磁共振相位對比電影成像檢測Chiari畸形Ⅰ型腦脊液流體力學(xué)的研究進(jìn)展*

袁昌巍 王盈進(jìn) 綜述 段鴻洲 審校

(北京大學(xué)第一醫(yī)院神經(jīng)外科，北京 100034)

Chiari畸形又稱小腦扁桃體下疝畸形，是一種以后顱窩容積縮小、小腦扁桃體向下進(jìn)入椎管腔內(nèi)為主要病理學(xué)特征的先天性發(fā)育畸形，常導(dǎo)致顱頸部腦脊液循環(huán)障礙，引起臨床癥狀。近年研究顯示，枕骨大孔區(qū)域腦脊液流體力學(xué)的改變對Chiari畸形的治療決策及預(yù)后判斷起到重要作用。準(zhǔn)確、量化評估腦脊液流體力學(xué)改變對指導(dǎo)該類患者的治療及評估其預(yù)后有重要意義。磁共振相位對比電影成像(phase contrast cine magnetic resonance image，PC-MRI)是一種新興、無創(chuàng)的流體定量技術(shù)，為研究腦脊液循環(huán)流體力學(xué)提供了有效方法。本文對PC-MRI在Chiari畸形患者中檢測腦脊液流體力學(xué)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以明確Chiari畸形的腦脊液流體力學(xué)變化，指導(dǎo)治療方式選擇以及預(yù)后評估。

1 Chiari畸形的發(fā)病機(jī)制

Chiari畸形由奧地利醫(yī)師Hans Chiari于1891年首先提出，之后有學(xué)者稱之為Arnold畸形或Arnold-Chiari畸形(Arnold-Chiari malformation，ACM)。ACM的診斷主要依賴于影像學(xué)檢查，目前認(rèn)為“在MRI正中矢狀位上，小腦扁桃體下疝至枕骨大孔平面以下5 mm”即可診斷為Chiari畸形[1]。根據(jù)病理解剖、臨床表現(xiàn)及MRI特征，Chiari畸形分為4型，其中Chiari畸形I型最常見，其癥狀最輕，治療效果最好[2]。Chiari畸形Ⅰ型小腦扁桃體向下移位進(jìn)入椎管，但延髓、小腦蚓部與第四腦室位置正常，其中50%～70%合并脊髓空洞[3]。常見癥狀包括但不限于頸項部疼痛、肢體感覺障礙及運動障礙、吞咽困難、飲水嗆咳、共濟(jì)失調(diào)以及睡眠呼吸暫停綜合征等，大約30%的Chiari畸形Ⅰ型患者無明顯臨床癥狀[4]。Chiari畸形Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型臨床較少見，常合并脊柱裂、脊髓脊膜膨出、腦積水、小腦發(fā)育不全等，疝入椎管的組織除小腦扁桃體外，還有腦干及第四腦室，腦脊液流體力學(xué)改變、病理生理機(jī)制及臨床表現(xiàn)更加復(fù)雜，本文中不予探討。

目前認(rèn)為，后顱窩和顱頸交界處的形態(tài)學(xué)變化改變了脊髓和腦干區(qū)域的腦脊液流動，導(dǎo)致病理性的腦脊液流動狀態(tài)，Chiari畸形患者的臨床癥狀與顱頸部腦脊液流動障礙程度有關(guān)，而與小腦扁桃體異位程度無明顯關(guān)系[5]。

對于有明確癥狀的Chiari畸形Ⅰ型，外科手術(shù)仍為目前唯一推薦的治療方法。手術(shù)方式眾多，包括單純后顱窩減壓、枕骨大孔減壓(成形)、硬腦膜擴(kuò)大修補(bǔ)(成形)、小腦扁桃體切除等，療效差異較大。Deora等[6]報道，70%以上的Chiari畸形Ⅰ型患者減壓后癥狀和體征有所改善，但多達(dá)20%～30%的患者在手術(shù)后長期癥狀幾乎沒有緩解。如何術(shù)前預(yù)判手術(shù)效果，又如何術(shù)后用客觀檢查方式預(yù)測或判斷長期療效，目前尚未統(tǒng)一。外科手術(shù)的主要目的是后顱窩和上頸椎減壓，降低腦脊液在枕骨大孔的流動阻力，進(jìn)而改善枕骨大孔區(qū)域腦組織的體積和活動性[7,8]。因此，圍手術(shù)期對枕骨大孔區(qū)腦脊液流體力學(xué)的評估尤為重要。

2 Chiari畸形的腦脊液流體力學(xué)評估方法

最早曾用腦脊液壓力測定及電影氣腦造影對腦脊液流體力學(xué)進(jìn)行研究，后來也使用過腦池核素造影等有創(chuàng)性檢查，創(chuàng)傷較大且所獲數(shù)據(jù)十分有限。另外，由于腦脊液流速較慢，流動方向不定且流動方式復(fù)雜，因此對腦脊液的流體力學(xué)研究較為困難。近年來，由于彩色多普勒超聲的發(fā)展與普及，術(shù)中超聲已較多用于腦脊髓手術(shù)中，在幫助術(shù)者進(jìn)行手術(shù)決策以及保證手術(shù)安全方面起到關(guān)鍵作用[9]。在Chiari畸形治療中，多普勒超聲可以實時監(jiān)測Chiari畸形Ⅰ型患者的腦脊液流速，為手術(shù)方案的選擇提供參考，且可為術(shù)后療效提供間接評價指標(biāo)[10,11]。多普勒超聲雖具有簡便性、實時性及費用低等特點，但其使用常局限于術(shù)中腦脊液流動的檢測，且缺乏方向性和全景性，對術(shù)前及術(shù)后腦脊液的變化判斷較為有限。磁共振技術(shù)的快速發(fā)展，顯著改善中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診療水平。新興的PC-MRI對慢速流體具有敏感性及無創(chuàng)性特點，可對Chiari畸形Ⅰ型患者術(shù)前及術(shù)后進(jìn)行腦脊液流體力學(xué)評估，在手術(shù)病例選擇及判斷預(yù)后改善程度方面有明顯效果。

3 PC-MRI原理及Chiari畸形Ⅰ型的腦脊液流體力學(xué)特點

PC-MRI技術(shù)是一種可無創(chuàng)化顯示流體流速及流向的技術(shù)，最初應(yīng)用于血流的研究，20世紀(jì)80年代首次應(yīng)用于腦脊液的研究。其獲得的圖像分為相位圖像和速度圖像，將兩次成像的相位位移進(jìn)行減法處理，即除去背景靜止組織，僅保留流動質(zhì)子的相位變化，通過重建獲得流動液體的圖像。速度圖像的信號強(qiáng)度僅與流速有關(guān)，而相位圖像中像素的信號強(qiáng)度不僅與流速有關(guān)，還具有流動方向信息。相位對比技術(shù)與心電門控技術(shù)相結(jié)合，通過流動分析軟件處理，可以獲得相關(guān)流動液體運動的速率、流量等定量資料，為目前臨床上唯一的無創(chuàng)、全面的定量研究流體分析的技術(shù)[12]。Haughton等[13]運用PC-MRI檢測正常人腦脊液流動，結(jié)果顯示腦脊液流動呈雙向搏動性，與心臟舒縮活動同步，每一時間的即時流速和即時流量不斷發(fā)生變化：心臟收縮時，腦脊液從顱內(nèi)流向脊髓蛛網(wǎng)膜下腔，即從頭側(cè)向尾側(cè)，其動脈壓力是腦脊液流動的原始動力，腦脊液呈高信號；心臟舒張時，腦脊液從脊髓蛛網(wǎng)膜下腔流至顱內(nèi)，即從尾側(cè)向頭側(cè)，腦脊液呈低信號。Chiari畸形Ⅰ型患者腦脊液流體力學(xué)大體上仍然符合雙向流動特點，但流動較不均衡，且枕骨大孔雙向流動的差異性較大[14]。Chiari畸形Ⅰ型因為后顱窩容積縮小導(dǎo)致腦脊液流出道狹窄，腦脊液經(jīng)過此狹窄處產(chǎn)生管道效應(yīng)，形成噴射性流動，造成枕骨大孔處的腦脊液流速增加，而流速增加難以補(bǔ)償顱頸狹窄部橫截面積的減小，因而腦脊液流量是下降的[15]。

4 Chiari畸形I型患者手術(shù)前后腦脊液流體力學(xué)變化及意義

4.1 腦脊液流體力學(xué)變化與臨床癥狀的關(guān)系

PC-MRI能對腦脊液流體力學(xué)進(jìn)行定性及定量測定，可直接觀察Chiari畸形相關(guān)的病理生理改變，判斷梗阻程度，有助于判斷腦脊液流體力學(xué)異常與臨床癥狀的關(guān)系。Armonda等[16]對正常受試者以及17例Chiari畸形患者(均存在不同神經(jīng)功能缺損的臨床癥狀)進(jìn)行腦脊液流體力學(xué)分析，結(jié)果顯示，小腦扁桃體下疝在枕骨大孔開口下方5 mm以上者，腦脊液流動受阻，表現(xiàn)為第四腦室正中孔和枕骨大孔處的腦脊液流速下降，尾側(cè)腦脊液流動時間縮短；在心臟周期的最初100 ms，與正常受試者相比，枕骨大孔和第四腦室正中孔的腦脊液流速明顯降低。Ventureyra等[17]報道24例Chiari畸形Ⅰ型，PC-MRI顯示腦脊液流動正常的8例中僅1例有癥狀，16例腦脊液流動異常者均有臨床癥狀(P<0.05)；小腦扁桃體下疝>5 mm與<5 mm各12例，2組臨床表現(xiàn)無明顯差異(P>0.05)。以上結(jié)果提示臨床癥狀與顱頸交界區(qū)腦脊液流動變化有關(guān)，而與小腦扁桃體下疝程度關(guān)系不密切。該研究中無癥狀小腦扁桃體異位在顱頸交界處幾乎均為正常的腦脊液循環(huán)，因此認(rèn)為此處腦脊液循環(huán)保持在正常范圍則不產(chǎn)生臨床癥狀。

4.2 PC-MRI檢測腦脊液流體力學(xué)變化對手術(shù)效果及預(yù)后的評估

1995年，Bhadelia等[18]應(yīng)用PC-MRI研究與心動周期相關(guān)的Chiari畸形腦脊液流動特點，顯示Chiari畸形Ⅰ型患者心臟收縮期顱頸處腦脊液流動受損，行減壓手術(shù)后顱頸部腦脊液流動得到改善，與臨床癥狀緩解具有明顯相關(guān)性。之后，PC-MRI廣泛應(yīng)用于評估Chiari畸形治療前后腦脊液流體力學(xué)變化與治療效果的關(guān)系。Dolar等[19]采用PC-MRI測定Chiari畸形Ⅰ型患者手術(shù)前后枕骨大孔上下腦脊液流動變化，結(jié)果顯示術(shù)后枕骨大孔處尾側(cè)、頭側(cè)腦脊液流速均顯著下降(峰值流速平均值，尾側(cè)術(shù)前3.4 cm/s，術(shù)后2.4 cm/s；頭側(cè)術(shù)前6.9 cm/s，術(shù)后3.9 cm/s)。Wang等[20]的研究顯示，Chiari畸形Ⅰ型患者術(shù)前C2～C3水平頸髓腹側(cè)(頭側(cè)3.6 cm/s，尾側(cè)3.21 cm/s)、背側(cè)(頭側(cè)3.06 cm/s，尾側(cè)3.09 cm/s)及導(dǎo)水管(頭側(cè)2.52 cm/s)腦脊液峰值流速低于健康對照組相應(yīng)位置流速，枕骨大孔減壓術(shù)后C2～C3水平頸髓腹側(cè)(頭側(cè)3.88 cm/s，尾側(cè)3.71 cm/s)、背側(cè)(頭側(cè)3.51 cm/s，尾側(cè)3.44 cm/s)及導(dǎo)水管(頭側(cè)2.89 cm/s)腦脊液峰值流速較術(shù)前明顯增加；而Chiari畸形Ⅰ型患者術(shù)前導(dǎo)水管尾側(cè)腦脊液流速峰值(3.19 cm/s)高于健康對照組，術(shù)后腦脊液流速明顯降低(2.79 cm/s)。該研究結(jié)果提示：術(shù)前C2～C3水平腦脊液流速峰值>2.63 cm/s、導(dǎo)水管頭側(cè)峰值流速>2.13 cm/s者，術(shù)后臨床癥狀改善明顯[20]。這一結(jié)果與Mauer等[21]、Sakas等[22]的結(jié)果相似。

無論術(shù)式怎樣選擇，改善腦脊液流動是治療的關(guān)鍵[23～25]。Fakhri等[14]的研究顯示，有癥狀的Chiari畸形Ⅰ型患者減壓手術(shù)后，可在PC-MRI上看到腦脊液流動參數(shù)正?；?，而腦脊液流量參數(shù)正常化與臨床癥狀改善有關(guān)。術(shù)前腦脊液流動異常越大的患者對減壓手術(shù)的臨床反應(yīng)越好。McGirt等[26]應(yīng)用PC-MRI進(jìn)行130例Chiari畸形Ⅰ型手術(shù)前后腦脊液流體力學(xué)檢測，闡明腦脊液流體力學(xué)的變化與預(yù)后的關(guān)系：術(shù)前顱頸部腦脊液流動接近正常者(19%)，術(shù)后臨床癥狀改善不明顯；而術(shù)前顱頸部腦脊液流動異常者(81%)，術(shù)后臨床癥狀消失，同時腦脊液流體力學(xué)恢復(fù)正常。術(shù)前腦脊液流體力學(xué)參數(shù)正常的Chiari畸形Ⅰ型患者術(shù)后癥狀不緩解的可能性是術(shù)前腦脊液流體力學(xué)參數(shù)異?；颊叩?.8倍；術(shù)前腦脊液流體力學(xué)異常而術(shù)后沒有恢復(fù)者，術(shù)后癥狀復(fù)發(fā)的可能性是腦脊液流體力學(xué)得到改善患者的2倍。不論小腦扁桃體異位的程度如何，術(shù)前PC-MRI上顯示后顱窩腦脊液流體力學(xué)參數(shù)正常是Chiari畸形Ⅰ型患者減壓術(shù)后治療失敗的獨立危險因素(P=0.001)；而術(shù)前腦脊液流體力學(xué)存在障礙者減壓術(shù)后?？色@得長期的癥狀緩解。以上研究結(jié)果提示，術(shù)前枕骨大孔區(qū)腦脊液流體力學(xué)參數(shù)正?？赡苁荂hiari畸形Ⅰ型減壓失敗的危險因素；而術(shù)前腦脊液流體力學(xué)參數(shù)異常者，術(shù)后若顱頸部腦脊液流量和流速改善明顯，常提示預(yù)后良好。

國內(nèi)相關(guān)研究也得到類似的結(jié)果。包長順等[27]采用PC-MRI對40例Chiari畸形Ⅰ型手術(shù)前后腦脊液流體力學(xué)變化進(jìn)行定量分析，結(jié)果顯示術(shù)前枕骨大孔區(qū)蛛網(wǎng)膜下腔腦脊液的峰值流速較高(腦橋腹側(cè)：頭端6.84 cm/s，尾端9.49 cm/s；C3腹側(cè)：頭端4.19 cm/s，尾端7.33 cm/s)，術(shù)后明顯降低(腦橋腹側(cè)：頭端3.77 cm/s，尾端5.87 cm/s；C3腹側(cè)：頭端2.51 cm/s，尾端4.13 cm/s)；而術(shù)后枕骨大孔區(qū)腦脊液平均流量(腦橋腹側(cè)0.067 ml/s，C3腹側(cè)0.034 ml/s)較術(shù)前(腦橋腹側(cè)0.05 ml/s，C3腹側(cè)0.021 ml/s)升高。該研究提示，枕骨大孔區(qū)腦脊液流速降低，流量增加的患者，減壓手術(shù)后獲益明顯，其癥狀可獲得緩解。陸笑非[28]及程誠[29]的研究顯示，當(dāng)減壓手術(shù)解除枕骨大孔區(qū)腦脊液流動梗阻，重建腦脊液流體力學(xué)循環(huán)，使腦脊液流動恢復(fù)后，臨床癥狀和體征常得以改善。因此，PC-MRI能夠良好檢測腦脊液流體力學(xué)，判斷患者是否能夠從減壓手術(shù)中獲益，并且通過手術(shù)前后的變化預(yù)測手術(shù)效果，評估預(yù)后。

4.3 PC-MRI檢測對Chiari畸形診斷的挑戰(zhàn)

由于PC-MRI對腦脊液流體力學(xué)有良好的定性及定量評估能力，其作為替代靜態(tài)形態(tài)測量分析的方法對Chiari畸形Ⅰ型的診療提供了新的方法。既往Chiari畸形Ⅰ型多以小腦扁桃體下疝低于枕骨大孔平面5 mm作為診斷標(biāo)準(zhǔn)，隨著影像技術(shù)的發(fā)展，下移5 mm或更多不再是診斷的唯一標(biāo)準(zhǔn)[30]。Lawrence等[8]認(rèn)為利用PC-MRI研究與心臟搏動相關(guān)的顱尾脊髓組織移位，可以作為判斷Chiari畸形Ⅰ型是否存在的準(zhǔn)確指標(biāo)，并判斷組織移位能否因減壓手術(shù)而改變。Radmanesh等[31]利用MRI真實穩(wěn)態(tài)進(jìn)動快速成像(trueFISP)和PC-MRI對22例Chiari畸形Ⅰ型小腦扁桃體搏動性進(jìn)行定量評估，結(jié)果顯示Chiari畸形Ⅰ型減壓術(shù)后小腦扁桃體的節(jié)律性異常運動有明顯改善，減壓術(shù)后小腦扁桃體搏動度明顯下降，提示小腦扁桃體的運動變化可能用于評估手術(shù)效果。Alperin等[32]的研究顯示上頸段脊髓的最大位移也可能是Chiari畸形Ⅰ型減壓手術(shù)結(jié)果的預(yù)測指標(biāo)(P<0.05)。因此，未來對Chiari畸形Ⅰ型的診斷將從單純影像學(xué)變化向功能性變化轉(zhuǎn)變，綜合動態(tài)病理變化與臨床表現(xiàn)進(jìn)行評估。

4.4 PC-MRI的局限性

PC-MRI作為一項客觀評價腦脊液流動的檢查，對腦脊液循環(huán)障礙性疾病選擇手術(shù)適應(yīng)證及判斷手術(shù)療效有重要價值，但其也存在局限性：①受檢查體位限制，不能了解直立情況下腦脊液循環(huán)的情況；②僅能了解檢查當(dāng)時腦脊液的循環(huán)情況，不能了解不同時間段腦脊液的變化；③需要指出的是，20歲之前腦脊液流速隨年齡的增加而減慢，之后隨年齡的增長，流速變化不大，因此選擇與年齡相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值也是獲得可靠實驗結(jié)果的關(guān)鍵[33]。

5 小結(jié)

PC-MRI是一種新型無創(chuàng)評估腦脊液流體力學(xué)的方法，雖然目前存在一些缺陷，但其在臨床上的初步應(yīng)用已顯示其能夠良好地評估Chiari畸形患者枕骨大孔區(qū)腦脊液流動的變化，評估減壓手術(shù)的效果，預(yù)測預(yù)后。其進(jìn)一步的推廣尚需大規(guī)模的臨床應(yīng)用以及隨機(jī)對照試驗的深入研究。