應(yīng)用3.0T MR電影相位對比成像定量研究頸椎管內(nèi)腦脊液腹側(cè)和后外側(cè)運動的區(qū)別

腦脊液循環(huán)有人體第三循環(huán)之稱。早在20世紀(jì)40年代人們就開始了對腦脊液流動問題的研究。最初的方法都是一些有創(chuàng)傷的檢查方法，改變了腦脊液的生理性環(huán)境。自20世紀(jì)80年代磁共振電影相位對比技術(shù)（PC-MRI）應(yīng)用于臨床以后，磁共振可以做到無創(chuàng)準(zhǔn)確定量測量腦脊液的流動方向和速度，無需引入對比劑，尤其對緩慢流動敏感[1]。過去的十幾年中，PC-MRI檢查主要集中于顱內(nèi)的腦脊液，如中腦導(dǎo)水管、枕骨大孔上方水平腦脊液的流動[2～7]，對于椎管內(nèi)的腦脊液研究甚少。本研究應(yīng)用磁共振相位對比方法研究頸椎管內(nèi)的腦脊液循環(huán)特點，定量測量頸椎管內(nèi)腹側(cè)及后外側(cè)的腦脊液流速，以期為腦脊液循環(huán)的研究提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 在最近12個月的回顧性研究中，對80例健康志愿者進行了檢查，檢查中均未發(fā)現(xiàn)任何顱內(nèi)及椎管內(nèi)病變。其中，男性 38例（47.5%），女性42例（52.5%）。年齡15～45歲（平均30.3±15.2歲）。

1.2 儀器與方法 應(yīng)用GE signa EXCITE 3.0T HD磁共振設(shè)備，脊柱線圈，仰臥位掃描，檢查前不用做任何準(zhǔn)備。掃描過程中盡量避免深呼吸和吞咽動作。首先常規(guī)行頸椎矢狀位、橫軸位掃描，應(yīng)用快速恢復(fù)快速自旋回波序列（FRFSE）掃描，參數(shù)：TR/TE/NEX/FA，2 400～2 500ms/110～120ms/4/90；層厚 3mm，層間隔0.5mm，F(xiàn)OV 26cm×26cm，矩陣380×256。然后所有志愿者采用外周門控，分別于頸2～3椎間盤、頸3～4椎間盤、頸4～5椎間盤、頸5～6椎間盤及頸6～7椎間盤水平行快速電影相位對比法掃描，定位線分別與椎管內(nèi)蛛網(wǎng)膜下腔腦脊液流向垂直（圖 1）。快速電影相位對比序列的掃描參數(shù)：TR/TE/NEX/FA，最小/最小/1/20，層厚3mm，層間隔0mm，F(xiàn)OV16cm×16cm，矩陣256×128。流速編碼應(yīng)用20cm/s，方向規(guī)定頭向尾方向為正向，在相位圖上呈白色，尾向頭方向為反方向，在相位圖上呈黑色（圖 2）。整個掃描檢查時間大約15min。我們把一個心動周期分為30個時相，快速電影相位對比法掃描后的圖像經(jīng)過后處理得到頸椎管內(nèi)每一個椎間盤水平一個心動周期內(nèi)的實時流速。由于頸椎椎管近似三角形，我們?nèi)藶榈匕杨i椎椎管分為三部分：腹側(cè)、右后側(cè)、左后側(cè)。將所得圖像放大到合適大小，而后調(diào)節(jié)窗寬、窗位使得頸部蛛網(wǎng)膜下腔與鄰近結(jié)構(gòu)對比最清晰時，由兩位有經(jīng)驗的影像科診斷醫(yī)師使用盲法分別應(yīng)用軌跡球仔細(xì)畫出椎管內(nèi)腹側(cè)、右后側(cè)、左后側(cè)蛛網(wǎng)膜下腔的范圍，然后自動得到每一個時相的腦脊液流速及整個心動周期內(nèi)的流動波形（圖 3、4），峰值流量=峰值流速×感興趣區(qū)面積。

圖1 定位線垂直于頸2～3椎間盤水平椎管內(nèi)腦脊液流動方向

圖2 A圖PC-MRI上椎管內(nèi)腦脊液頭向尾側(cè)流動呈白色；B圖腦脊液尾向頭側(cè)流動呈黑色

圖3 A圖頸2～3水平椎管分成3個感興趣區(qū)：腹側(cè)、右后側(cè)和左后側(cè)；B圖分別代表每一個感興趣區(qū)對應(yīng)的實時流速（mm/s）

圖4 每一個感興趣區(qū)對應(yīng)的一個心動周期內(nèi)腦脊液的振動波形

獲得每一個志愿者的頸2～3椎間盤、頸3～4椎間盤、頸4～5椎間盤、頸5～6椎間盤及頸6～7椎間盤水平腹側(cè)、右后側(cè)及左后側(cè)的蛛網(wǎng)膜下腔面積（mm2）以及對應(yīng)的每一個時相的腦脊液實時流速（cm/s）。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析 應(yīng)用SAS V8軟件分析數(shù)據(jù)，計量資料數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示頸椎管同一椎間盤水平的腹側(cè)、右后側(cè)及左后側(cè)峰值流速、峰值流量應(yīng)用多個樣本比較的秩和檢驗（kruskal-wallis）；同一椎間盤水平的腹側(cè)、后外側(cè)峰值流速、峰值流量應(yīng)用兩組之間的非參數(shù)秩和檢驗（mann-whitney U檢驗）；頸椎管不同椎間盤水平的腹側(cè)、右后側(cè)、左后側(cè)峰值流速、峰值流量應(yīng)用多個樣本比較的秩和檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

在磁共振相位對比圖像中，所有志愿者頸椎管內(nèi)不同椎間盤水平的腦脊液心臟收縮期都呈白色高信號，代表從頭向尾流動；心臟舒張期都呈黑色低信號，代表腦脊液從尾向頭流動。在一個心動周期中，椎管內(nèi)的腦脊液呈振蕩運動，而且收縮期流速普遍大于舒張期流速，表明一個心動周期內(nèi)為頭向尾方向的凈流動。

分別測得磁共振相位對比圖像中頸2～3椎間盤、頸3～4椎間盤、頸4～5椎間盤、頸5～6椎間盤及頸6～7椎間盤水平腹側(cè)峰值流速、峰值流量及右后側(cè)、左后側(cè)峰值流速、峰值流量見表1，應(yīng)用多樣本之間比較的秩和檢驗發(fā)現(xiàn)同一椎間盤水平腹側(cè)峰值流速、峰值流量明顯大于右后側(cè)、左后側(cè)峰值流速、峰值流量（P＜0.05）；頸椎管不同椎間盤水平的腹側(cè)、右后側(cè)、左后側(cè)峰值流速、峰值流量沒有顯著性差別。

表1 頸2～7椎間盤水平腹側(cè)、右后側(cè)、左后側(cè)峰值流速、峰值流量

3 討論

3.1 腦脊液的循環(huán) 自從放射性核素腦池造影、X線電影腦池和腦室造影及顱內(nèi)壓監(jiān)測等方法應(yīng)用以來，學(xué)者們對腦脊液的產(chǎn)生、循環(huán)途徑和吸收的生理情況有了初步了解。DiChino等[8]經(jīng)核素腦池造影24h后發(fā)現(xiàn)最多量的核素積聚在顱頂蛛網(wǎng)膜顆粒，提出了腦脊液團流模式，即腦脊液于腦室系統(tǒng)脈絡(luò)叢產(chǎn)生后，通過中腦導(dǎo)水管經(jīng)由第四腦室正中孔和側(cè)孔進入蛛網(wǎng)膜下腔，在椎管內(nèi)腦脊液通過脊髓的背側(cè)下流至終池，腦脊液在此轉(zhuǎn)向脊髓前面并向上經(jīng)基底池至顱頂，腦脊液在此處被上矢狀竇旁蛛網(wǎng)膜顆粒吸收入血。20世紀(jì)70年代以后傳統(tǒng)的腦脊液團流理論受到質(zhì)疑，Greitz等[9]用核素腦池造影方法進行研究，認(rèn)為造影后24h放射性核素標(biāo)記在顱頂及腰骶部積聚并不能用腦脊液團流理論來解釋，而可能是由腦室系統(tǒng)流出的腦脊液搏動混合所致。但是由于上述方法的創(chuàng)傷性和不可靠性限制了對腦脊液動力學(xué)的生理和病理研究。1986～1987 年，F(xiàn)einberg 和Mark首次將電影相位對比法用于測量腦脊液速度的活體研究，開創(chuàng)了PC-MRI研究和臨床應(yīng)用的新領(lǐng)域[10]。

此后應(yīng)用PC-MRI成像研究腦脊液流動形式的相關(guān)報道逐漸增多，但是文獻主要集中于顱內(nèi)，如中腦導(dǎo)水管、枕骨大孔上方水平比較狹窄結(jié)構(gòu)內(nèi)的腦脊液運動形式。而對于椎管內(nèi)的大量的腦脊液流動報道甚少。本研究中我們測得80例正常志愿者頸不同椎間盤水平椎管內(nèi)腦脊液的流動特點：①在一個心動周期中頸椎管內(nèi)腦脊液呈振蕩性運動，收縮期，腦脊液由頭端流向尾端；舒張期，腦脊液由尾端流向頭端；②同時發(fā)現(xiàn)在一個心動周期中收縮期流速普遍大于舒張期流速，故考慮凈流量為頭向尾方向。與Hofmann E等的報道相同[11]。

3.2 MR相位對比電影成像的原理 MR相位對比電影成像是通過位相相反的兩極組成的流動梯度磁場對流動液體進行兩次不同的流動編碼圖像采集。因為流動編碼梯度對靜止組織沒有作用，兩次圖像采集所得的靜止質(zhì)子信號相同，而流動質(zhì)子在兩個梯度之間經(jīng)過兩個不同的正負(fù)梯度累加而產(chǎn)生相位位移。此相位位移與流動質(zhì)子在流動編碼方向上的流動成正比。這兩個圖像相減即可得到只有流動質(zhì)子的圖像。在相位對比圖像中，相位位移與流速成正比，表現(xiàn)為像素信號強度的變化；同時還能表示流體的方向。流體與預(yù)設(shè)的流動編碼方向一致，像素顯示為白色亮信號，反之為黑色暗信號，而靜止組織呈灰色信號。

相位對比電影成像通過相位對比技術(shù)與心電門控技術(shù)相結(jié)合，使得流動液體的相位位移與時間相結(jié)合，可以獲得流動液體的實時流速。國內(nèi)外近年來有學(xué)者用此技術(shù)來測量血流及顱內(nèi)導(dǎo)水管的腦脊液流動[12]，但對椎管內(nèi)的腦脊液循環(huán)研究很少。

應(yīng)用磁共振電影相位對比法測量椎管內(nèi)腦脊液的流動有很多優(yōu)點，包括無創(chuàng)傷、無需患者做準(zhǔn)備、無需引入對比劑、無X線輻射、掃描速度快，尤其是快速電影相位對比法整個序列掃描時間僅僅十幾秒，即可定量得到腦脊液的實時流速。

3.3 MR相位對比電影掃描的注意事項 目前，雖然我們應(yīng)用的是高分辨率的MR設(shè)備，但仍有一些誤差，包括不合適的流速編碼、部分容積效應(yīng)、渦流的影響以及放置感興趣的誤差等[13～15]。

為定量測量流體，在確定感興趣的層面上需選擇合適的流速編碼。流速編碼的選擇要求是既可見到流體的快流動，也可見到相對的慢流動。過高于真實流體峰速度的流速編碼可能低估流速, 而低于真實流體峰速度的流速編碼可能高估流速。根據(jù)我們的經(jīng)驗和文獻報道，測量頸椎管內(nèi)腦脊液的流速，流速編碼值置于15～20cm/s之間為宜。

為了減少誤差的發(fā)生，感興趣區(qū)的選擇應(yīng)盡量準(zhǔn)確全面。由于頸椎椎管近似三角形，故我們在測量頸椎管內(nèi)腦脊液面積時人為將頸椎椎管蛛網(wǎng)膜下腔分為3部分——腹側(cè)、右后側(cè)、左后側(cè)分別測量來減少誤差。在處理流動圖像時盡量使用最佳的窗寬、窗位，只有準(zhǔn)確地確定管徑的邊緣，才能準(zhǔn)確地定位感興趣區(qū)的范圍。

3.4 頸椎管內(nèi)腦脊液腹側(cè)和后外側(cè)運動的區(qū)別 關(guān)于同一水平椎管內(nèi)不同區(qū)域腦脊液的流速是否一致一直困惑著研究者。在我們的大樣本研究中發(fā)現(xiàn)，頸椎管同一水平蛛網(wǎng)膜下腔腦脊液腹側(cè)峰值流速、峰值流量明顯大于后外側(cè)峰值流速，峰值流量；同時發(fā)現(xiàn)頸椎管不同水平蛛網(wǎng)膜下腔腦脊液腹側(cè)、后外側(cè)峰值流速、峰值流量沒有顯著性區(qū)別。研究表明，椎管內(nèi)腹側(cè)腦脊液循環(huán)動力明顯大于后外側(cè)，希望這個研究結(jié)果能為腦脊液循環(huán)未來的生理、病理研究提供重要參考價值。

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