磁共振相位对比电影成像(PC-MRI)技术在脑积水诊断及预后评估中的研究进展

谢 添,王艺璇,王新兰,张子寒,关俊宏*

(1.中国医科大学附属盛京医院 神经外科,辽宁 沈阳110136;2.吉林大学白求恩第三医院 a神经内科; b神经外科,吉林 长春130033)

据报道,在新生儿中脑积水与唐氏综合征的发病率几乎相当,约为0.1%～0.6%,而脑积水在成人中的发病率约为1.0%～1.5%,并有逐年增长的趋势[1-2]。目前脑积水的诊断主要依靠临床表现及影像学检查。近年来,磁共振相位对比电影成像(phase contrast cine magnetic resonance imaging,PC-MRI)因其无创操作的优点越来越受到关注,被广泛用于评估脑积水、小脑扁桃体下疝畸形、脊髓空洞症等中枢系统疾病,神经外科术后对脑脊液流体动力学的监测等也可使用该检查[3-5]。本文旨在对PC-MRI技术在脑积水诊治中的研究进展进行综述。

1 PC-MRI概述

PC-MRI是一种新兴的对流体进行定性和定量评估的新型影像技术,它通过正负两极组成梯度磁场,这两个磁场具有相同的正负幅度和梯度,以及相同的磁场应用时间。在射频脉冲发出之后,流动的脑脊液和周围静止组织在双极梯度的方向轴上获得正净相移,而在相反方向获得负净相移。获得的净相移量与双极梯度应用的流速和时间成正比。在这两组数据中,只有来自固定静止组织的自旋信号是相同的,将这两组数据相减即可得到仅保留流动质子相位位移的图像[6-7]。PC-MRI序列的一个重要参数是最大编码速度(VENC)值,该项参数与所应用的双极梯度磁场的性质紧密相关,也对最终成像的成功与否至关重要,只有正确选定 VENC的大小和方向,才能得到液体流动的正常流速和方向。VENC值设置过低,即流体速度比假设速度高,会导致成像结果存在混叠的伪影,相反如果VENC值设置过高则会导致图像信号减弱,影像学上即定义为成像失败。对于VENC值的选择,有分析表明VENC值越大,测量的准确性越低,故为了不出现伪影,同时也保证成像质量,应使VENC值稍大于所测流体的最大流速[8]。相位改变不仅与流体运动速度成正比,也可显示流动方向信息。当液体流动方向与流动编码梯度方向相同时,像素信号显示为亮白色,相反时像素信号则为暗黑色。其次,感兴趣区域(Region of Interest,ROI)面积变化也会影响对于脑脊液流量的检测,考虑到中脑导水管在心动周期发生的变化,对ROI的绘制也会略有差异,可选择组织横断面与周围对比度较好,信号较强的区域作为最终成像的区域。因中脑导水管处结构细微,绘制ROI时应适当放大,同时可尽量贴近管壁边缘但避免过度贴靠以免结果产生误差[9]。经软件处理后得到的图像由相位图和幅值图构成,前者可以借助信号强度显示流体的流动方向信息,后者可反应流体管道的形态结构。与心电门控技术相结合,通过分析和重建即可获取流体的流量及流速等定量资料[10-12]。PC-MRI早先应用于心血管部位局部血流的信息收集,如针对先天性心脏病、心脏瓣膜病以及冠脉狭窄等疾病进行检查,近年来也被大量应用于脑脊液动力学等疾病诊断及判断预后的相关研究。

2 PC-MRI对脑积水的诊断及预后评估

2.1 PC-MRI在脑积水诊断及分型中的应用

脑积水是脑脊液动力学障碍疾病中的一种,指在脑脊液循环中任何原因失调导致的脑脊液蓄积。PC-MRI为流体评估提供了非侵入、定性且定量的评估方法。SAKHARE等[13]的报道指出,使用PC-MRI 可以在中脑导水管处和 C2-C3 区域可靠地测量脑脊液和脑血流流量,使其成为研究中枢神经系统流体动力学比较有发展前景的技术手段。有研究通过对 80 名交通性脑积水患者应用PC-MRI技术进行数据分析,评估颅内压(Intracranial Pressure,ICP)和脑脊液相关参数之间的相关性,从而帮助临床医生更全面的预测ICP以及指导治疗脑积水等脑脊液动力学异常的相关疾病[14]。颅内和脊柱内顺应性是诊断脑积水患者和预测治疗结果的重要参数,有研究利用PC-MRI测量脑脊液脉搏波速度(Pulse Wave Velocity,PWV) 作为测量顺应性的方法,通过体内与体外实验结合,表明PC-MRI是一种无创评估颅内顺应性的潜在诊疗工具[15]。LOKOSSOU等[16]通过结合脑积水患者的基线 ICP 监测和 PC-MRI 来调查静息时的颅内顺应性,NOWOSLAWSKA等[17]发现脑脊液循环异常与大脑顺应性受损之间的关联可能在脑积水的发病机制中发挥作用,因而PC-MRI在识别有脑积水风险的患者方面具有着不可忽视的优势。

在脑积水的分型中,如由于蛛网膜颗粒等近端堵塞,导致脑室不能与蛛网膜下腔相通,使梗阻部位以上的脑室系统扩大,称为非交通性脑积水,也称梗阻性脑积水。如梗阻部位在脑室系统外或脑脊液产生吸收出现异常,脑室系统普遍扩大,则称为交通性脑积水。这两种类型的脑积水的鉴别尤为重要,PC-MRI因其对特定部位脑脊液的信号捕捉以及动态成像对脑积水性质的鉴别显现出独特优势。常规影像学检查可大致诊断导致梗阻性脑积水的占位性病变,而PC-MRI可针对中脑导水管处的梗阻更加直观准确的加以鉴别,明确患者的脑脊液流速等情况,根据图像明确脑积水类型[18]。文献资料显示,在一个心动周期内,中脑导水管处脑脊液峰流速随时间变化呈正弦波动。PC-MRI技术应用于正常人群时,可显示脑脊液流动曲线呈U形或倒U形,曲线整体为双向性正弦波形,规整平滑。对于梗阻性脑积水患者,PC-MRI的相位图根据中脑导水管的梗阻程度不同,所显示的信号强度也不同,脑脊液的流速及流量都较正常值下降;当完全梗阻时,曲线在心动周期中的峰值接近0,难以观测到脑脊液流动。而对于交通性脑积水患者,其脑脊液峰值流速和搏出量等都明显增高,最高可达正常人10倍,呈现高动力的特点,大多数曲线呈现为不光滑的正弦波形,且收缩期峰值流速高于舒张期[19-21]。对于流速明显加快的原因,OLIVEIRA等[22]认为脑室系统扩张,颅内压随之增高,在收缩期内脑组织受压反作用于侧脑室及第三脑室,导致脑脊液流速及流量增加。

脑积水还可分为高压性脑积水和正常压力脑积水(Normal Pressure Hydrocephalus,NPH)。其中NPH是成人常见的脑积水形式,表现为脑室扩大而脑脊液测压正常。NPH多见于老年人,年发病率约为每1.8人/100,000人,典型临床表现为痴呆、步态不稳和尿失禁,在患有多种基础疾病的老年人中很容易被漏诊。作为痴呆症病因的一种,NPH一直以来是研究的热点[23-24]。NPH在PC-MRI上的表现与交通性脑积水类似,均属脑脊液高动力流动。FORNER等[25]的研究提示PC-MRI是NPH患者早期诊断的有效技术,脑脊液流量定量参数及数据分析可以帮助鉴别NPH患者和其他中枢神经系统疾病。TAWFIK等[26]比较了PC-MRI所测量的不同流量参数,发现在鉴别正常压力脑积水与脑萎缩方面每搏量比峰值平均速度对NPH的诊断具有更好的一致性及准确性,ABDALLA等[27]也证实了PC-MRI是区分正常压力脑积水和年龄相关性脑萎缩的有用工具。YAVUZ等[28]通过评估脑脊液速度曲线图关于涡流的相位偏移误差并提出校正方法,使得对NPH患者中脑导水管中主要剖面的检测更为合理精确。HUSSAIN等[29]认为尽管MRI和CT扫描具有广泛的适用性,但这些传统的神经影像学检查仍可导致误诊或存在风险,PC-MRI在诊断NPH上显示出广阔的前景和先进性。

2.2 PC-MRI在评估脑积水预后中的应用

2.2.1脑室腹腔分流术 PC-MRI还可以作为预测脑积水患者病情及预后的检查方法,目前治疗脑积水的首选手术方式是脑室腹腔分流术(Ventricle Peritoneal Shunt,VPS),此种术式是一种将带有压力阀的分流管插入脑室,另一端置入腹腔以分流脑室中蓄积的脑脊液。PC-MRI不仅可以借其对脑脊液动力学监测的优势证实分流管的通畅性,同时也被视为一种潜在的预测手术预后的方法。有资料显示,通过PC-MRI对中脑导水管每搏输出量(Aqueductal Stroke Volume,ACSV)的测量可以作为NPH患者是否行分流手术的依据,同时也有助于判断预后及对术后NPH患者的分类,因而建议在术前进行连续ACSV监测[30]。TRUNGU等[31]在PC-MRI上测量ACSV的变化用于评估VPS术后情况,证实了大多数NPH患者通过VPS手术治疗可改善预后,同时也可利用PC-MRI的监测指标结果指导术后调压。

此外,PC-MRI成像技术还可以监测VPS手术相关并发症的发生。分流功能障碍是分流手术后最常见的并发症,使用PC-MRI成像技术可辅助VPS分流装置故障的诊断[32]。有研究报道可利用PC-MRI对相关压力值进行预测,从而评估脑室腹腔分流术的预后,为诊断术后分流管梗阻提供依据,同时也为未来的智能分流提供了参考[33]。有实验结果显示分流管中的脑脊液流速在分流故障组中显著降低,或可观察到分流管局部出现强弱不等的信号,表明PC-MRI可以有效地评估VP分流的脑脊液流动动力学,提高分流故障的诊断率[34-35]。STUCHT等[36]测量不同恒定低流速下的相差,发现脑脊液流量与相应相位值之间存在线性相关性,通过PC-MRI在分流部分检测到的脑脊液流量能全面可靠地提供有关分流功能状态的信息。

2.2.2第三脑室造瘘术 脑积水脑室腹腔分流术最为常用,手术过程也并不复杂,但长时间维持分流器功能较为困难。目前随着神经内镜工艺更加精良,内镜下第三脑室造瘘术(ETV)的手术方式日渐成熟,其应用越来越广泛[37]。有学者认为,梗阻性脑积水尤其是发生在第三脑室后部和第四脑室出口之间的脑积水,第三脑室造瘘术比分流术更具优势,更大程度上重建了脑脊液正常生理循环并且接近正常生理状态,无需置入分流装置,有效避免了分流手术相关并发症的发生。研究表明PC-MRI可对术后造瘘口处的脑脊液流动情况进行分析处理,通过收集并监测脑脊液舒张期峰最大流速(MDV)、收缩期峰最大流速(MSV)以及到收缩期峰值时间等重要参数,与中脑导水管脑脊液对应参数进行对比,进而判断术后疗效[38]。YADAV等[39]研究发现,脑室造影和PC-MRI可准确判断造瘘口是否通畅以及脑脊液流动情况。术后经检查造瘘口流速流量正常的患者,预后良好。有研究显示,在第三脑室造瘘术术前应用PC-MRI同样也可以为确定手术时机和方式提供有价值的信息,实验组患者在术前均表现出异常的脑脊液动力学,术后再次行PC-MRI检查,手术效果良好,患者临床症状也均得到改善[40]。

3 PC-MRI的局限性

虽然PC-MRI是一种先进的流体成像技术,作为定性定量评估脑脊液的基本序列被广泛应用,但依然有着其特有的局限性:(1)相对于血流来说,脑脊液流速较慢,感兴趣区域面积的设定通常也较小,影响了PC-MRI对脑脊液的流动变化成像的准确性,同时也无法做到完全的可视化成像[41]。(2)呼吸周期对脑脊液流速流量的测量存在干扰,不能直接通过收集净脑脊液流量而反应出真正脑脊液分泌量的多少[42]。鉴于此,OHON等[43]提出了快速PC-MRI的技术方法,此种方法减少了扫描时间(30秒内)以允许屏气采集成像,一定程度上减弱了这种因素对于测量的影响。(3)有文献指出,在成年之前,脑脊液的流速随年龄的增长逐渐下降,20岁之后脑脊液流速趋于平稳,而选择与年龄相对应的参数尚无统一标准[4]。(4)由于患者不同的个体差异和病情,测量平面、测量位置的选择缺乏依据,所得到的结果存有差异。

4 小结

脑积水是常见的脑部疾病,过量的脑脊液积聚于脑室中,通常导致脑组织损伤或破坏。现今核磁共振成像技术日益成熟,对脑积水的诊断效果也成效显著。其中PC-MRI作为MRI的常规组成部分可更好地适用于神经系统疾病的诊断和治疗,能够对脑脊液流速流量等数据信息进行全面的收集。PC-MRI拥有无创性和可视化优势,不仅可对鉴别脑积水类型提供帮助,还可监测和评估术后的预后效果以进一步指导临床治疗,显示出了广阔的应用前景。