液流量或流速为纵坐标，脑脊液分析软件会自动生成脑脊液流量与流速的变化曲线和图表两种形式(图3，表1)。因流量与流速变化曲线图形态基本一致，故每例流动曲线类型只记录1次，本次研究记录流量曲线图。

表1 不同组别导水管平面脑脊液流量曲线类型(例)Tab.1 two groups CFS flow velocity curve types at aqueduct of the midbrain (case)

根据流量曲线的平滑度及形态，流量曲线可分为平滑倒“U”形及不规则波浪形2个类型(图4)。

2.2 中脑导水管平面PC法脑脊液流动定量分析

具体见表2。

表2 导水管平面脑脊液流量值和流速值(ml/s，cm/s)Tab.2 Two groups CFS flow velocity value at aqueduct of the midbrain (ml/s,cm/s)

3 讨论

3.1 相位对比法流体成像原理

目前应用较成熟的MR流体成像测量技术有时间飞跃法(TOF)和相位对比法(PC)。时间飞跃法主要用于流速较快的动脉成像，如血管成像，相位对比法对流速较慢的流体成像较敏感，并可测量流体流动的速度和方向。故本研究采用相位对比法研究脑脊液的流动特性。

相位对比法的特点是以流速为编码，以相位变化作为图像对比的特殊成像技术，图像分为相位图像和幅度图像。相位对比电影成像通过相位对比技术与心电门控技术相结合,使得流动液体的相位位移与时间相结合,可以获得有关流动液体如血流、脑脊液流动的波形、速率及流量的全面定量资料。

3.2 导水管平面脑脊液流动定性分析

3.2.1 导水管平面脑脊液流动幅度图与相位图

本研究幅度图与相位图显示对照组正常人导水管平面脑脊液的流速与流动方向大致随心动周期呈节律性变化，支持既往脑脊液基础与临床研究提出的脑脊液流动与心脏或血管搏动有关的团流理论[1-5]。Florez等[3]用MR研究了心脏收缩期及舒张期颅内血流量的变化及其脑脊液的流动情况后认为：颅内及椎管内脑脊液流动的主要驱动力是脑血管收缩期引起的脑膨胀，它是动脉血、毛细血管血、静脉血和脑脊液四种因素共同作用的结果。心脏收缩时，流入颅内的血液总量增加，引起脑膨胀，颅内压相对增高。脑室系统受压，使脑脊液向下流入椎管。心脏舒张时，颅内静脉血流出颅内，脑内血液总量减少，颅内压相对降低，脑脊液向上流入颅内。本试验显示，中脑导水管中脑脊液向下流动的最大速度约在1～2阶，0%～10%。正处在心脏心室的收缩期，向上流动的最大速度在9～10阶或75%～83%之间，处于心脏的心房收缩期。这提示脑脊液流动方向的改变稍晚于心脏的收缩或舒张活动，这可能与心脏射血开始至血液到达颅内需要经过动脉流动而耗时有关。但是，幅度图与相位图均以黑白灰阶评价其变化，目测难以准确定量，也不利评价不同组别之间的差异。因此，本研究不同组别之间的比较主要使用流动曲线与流量、流速。

图3 脑脊液流量变化曲线和流量、流速数据表 图4 导水管平面脑脊液流量曲线图。A：对照组倒“U”形曲线图；B：脑积水组“波浪形”曲线图Fig.3 CFS fl ow velocity curve and data chart. Fig.4 CFS fl ow velocity curve and data chart.A:Control group inverse “U” type curve.B:Hydrocephalus group wave type curve.

3.2.2 导水管平面脑脊液流动曲线图

脑脊液流速与流动方向变化曲线图能直观显示脑脊液在一个心动周期内的流速及流动方向变化节律，有利于比较研究不同疾病的脑脊液流动节律差异。该曲线图横轴为观察的时间(一般为一个心动周期)，纵轴分别为某一时间点脑脊液的流量或流速。根据公式F=V×A，流量等于流速与感兴区面积的乘积，感兴区面积是在同一个个体是不变量，所以导水管平面脑脊液流量与流速曲线图是基本相同的。故本研究只选择分析流量曲线图。既往研究显示正常中脑导水管脑脊液流量曲线具有“正弦波”形、“U”形、倒“U”形三种不同类型。对比观察不同作者的检查参数，笔者发现，其他参数一致时，使用心电门控、重建相位16、流速编码足侧向头侧者，所产生的曲线呈先流向头侧的大致的“正弦波”形曲线。使用心电门控、重建相位30或60、流速编码从足侧向头侧时，所产生的曲线呈“U”形曲线。使用外周心电门控、重建相位12或16、流速编码从足侧向头侧者，所产生曲线呈先流向足侧的倒“U”形曲线。本研究结果即为第三种类型，倒“U”形曲线。通过对比分析三种曲线类型，笔者发现通过改变重建相位或流速编码方向等参数，“U”形曲线可变为倒“U”形曲线，或正弦波曲线。虽然不同设备得到的不同类型的脑脊液流动曲线，但都反映了相同的脑脊液流动特性，即在一个心动周期内正常人中脑导水管平面的脑积液流动呈向头侧与向足侧的双向节律性流动，两种方向的流量、流速呈逐渐、平滑的变化。这一结果支持多名学者提出的脑脊液循环团流理论[1-6]。本研究与Florez等[3]的结果相一致。对比本研究两组病例导水管平面脑脊液流动曲线图，笔者发现对照组多为平滑倒“U”形，脑积水组多为波浪形，其流量与流动方向变化突然且不规则；梗阻性脑积水患者肯定有脑脊液循环障碍，本研究结果提示其脑脊液流动曲线与正常对照组不同，呈波浪形、变化突然。这一方面验证了PC法脑脊液流动分析是可行的，能够发现脑脊液循环异常。

3.3 导水管平面脑脊液流动定量分析

正常人中脑导水管脑脊液流速的定量测量结果各家报道有较大差异。脑脊液向头侧的平均流速从1.01 cm/s到6.4 cm/s，脑脊液向尾侧的平均流速从1.267 cm/s到8.263 cm/s。这有两种情况，一是不同地区、人种的导水管平面脑脊液流速可能本身存在差异；二是，由于不同作者使用的MRI设备、成像参数不同，扫描层面位置与扫描方向差异，正常对照组入组条件不同而使测量参数出现较大变异。这就需要首先建立起本地区、本台设备的脑脊液流量、流速的正常标准，并采取使用较大样本量、规范测量参数、严格对照组入组条件等措施，使对照标准更加客观、准确。从不同组别的脑脊液流速测量数据可以发现，脑脊液向足侧(下方)的流速大于向头侧(上方)的流速。脑脊液的净流量及净流方向是向下足侧的。这从另一方面支持脑脊液从导水管平面以上分泌并向下方流动的团流理论。这也可以解释中脑导水管阻塞时，脑室系统会扩大的原因。本研究中发现梗阻性脑积水患者导水管平面脑脊液的头侧及足侧平均流量、流速均小于对照组(P<0.05)。这与朱晓黎等[7]测量的梗阻性脑积水脑脊液搏出量下降一致。本研究设置梗阻性脑积水组的目的一是观察其脑脊液流动变化特点，为梗阻性脑积水寻找可能的新的诊断或分度分级指标。从本研究的小样本量数据观察，梗阻性脑积水组脑脊液的头侧与足侧平均流量与流速均是正常对照组数据的约30%；该组数据的另一特点是其离散趋势较大，标准差均大于平均值，这与其脑脊液流动曲线呈突然不规则变化一致。梗阻性脑积水的此两个特点是否能作为其诊断指标尚需较大样本量的研究数据支持。本研究设置梗阻性脑积水组的另一目的是将其作为一对照组，用于检验PC法脑脊液流动测量的准确性。从现有数据看，梗阻性脑积水的数据变化规律与既往文献一致[7-15]，提示本研究所用PC法是可行的。

3.4 结论

MRI PC cine法是一种无创且准确的脑脊液检查分析方法，能显示导水管平面脑脊液的流动节律，并测量脑脊液的流量与流速。本研究对照组、梗阻性脑积水组脑脊液流动节律、头侧及足侧的脑脊液平均流量、流速均不同。脑脊液分析的结果初步建立了本台3.0 T MR扫描仪正常脑脊液流量、流速的参考值，并初探了梗阻性脑积水脑脊液的流动特性，为可能引起脑脊液产生、循环、吸收异常的相关疾病提供一种新的研究或检查手段。

本研究样本量尚未足够大，流速与流量正常值的确定、相关疾病的定量诊断标准有待进一步研究。

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