PC-MRI 技術(shù)在腦脊液循環(huán)中的應(yīng)用

盛范龍，王長(zhǎng)軍，董 輝，修建軍

（1.濱州醫(yī)學(xué)院，山東煙臺(tái)264003；2.山東省濟(jì)南市濟(jì)陽(yáng)區(qū)人民醫(yī)院影像科，山東濟(jì)南251400；3.山東省立醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，山東濟(jì)南250021）

腦脊液循環(huán)流速慢且復(fù)雜，MRI 相位對(duì)比成像（PC-MRI）適合于檢測(cè)緩慢流體，既能顯示流體管道形態(tài)，又能提供流體動(dòng)力學(xué)信息［1］，在腦積水診斷及術(shù)后評(píng)估、蛛網(wǎng)膜囊腫性質(zhì)判斷的應(yīng)用中有重要意義。以往研究［2-3］在腦脊液流動(dòng)曲線、流速編碼（VENC）值、導(dǎo)水管掃描位置及ROI 面積的選取等方面存在差異。本文應(yīng)用PC-MRI 技術(shù)對(duì)中腦導(dǎo)水管腦脊液檢測(cè)，進(jìn)一步分析流動(dòng)曲線形態(tài)，并探討上述因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2018 年6—9 月共納入30 例志愿者，其中10 例（第1 組）行不同VENC 值（5、10、20、70 cm/s）的腦脊液參數(shù)測(cè)定，ROI=0.03 cm2，男6 例，女4 例，年齡21～60 歲，平均37.4 歲；10 例（第2組）行導(dǎo)水管不同位置（導(dǎo)水管上口、中段、下口）掃 描，ROI=0.03 cm2，男5 例，女5 例，年齡21～48歲，平均31.9 歲；10 例（第3 組）定位導(dǎo)水管中段、VENC=20 cm/s，行不同ROI 面積（0.01、0.02、0.03、0.04 cm2）掃描，男7 例，女3 例，年齡21～48 歲，平均31.6 歲。入選標(biāo)準(zhǔn)：平素健康，心率60～80 次/min，先行常規(guī)MRI 平掃除外顱腦病變。所有受檢者均知情同意，符合倫理學(xué)要求。

1.2 儀器與方法 采用Philips 3.0 T Ingenia MRI及頭部16 通道相控陣線圈，先行常規(guī)顱腦MRI 平掃，腦脊液流動(dòng)檢查序列包括相位圖像（CSF-PCA）序列和流動(dòng)定量（CSF-QF）序列。CSF-PCA 序列參數(shù)：TR 21.0 ms，TE 7.9 ms，F(xiàn)OV 250 mm×227 mm，層厚10 mm，無(wú)間隔，矩陣384×384；CSF-QF 序列參數(shù)：TR 12.0 ms，TE 7.4 ms，F(xiàn)OV 150 mm×150 mm，層厚4 mm，無(wú)間隔，矩陣256×178，NEX 1。編碼方向足側(cè)向頭側(cè)，重建相位13。使用外周指脈門控、呼吸及流動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)。

1.3 圖像后處理及分析 選擇CSF-QF 序列，電影模式觀察CSF-PCA 圖像；應(yīng)用Q-FLOW 分析軟件包處理，于中腦導(dǎo)水管勾畫(huà)ROI，系統(tǒng)自動(dòng)生成1 個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)的流動(dòng)曲線和腦脊液的多項(xiàng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。先分析相位圖及流動(dòng)曲線，后對(duì)比分析舒張期峰值流速、收縮期峰值流速、平均流速、絕對(duì)每搏輸出量（ASV）及回返系數(shù)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 17.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以±s 表示，多組比較采用單因素方差分析及兩兩比較，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。多組數(shù)據(jù)先行方差齊性檢驗(yàn)，若方差齊采用單因素方差分析，方差不齊采用Kruskal-Wallis 秩和檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

30 例均表現(xiàn)為1 個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)導(dǎo)水管區(qū)腦脊液呈往復(fù)交替式流動(dòng)，相位圖呈黑白交替變化（圖1）。導(dǎo)水管區(qū)腦脊液流動(dòng)曲線形態(tài)多樣，呈正、余弦波和“U”型波（圖2～4）。

第1 組VENC=5 cm/s 均出現(xiàn)相位混淆，相位圖呈白色中間黑色影，流動(dòng)曲線呈無(wú)規(guī)律波浪狀；VENC=10、20、70 cm/s 時(shí)相位圖像均無(wú)混淆偽影，流動(dòng)曲線呈規(guī)律正、余弦曲線（圖5）；VENC=70 cm/s 組幅度圖腦脊液信號(hào)明顯較低、流動(dòng)曲線較10、20 cm/s 局限輕度變化。VENC 不同各測(cè)量值均服從正態(tài)分布，平均流速及ASV 方差不齊行秩和檢驗(yàn)。VENC=5 與10、20、70 cm/s 時(shí)的峰值流速和ASV 差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05），而10、20、70 cm/s 測(cè)量結(jié)果差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）（表1）。

圖1 男，36 歲 圖1a，1b 正常腦脊液流動(dòng)相位圖呈黑白交替 圖2～4 應(yīng)用相同門控和編碼方向、采集重建相位數(shù)情況下3 例志愿者（均為男性，分別為21、42、36 歲），出現(xiàn)3 種波形 圖5 男，25 歲 圖5a～5d 流速編碼（VENC）分別為5、10、20、70 cm/s，VENC=5 cm/s 時(shí)曲線不規(guī)則，后三者呈基本一致的正弦曲線

第2 組導(dǎo)水管上口、中段、下口測(cè)量的舒張期峰值流速、收縮期峰值流速、平均流速及回返系數(shù)，均服從正態(tài)分布，方差齊，結(jié)果差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）（表2）。

第3 組不同大小ROI 時(shí)的測(cè)量值均服從正態(tài)分布，平均流速方差不齊行秩和檢驗(yàn)。ASV 隨ROI 增大而增加，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）；不同ROI 舒張期峰值流速、收縮期峰值流速、平均流速及回返系數(shù)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）（表3）。

表1 10 例定位導(dǎo)水管中段、不同venc 取值、ROI=0.03 cm2 的測(cè)量值比較（±s）

表1 10 例定位導(dǎo)水管中段、不同venc 取值、ROI=0.03 cm2 的測(cè)量值比較（±s）

注：VENC，流速編碼；ASV，絕對(duì)每博輸出量。

表2 10 例定位導(dǎo)水管不同位置、VENC=20 cm/s、ROI=0.03 cm2 時(shí)的測(cè)量值比較（±s）

表2 10 例定位導(dǎo)水管不同位置、VENC=20 cm/s、ROI=0.03 cm2 時(shí)的測(cè)量值比較（±s）

表3 10 例定位導(dǎo)水管中段、VENC=20 cm/s、不同ROI 時(shí)的測(cè)量值比較（±s）

表3 10 例定位導(dǎo)水管中段、VENC=20 cm/s、不同ROI 時(shí)的測(cè)量值比較（±s）

3 討論

3.1 PC-MRI 原理 PC-MRI 是一種既能顯示流體管道形態(tài)，又能提供流體動(dòng)力學(xué)信息的無(wú)創(chuàng)檢查技術(shù)，是目前唯一無(wú)創(chuàng)、全面、定量流體分析的技術(shù)［4］。流體與周圍靜止組織相位差值的定量化可推算出其流速、流量及每搏流量［5］。PC 序列采集數(shù)據(jù)經(jīng)后處理得到2 種圖像：幅度圖和相位圖，前者反映解剖結(jié)構(gòu)，后者含有流體的方向信息，且信號(hào)強(qiáng)度與流速成正比［6］。

3.2 腦脊液流動(dòng)特性 正常中腦導(dǎo)水管腦脊液在1次心動(dòng)周期內(nèi)呈雙向振動(dòng)流動(dòng)，這種振動(dòng)式流動(dòng)來(lái)源于心動(dòng)周期內(nèi)腦血容量的變更，即在顱骨完整的前提下顱內(nèi)容積及腦內(nèi)動(dòng)脈、靜脈、腦脊液總量均恒定，心收縮期動(dòng)脈血入腦，腦組織擴(kuò)張而顱骨堅(jiān)硬不具備緩沖能力，擴(kuò)張的腦組織擠壓腦室系統(tǒng)使腦脊液通過(guò)中腦導(dǎo)水管向下流動(dòng)，以此緩沖升高的顱內(nèi)壓；相反，舒張期腦脊液又可通過(guò)導(dǎo)水管向上回流腦室系統(tǒng)以維持顱內(nèi)壓［2］。

3.3 導(dǎo)水管腦脊液流動(dòng)曲線 PC-MRI 圖像經(jīng)后處理得到腦脊液流速-時(shí)間曲線，可直觀顯示腦脊液往返流動(dòng)的特點(diǎn)，腦脊液流動(dòng)曲線呈現(xiàn)3 種形態(tài)，分別為“正（余）弦波”、“U”形波、倒置“U”形波［7］。對(duì)比觀察以上3 種曲線形態(tài)、結(jié)合數(shù)學(xué)中正余弦波形特點(diǎn)和曲線對(duì)應(yīng)的數(shù)字，筆者認(rèn)為這3 種曲線是因掃描觸發(fā)點(diǎn)的不同造成的，在反映腦脊液流動(dòng)特性上本質(zhì)是一致的，均反映雙向往復(fù)波動(dòng)式流動(dòng)，延長(zhǎng)諸波形具有一致性。

部分報(bào)道［8］認(rèn)為在中腦導(dǎo)水管區(qū)測(cè)量腦脊液流速-時(shí)間曲線的類型與所使用的門控類型、重建相位數(shù)及流速編碼方向有關(guān)；筆者應(yīng)用相同門控和編碼方向、采集重建相位數(shù)情況下出現(xiàn)了2～3 種波形，說(shuō)明流動(dòng)曲線波形與門控類型、編碼方向、重建相位數(shù)及方向觸發(fā)方式中的單一因素?zé)o關(guān)，推測(cè)可能與觸發(fā)點(diǎn)選擇或上述因素的不同組合有關(guān)。

3.4 PC-MRI 法測(cè)量中腦導(dǎo)水管區(qū)腦脊液流動(dòng)的影響因素 不同學(xué)者對(duì)正常志愿者中腦導(dǎo)水管腦脊液流速、流量等的研究存在較大差異，表明PC-MRI 法可能存在較多影響測(cè)量結(jié)果的因素，使得PC-MRI 腦脊液流動(dòng)分析的臨床應(yīng)用受到一定限制［9-10］。

3.4.1 VENC VENC 是指運(yùn)動(dòng)質(zhì)子達(dá)到180°相位位移時(shí)的速度，流體速度范圍在VENC 范圍內(nèi)，信號(hào)強(qiáng)度與流速成正比；理想的VENC 值應(yīng)與真實(shí)的流體速度盡可能一致，小于實(shí)際峰值流速會(huì)產(chǎn)生“混淆”偽影并低估流體流速［11］，過(guò)高則會(huì)因測(cè)得相位改變的質(zhì)子減少使實(shí)際測(cè)量值較正常值偏低。因此，實(shí)際測(cè)量中VENC 應(yīng)取值適當(dāng)。

本研究設(shè)定VENC=5、10、20、70 cm/s，VENC=5 cm/s 時(shí)均出現(xiàn)混淆偽影，時(shí)相-流量曲線不規(guī)則、波動(dòng)明顯，測(cè)量結(jié)果亦偏低。VENC 取10、20、70 cm/s時(shí)，各測(cè)量指標(biāo)間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明VENC=70 cm/s 時(shí)未引起相位的明顯丟失，但使測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)偏低、流動(dòng)曲線出現(xiàn)輕度波動(dòng)。因此，筆者認(rèn)為在應(yīng)用PC-MRI 進(jìn)行流速測(cè)量前，須對(duì)被測(cè)量流體的最大流速進(jìn)行大概判斷，取等或稍高VENC 值以求測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確。

有學(xué)者［12］認(rèn)為VENC 的設(shè)定值應(yīng)盡可能接近流體的峰值流速，盡量在無(wú)偽影基礎(chǔ)上選擇最小值。車英玉等［13］發(fā)現(xiàn)流速為10 cm/s 時(shí)，圖像在1 個(gè)周期中的變化最明顯，并將VENC 設(shè)定為12 cm/s。鐘熹等［3］研究顯示VENC=60 cm/s 時(shí)，并未對(duì)較低流度腦脊液的測(cè)量產(chǎn)生明顯影響，認(rèn)為VENC 有“寧高勿低”的取值原則。

結(jié)合以上觀點(diǎn)及本研究認(rèn)為，當(dāng)VENC 設(shè)置到混淆偽影消失時(shí)的最低值時(shí)測(cè)量結(jié)果最準(zhǔn)確，由此可認(rèn)為VENC 取值應(yīng)稍高于10 cm/s。

3.4.2 中腦導(dǎo)水管定位 中腦導(dǎo)水管解剖上由2 個(gè)生理狹窄分成3 段，分別為入口段、中間段、出口段。PC-MRI 中腦導(dǎo)水管腦脊液的測(cè)量結(jié)果及解剖定位存在較大爭(zhēng)議，至今仍無(wú)統(tǒng)一的掃描定位標(biāo)準(zhǔn)。Kapsalaki 等［14］發(fā)現(xiàn)正常成人導(dǎo)水管上述3 處位置測(cè)得的腦脊液的不同，導(dǎo)水管入口段、中間段、出口段平均流速依次降低，且差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而流量差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Abbey 等［15］認(rèn)為不同解剖部位間腦脊液流速不同但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

研究［3］發(fā)現(xiàn)導(dǎo)水管中間段測(cè)量結(jié)果可復(fù)性最佳，可作為理想的測(cè)速位置。本研究結(jié)果與Abbey 等［15］的相似。導(dǎo)水管中段面積相對(duì)較大且流動(dòng)模型更穩(wěn)定，上下口處可能存在更明顯渦流，另外，導(dǎo)水管中段易于檢查定位及ROI 的界定，有利于減少部分容積效應(yīng)對(duì)結(jié)果的影響。

3.4.3 ROI 面積 中腦導(dǎo)水管直徑較小，繪制ROI時(shí)需適當(dāng)放大以利于觀察及手動(dòng)繪制，但同時(shí)也會(huì)放大導(dǎo)水管內(nèi)腦脊液與管壁間的部分容積效應(yīng)，使邊界模糊，因此ROI 的設(shè)置并不精確；幅度圖像上管腔斷面與周邊組織對(duì)比度較好，在繪制時(shí)應(yīng)選擇導(dǎo)水管幅度圖像較亮的圖像，圖像放大應(yīng)適度，窗寬、窗位應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)，以利于ROI 的繪制?？傮w數(shù)據(jù)的分析應(yīng)盡量貼近管壁邊緣但應(yīng)避免過(guò)度，否則會(huì)增加管壁部分容積效應(yīng)的影響而使測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

研究［2］發(fā)現(xiàn)，不同ROI 面積導(dǎo)水管中間段腦脊液流速測(cè)量無(wú)差異，而ASV 與面積呈正相關(guān)。本研究繪制4 個(gè)不同ROI 面積對(duì)導(dǎo)水管中間段進(jìn)行測(cè)量對(duì)比，腦脊液舒張期峰值流速、收縮期峰值流速差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，平均流速隨ROI 增加而減小，符合層流中間快、周邊慢的特點(diǎn)。

總之，腦脊液流動(dòng)形式復(fù)雜，PC-MRI 檢測(cè)時(shí)導(dǎo)水管區(qū)腦脊液流動(dòng)曲線形態(tài)多樣，但均反映腦脊液流動(dòng)的意義具有一致性，且流動(dòng)曲線波形與觸發(fā)方式無(wú)關(guān)。VENC 取值、導(dǎo)水管選定部位及ROI 面積對(duì)檢測(cè)結(jié)果有影響，應(yīng)綜合分析流動(dòng)曲線及測(cè)量參數(shù)反映腦脊液流動(dòng)的生理病理情況。