青少年特發(fā)性脊柱側凸患者顱頸交界區(qū)腦脊液動力學研究

孫 瑤，解京明，王迎松，張 穎，趙 智，李 韜

特發(fā)性脊柱側凸多發(fā)于青少年，以脊柱側凸及旋轉畸形為主要特征，但無任何先天性脊柱異常，神經肌肉或骨骼疾病，初診年齡常＜18歲，故將該年齡段發(fā)病特稱為青少年特發(fā)性脊柱側凸(adolescent idiopathic scoliosis，AIS)，并以女童多見，但目前病因不明。有文獻顯示神經系統(tǒng)和骨骼系統(tǒng)生長發(fā)育不平衡，及其導致的脊髓張力過高可能是AIS發(fā)病機制之一［1］。本研究采用常規(guī)及相位對比法核磁共振技術對比AIS患者和正常人在枕骨大孔水平腦脊液(cerebrospinal fluid，CSF)動力學特征，并測量小腦扁桃體位置與枕骨大孔間的關系及枕骨大孔前后徑，對枕骨大孔區(qū)腦脊液流動變化與小腦扁桃體位置及枕骨大孔前后徑關系進行相關性分析，以期初步探討腦脊液動力學改變與AIS的關系。

1 資料與方法

1.1 研究對象

選取2010年3月～2011年8月本院手術治療的AIS患者32例作為側凸組，年齡12～18歲(平均14.5歲);男8例，女24例。其中主彎為胸彎的22例(68.8%)，腰彎8 例(25.0%)，胸腰彎2 例(6.2%)，主彎Cobb角平均為49°(38°～80°)。對照組選取本地中學招募相同年齡段正常青少年30名，年齡13～18歲(平均14.9歲);男7例，女23例，所有對照組成員由脊柱外科醫(yī)師行體格檢查側凸，臨床神經系統(tǒng)檢查及MRI檢查脊柱、脊髓均無異常。2組在年齡、性別構成等方面組間差異均無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。

1.2 MRI掃描

1.2.1 常規(guī)MRI掃描定位

采用1.5T超導核磁共振成像儀SONATA(德國西門子公司)，首先對側凸組及正常對照組進行常規(guī)頸部MRI檢查;部分患者加用快速液體衰減反轉回復序列。然后從正中矢狀位圖像中選擇清晰顯示枕骨大孔、頸椎的圖像，取軸位的枕骨大孔水平進行CSF流動測定。

1.2.2 PC-cine MRI掃描

在同步心電門控下進行PC-cine MRI掃描，頸椎正中矢狀位圖像用于觀察頸段CSF流動的動態(tài)變化，在枕骨大孔區(qū)層面:軸位掃描線選擇在經枕骨大孔骨性前后緣，在1個心動周期內采集32～48幅圖像，會得到不同時相、不同信號的CSF流動圖。本實驗中低信號代表足向運動，為負值;高信號代表頭向運動，為正值。信號強度代表流速，以連續(xù)2次P波的間隔為1次CSF循環(huán)(見圖1)。

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

1.3 CSF 流動分析

使用Argus流動分析軟件，在枕骨大孔軸位層面于腹側(腹側面積較大)選取感興趣區(qū)(region of interesting，ROI)，測量1次CSF循環(huán)持續(xù)時間(與心率相關)，CSF從頭端流向尾端即向下(down flow，DF)時相的持續(xù)時間、從尾端流向頭端即向上(up flow，UF)時相的持續(xù)時間，并分別計算其在1次CSF循環(huán)時間內所占百分比:DF比率(DF/1次循環(huán)的時間)、UF比率(UF/1次循環(huán)的時間)。測量DF流動的起始時間(down flow start point，DS)在1次CSF循環(huán)時間內的比率，即DS比率;測量靜止期(stationary phase，SP)在1次CSF循環(huán)時間內的比率，即SP比率。同時測量并計算CSF向下流動的最大流速(VDmax)、向上流動的最大流速(VUmax);繪制最大流速/時間曲線(見圖2)。

圖2 2組枕骨大孔區(qū)的峰值流速/時間曲線Fig.2 Foramen magnum region of the peak velocity/time curve in 2 groups

1.4 小腦扁桃體位置與枕骨大孔前后徑測定

根據(jù)Aboulezz等［2］的方法在正中矢狀面圖像上測量小腦扁桃體與枕骨大孔連線(BO線)的相對距離及枕骨大孔前后徑(見圖3)。小腦扁桃體位于BO線上方為正值，位于下方則為負值，并將小腦扁桃體位置與腦脊液動力學指標及枕骨大孔前后徑行相關性分析。

圖3 小腦扁桃體相對BO線的位置Fig.3 Cerebellar tonsil relative BO line position

1.5 統(tǒng)計學分析

2 結 果

2.1 枕骨大孔處腦脊液動力學

通過軸位層面的定量測量顯示，在枕骨大孔平面，側凸組與常對照組相比，UF比率、VDmax及VUmax等指標組間差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05);但側凸組DS比率及SP比率明顯增高，組間差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.01);DF比率明顯降低，組間差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)。具體結果見表1。

表1 脊柱側凸組與對照組PC-cine MRI結果比較Tab.1 Comparison of PC-cine MRI results between scoliosis group and control group

2.2 小腦扁桃體相對BO線的位置

30例正常對照者小腦扁桃體最低點均位于BO線以上，平均3.1 mm;側凸組患者中則有18例(56.3%)小腦扁桃體最低點位于BO線以下，平均-3.2 mm，14例(43.7%)小腦扁桃體最低點位于BO線以上，平均1.2 mm。側凸組小腦扁桃體最低點相對BO線位置與DS比率及SP比率呈負相關(r=-0.943，P＜0.01;r=-0.893，P＜0.01)，與 DF 比率呈正相關(r=0.912，P＜0.01)，與 UF 比率、VDmax及 VUmax等指標腦脊液動力學指標無相關性。

2.3 枕骨大孔前后徑

正中矢狀面圖像上測量側凸組枕骨大孔前后徑為(37.6 ±4.5)mm，對照組為(31.8 ±3.7)mm，側凸組相比對照組，枕骨大孔前后徑明顯增大，組間差異有統(tǒng)計學意義(t=2.109，P＜0.05)，且側凸組枕骨大孔前后徑與小腦扁桃體最低點位置呈負相關(r=-0.937，P＜0.01)，即枕骨大孔前后徑越長則小腦扁桃體最低點位置越低。

3 討 論

近年來，AIS的病因學研究已引起廣泛關注，但目前病因仍不明確。在二十世紀七十年代，Roth［3］就曾提出脊柱脊髓不平衡生長可能會是脊柱側凸發(fā)生的一個原因。此后Porter［4］也指出該不平衡可以被代償性的脊柱骨性側凸弧度所緩解。近年來，Guo等［5］對AIS患者的研究表明，其脊柱前柱表現(xiàn)了相對過快生長的特點。Chu等［6］在嚴重的AIS患者群體中發(fā)現(xiàn)脊髓的長度與脊柱的長度相比有顯著地減小，提示此類患者骨性結構和神經結構的生長不匹配，并推測不匹配生長可能是側凸發(fā)生的一個原因;同時還觀察到了AIS患者有低位小腦扁桃體傾向。從而顯示脊柱脊髓生長發(fā)育不平衡，及其導致的脊髓張力過高可能是AIS發(fā)病機制之一。

基于特發(fā)性脊柱側凸脊柱脊髓發(fā)育不平衡理論，加之脊髓在發(fā)育過程中遠端被終絲牽拉固定，圓錐不能再移動，導致脊髓所受牽張力增大，勢必促使小腦扁桃體下移以適應增大的應力。亦有學者提出Chiari畸形Ⅰ型中患者小腦扁桃體低位導致腦脊液流動相對梗阻理論，并以PC-cine MRI掃描法及CSF流動分析證實［7-9］，加之Chiari畸形患者為側凸高發(fā)，由此說明受脊髓牽拉的小腦扁桃體下移至顱頸交界區(qū)，影響該部位腦脊液正常流動。為進一步證實該理論是否與AIS的發(fā)生機制相同或相近，本研究應用PC-cine MRI掃描技術及Argus流動分析軟件對AIS顱頸交界區(qū)腦脊液動力學進行研究。

本研究中，側凸組相比對照組，枕骨大孔區(qū)腦脊液DS比率及SP比率明顯增高，DF比率明顯降低，說明側凸組相比對照組顱頸交界區(qū)腦脊液存在異常。同時，側凸組中有18例(56.3%)患者小腦扁桃體最低點位于枕骨大孔連線(BO線)以下，且側凸組小腦扁桃體最低點相對BO線位置與DS比率、SP比率及DF比率有相關性。由此表明AIS顱頸交界區(qū)腦脊液動力學改變與患者小腦扁桃體位置下移存在顯著聯(lián)系，這也與Chiari畸形I型腦脊液動力學的研究結果相同。實驗結果中UF比率、VDmax及VUmax等腦脊液動力學指標在2組比較中差異無統(tǒng)計學意義，一部分原因可能是樣本偏小，但AIS患者中枕骨大孔前后徑增大可能代償顱頸交界區(qū)腦脊液動力學改變或許也是重要原因。

正常人腦脊液循環(huán)呈類似正弦波型，自上而下在心動周期中的向下流動起點逐漸后移，也說明腦脊液向下流動的驅動力由顱頸交界區(qū)逐漸傳導至頸、胸及腰段脊柱椎管內。當脊髓發(fā)育過程中因脊柱脊髓生長不平衡而受牽拉，導致小腦扁桃體下降至顱頸交界區(qū)，則必然影響腦脊液正常循環(huán)。文獻［10-11］報道，AIS患者中小腦扁桃體位置越低，則枕骨大孔越大，考慮與代償有關。枕骨大孔是與后顱窩相連的孔狀結構，為顱頸交界區(qū)“重要門戶”，當AIS患者該區(qū)域腦脊液動力學發(fā)生改變時，為適應脊髓牽拉所造成的低位小腦扁桃體而發(fā)生的繼發(fā)改變，枕骨大孔前后徑只有增大以代償這種改變。本研究中側凸組相比對照組枕骨大孔前后徑明顯增大，且枕骨大孔前后徑的增大與小腦扁桃體下移程度具有相關性，這也從另一個側面證實了上述觀點。但另一方面?zhèn)韧菇MDF比率在時相上降低，向下流動的起始時間延遲;DS比率及SP比率明顯增高，表明CSF循環(huán)在顱頸交界區(qū)依舊存在流動通道狹窄或部分梗阻情況，由顱內向椎管內的流動受限依然明顯，說明代償性地枕骨大孔增大并沒有完全緩解CSF循環(huán)異常，從而誘發(fā)在生長發(fā)育過程中脊柱骨性結構的調節(jié)性改變，即脊柱側凸。

總之，AIS患者存在顱頸交界區(qū)腦脊液動力學改變，這種改變有可能由脊柱脊髓生長不平衡導致脊髓牽拉、小腦扁桃體下移所致。雖然枕骨大孔發(fā)生增大以適應腦脊液動力學改變，但仍不足以完全代償，從而誘發(fā)脊柱骨性結構生長發(fā)育中代償性側凸。對于脊柱骨性結構如何代償性側凸來適應腦脊液動力學改變仍不得而知，有待進一步研究證實。

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