磁共振相位对比电影成像检测Chiari畸形Ⅰ型脑脊液流体力学的研究进展*

袁昌巍 王盈进 综述 段鸿洲 审校

(北京大学第一医院神经外科，北京 100034)

Chiari畸形又称小脑扁桃体下疝畸形，是一种以后颅窝容积缩小、小脑扁桃体向下进入椎管腔内为主要病理学特征的先天性发育畸形，常导致颅颈部脑脊液循环障碍，引起临床症状。近年研究显示，枕骨大孔区域脑脊液流体力学的改变对Chiari畸形的治疗决策及预后判断起到重要作用。准确、量化评估脑脊液流体力学改变对指导该类患者的治疗及评估其预后有重要意义。磁共振相位对比电影成像(phase contrast cine magnetic resonance image，PC-MRI)是一种新兴、无创的流体定量技术，为研究脑脊液循环流体力学提供了有效方法。本文对PC-MRI在Chiari畸形患者中检测脑脊液流体力学的研究进展进行综述，以明确Chiari畸形的脑脊液流体力学变化，指导治疗方式选择以及预后评估。

1 Chiari畸形的发病机制

Chiari畸形由奥地利医师Hans Chiari于1891年首先提出，之后有学者称之为Arnold畸形或Arnold-Chiari畸形(Arnold-Chiari malformation，ACM)。ACM的诊断主要依赖于影像学检查，目前认为“在MRI正中矢状位上，小脑扁桃体下疝至枕骨大孔平面以下5 mm”即可诊断为Chiari畸形[1]。根据病理解剖、临床表现及MRI特征，Chiari畸形分为4型，其中Chiari畸形I型最常见，其症状最轻，治疗效果最好[2]。Chiari畸形Ⅰ型小脑扁桃体向下移位进入椎管，但延髓、小脑蚓部与第四脑室位置正常，其中50%～70%合并脊髓空洞[3]。常见症状包括但不限于颈项部疼痛、肢体感觉障碍及运动障碍、吞咽困难、饮水呛咳、共济失调以及睡眠呼吸暂停综合征等，大约30%的Chiari畸形Ⅰ型患者无明显临床症状[4]。Chiari畸形Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型临床较少见，常合并脊柱裂、脊髓脊膜膨出、脑积水、小脑发育不全等，疝入椎管的组织除小脑扁桃体外，还有脑干及第四脑室，脑脊液流体力学改变、病理生理机制及临床表现更加复杂，本文中不予探讨。

目前认为，后颅窝和颅颈交界处的形态学变化改变了脊髓和脑干区域的脑脊液流动，导致病理性的脑脊液流动状态，Chiari畸形患者的临床症状与颅颈部脑脊液流动障碍程度有关，而与小脑扁桃体异位程度无明显关系[5]。

对于有明确症状的Chiari畸形Ⅰ型，外科手术仍为目前唯一推荐的治疗方法。手术方式众多，包括单纯后颅窝减压、枕骨大孔减压(成形)、硬脑膜扩大修补(成形)、小脑扁桃体切除等，疗效差异较大。Deora等[6]报道，70%以上的Chiari畸形Ⅰ型患者减压后症状和体征有所改善，但多达20%～30%的患者在手术后长期症状几乎没有缓解。如何术前预判手术效果，又如何术后用客观检查方式预测或判断长期疗效，目前尚未统一。外科手术的主要目的是后颅窝和上颈椎减压，降低脑脊液在枕骨大孔的流动阻力，进而改善枕骨大孔区域脑组织的体积和活动性[7,8]。因此，围手术期对枕骨大孔区脑脊液流体力学的评估尤为重要。

2 Chiari畸形的脑脊液流体力学评估方法

最早曾用脑脊液压力测定及电影气脑造影对脑脊液流体力学进行研究，后来也使用过脑池核素造影等有创性检查，创伤较大且所获数据十分有限。另外，由于脑脊液流速较慢，流动方向不定且流动方式复杂，因此对脑脊液的流体力学研究较为困难。近年来，由于彩色多普勒超声的发展与普及，术中超声已较多用于脑脊髓手术中，在帮助术者进行手术决策以及保证手术安全方面起到关键作用[9]。在Chiari畸形治疗中，多普勒超声可以实时监测Chiari畸形Ⅰ型患者的脑脊液流速，为手术方案的选择提供参考，且可为术后疗效提供间接评价指标[10,11]。多普勒超声虽具有简便性、实时性及费用低等特点，但其使用常局限于术中脑脊液流动的检测，且缺乏方向性和全景性，对术前及术后脑脊液的变化判断较为有限。磁共振技术的快速发展，显著改善中枢神经系统疾病的诊疗水平。新兴的PC-MRI对慢速流体具有敏感性及无创性特点，可对Chiari畸形Ⅰ型患者术前及术后进行脑脊液流体力学评估，在手术病例选择及判断预后改善程度方面有明显效果。

3 PC-MRI原理及Chiari畸形Ⅰ型的脑脊液流体力学特点

PC-MRI技术是一种可无创化显示流体流速及流向的技术，最初应用于血流的研究，20世纪80年代首次应用于脑脊液的研究。其获得的图像分为相位图像和速度图像，将两次成像的相位位移进行减法处理，即除去背景静止组织，仅保留流动质子的相位变化，通过重建获得流动液体的图像。速度图像的信号强度仅与流速有关，而相位图像中像素的信号强度不仅与流速有关，还具有流动方向信息。相位对比技术与心电门控技术相结合，通过流动分析软件处理，可以获得相关流动液体运动的速率、流量等定量资料，为目前临床上唯一的无创、全面的定量研究流体分析的技术[12]。Haughton等[13]运用PC-MRI检测正常人脑脊液流动，结果显示脑脊液流动呈双向搏动性，与心脏舒缩活动同步，每一时间的即时流速和即时流量不断发生变化：心脏收缩时，脑脊液从颅内流向脊髓蛛网膜下腔，即从头侧向尾侧，其动脉压力是脑脊液流动的原始动力，脑脊液呈高信号；心脏舒张时，脑脊液从脊髓蛛网膜下腔流至颅内，即从尾侧向头侧，脑脊液呈低信号。Chiari畸形Ⅰ型患者脑脊液流体力学大体上仍然符合双向流动特点，但流动较不均衡，且枕骨大孔双向流动的差异性较大[14]。Chiari畸形Ⅰ型因为后颅窝容积缩小导致脑脊液流出道狭窄，脑脊液经过此狭窄处产生管道效应，形成喷射性流动，造成枕骨大孔处的脑脊液流速增加，而流速增加难以补偿颅颈狭窄部横截面积的减小，因而脑脊液流量是下降的[15]。

4 Chiari畸形I型患者手术前后脑脊液流体力学变化及意义

4.1 脑脊液流体力学变化与临床症状的关系

PC-MRI能对脑脊液流体力学进行定性及定量测定，可直接观察Chiari畸形相关的病理生理改变，判断梗阻程度，有助于判断脑脊液流体力学异常与临床症状的关系。Armonda等[16]对正常受试者以及17例Chiari畸形患者(均存在不同神经功能缺损的临床症状)进行脑脊液流体力学分析，结果显示，小脑扁桃体下疝在枕骨大孔开口下方5 mm以上者，脑脊液流动受阻，表现为第四脑室正中孔和枕骨大孔处的脑脊液流速下降，尾侧脑脊液流动时间缩短；在心脏周期的最初100 ms，与正常受试者相比，枕骨大孔和第四脑室正中孔的脑脊液流速明显降低。Ventureyra等[17]报道24例Chiari畸形Ⅰ型，PC-MRI显示脑脊液流动正常的8例中仅1例有症状，16例脑脊液流动异常者均有临床症状(P<0.05)；小脑扁桃体下疝>5 mm与<5 mm各12例，2组临床表现无明显差异(P>0.05)。以上结果提示临床症状与颅颈交界区脑脊液流动变化有关，而与小脑扁桃体下疝程度关系不密切。该研究中无症状小脑扁桃体异位在颅颈交界处几乎均为正常的脑脊液循环，因此认为此处脑脊液循环保持在正常范围则不产生临床症状。

4.2 PC-MRI检测脑脊液流体力学变化对手术效果及预后的评估

1995年，Bhadelia等[18]应用PC-MRI研究与心动周期相关的Chiari畸形脑脊液流动特点，显示Chiari畸形Ⅰ型患者心脏收缩期颅颈处脑脊液流动受损，行减压手术后颅颈部脑脊液流动得到改善，与临床症状缓解具有明显相关性。之后，PC-MRI广泛应用于评估Chiari畸形治疗前后脑脊液流体力学变化与治疗效果的关系。Dolar等[19]采用PC-MRI测定Chiari畸形Ⅰ型患者手术前后枕骨大孔上下脑脊液流动变化，结果显示术后枕骨大孔处尾侧、头侧脑脊液流速均显著下降(峰值流速平均值，尾侧术前3.4 cm/s，术后2.4 cm/s；头侧术前6.9 cm/s，术后3.9 cm/s)。Wang等[20]的研究显示，Chiari畸形Ⅰ型患者术前C2～C3水平颈髓腹侧(头侧3.6 cm/s，尾侧3.21 cm/s)、背侧(头侧3.06 cm/s，尾侧3.09 cm/s)及导水管(头侧2.52 cm/s)脑脊液峰值流速低于健康对照组相应位置流速，枕骨大孔减压术后C2～C3水平颈髓腹侧(头侧3.88 cm/s，尾侧3.71 cm/s)、背侧(头侧3.51 cm/s，尾侧3.44 cm/s)及导水管(头侧2.89 cm/s)脑脊液峰值流速较术前明显增加；而Chiari畸形Ⅰ型患者术前导水管尾侧脑脊液流速峰值(3.19 cm/s)高于健康对照组，术后脑脊液流速明显降低(2.79 cm/s)。该研究结果提示：术前C2～C3水平脑脊液流速峰值>2.63 cm/s、导水管头侧峰值流速>2.13 cm/s者，术后临床症状改善明显[20]。这一结果与Mauer等[21]、Sakas等[22]的结果相似。

无论术式怎样选择，改善脑脊液流动是治疗的关键[23～25]。Fakhri等[14]的研究显示，有症状的Chiari畸形Ⅰ型患者减压手术后，可在PC-MRI上看到脑脊液流动参数正常化，而脑脊液流量参数正常化与临床症状改善有关。术前脑脊液流动异常越大的患者对减压手术的临床反应越好。McGirt等[26]应用PC-MRI进行130例Chiari畸形Ⅰ型手术前后脑脊液流体力学检测，阐明脑脊液流体力学的变化与预后的关系：术前颅颈部脑脊液流动接近正常者(19%)，术后临床症状改善不明显；而术前颅颈部脑脊液流动异常者(81%)，术后临床症状消失，同时脑脊液流体力学恢复正常。术前脑脊液流体力学参数正常的Chiari畸形Ⅰ型患者术后症状不缓解的可能性是术前脑脊液流体力学参数异常患者的4.8倍；术前脑脊液流体力学异常而术后没有恢复者，术后症状复发的可能性是脑脊液流体力学得到改善患者的2倍。不论小脑扁桃体异位的程度如何，术前PC-MRI上显示后颅窝脑脊液流体力学参数正常是Chiari畸形Ⅰ型患者减压术后治疗失败的独立危险因素(P=0.001)；而术前脑脊液流体力学存在障碍者减压术后常可获得长期的症状缓解。以上研究结果提示，术前枕骨大孔区脑脊液流体力学参数正常可能是Chiari畸形Ⅰ型减压失败的危险因素；而术前脑脊液流体力学参数异常者，术后若颅颈部脑脊液流量和流速改善明显，常提示预后良好。

国内相关研究也得到类似的结果。包长顺等[27]采用PC-MRI对40例Chiari畸形Ⅰ型手术前后脑脊液流体力学变化进行定量分析，结果显示术前枕骨大孔区蛛网膜下腔脑脊液的峰值流速较高(脑桥腹侧：头端6.84 cm/s，尾端9.49 cm/s；C3腹侧：头端4.19 cm/s，尾端7.33 cm/s)，术后明显降低(脑桥腹侧：头端3.77 cm/s，尾端5.87 cm/s；C3腹侧：头端2.51 cm/s，尾端4.13 cm/s)；而术后枕骨大孔区脑脊液平均流量(脑桥腹侧0.067 ml/s，C3腹侧0.034 ml/s)较术前(脑桥腹侧0.05 ml/s，C3腹侧0.021 ml/s)升高。该研究提示，枕骨大孔区脑脊液流速降低，流量增加的患者，减压手术后获益明显，其症状可获得缓解。陆笑非[28]及程诚[29]的研究显示，当减压手术解除枕骨大孔区脑脊液流动梗阻，重建脑脊液流体力学循环，使脑脊液流动恢复后，临床症状和体征常得以改善。因此，PC-MRI能够良好检测脑脊液流体力学，判断患者是否能够从减压手术中获益，并且通过手术前后的变化预测手术效果，评估预后。

4.3 PC-MRI检测对Chiari畸形诊断的挑战

由于PC-MRI对脑脊液流体力学有良好的定性及定量评估能力，其作为替代静态形态测量分析的方法对Chiari畸形Ⅰ型的诊疗提供了新的方法。既往Chiari畸形Ⅰ型多以小脑扁桃体下疝低于枕骨大孔平面5 mm作为诊断标准，随着影像技术的发展，下移5 mm或更多不再是诊断的唯一标准[30]。Lawrence等[8]认为利用PC-MRI研究与心脏搏动相关的颅尾脊髓组织移位，可以作为判断Chiari畸形Ⅰ型是否存在的准确指标，并判断组织移位能否因减压手术而改变。Radmanesh等[31]利用MRI真实稳态进动快速成像(trueFISP)和PC-MRI对22例Chiari畸形Ⅰ型小脑扁桃体搏动性进行定量评估，结果显示Chiari畸形Ⅰ型减压术后小脑扁桃体的节律性异常运动有明显改善，减压术后小脑扁桃体搏动度明显下降，提示小脑扁桃体的运动变化可能用于评估手术效果。Alperin等[32]的研究显示上颈段脊髓的最大位移也可能是Chiari畸形Ⅰ型减压手术结果的预测指标(P<0.05)。因此，未来对Chiari畸形Ⅰ型的诊断将从单纯影像学变化向功能性变化转变，综合动态病理变化与临床表现进行评估。

4.4 PC-MRI的局限性

PC-MRI作为一项客观评价脑脊液流动的检查，对脑脊液循环障碍性疾病选择手术适应证及判断手术疗效有重要价值，但其也存在局限性：①受检查体位限制，不能了解直立情况下脑脊液循环的情况；②仅能了解检查当时脑脊液的循环情况，不能了解不同时间段脑脊液的变化；③需要指出的是，20岁之前脑脊液流速随年龄的增加而减慢，之后随年龄的增长，流速变化不大，因此选择与年龄相对应的标准值也是获得可靠实验结果的关键[33]。

5 小结

PC-MRI是一种新型无创评估脑脊液流体力学的方法，虽然目前存在一些缺陷，但其在临床上的初步应用已显示其能够良好地评估Chiari畸形患者枕骨大孔区脑脊液流动的变化，评估减压手术的效果，预测预后。其进一步的推广尚需大规模的临床应用以及随机对照试验的深入研究。