磁共振相位對比電影成像(PC-MRI)技術(shù)在腦積水診斷及預(yù)后評估中的研究進(jìn)展

謝 添,王藝璇,王新蘭,張子寒,關(guān)俊宏*

(1.中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院 神經(jīng)外科,遼寧 沈陽110136;2.吉林大學(xué)白求恩第三醫(yī)院 a神經(jīng)內(nèi)科; b神經(jīng)外科,吉林 長春130033)

據(jù)報道,在新生兒中腦積水與唐氏綜合征的發(fā)病率幾乎相當(dāng),約為0.1%～0.6%,而腦積水在成人中的發(fā)病率約為1.0%～1.5%,并有逐年增長的趨勢[1-2]。目前腦積水的診斷主要依靠臨床表現(xiàn)及影像學(xué)檢查。近年來,磁共振相位對比電影成像(phase contrast cine magnetic resonance imaging,PC-MRI)因其無創(chuàng)操作的優(yōu)點越來越受到關(guān)注,被廣泛用于評估腦積水、小腦扁桃體下疝畸形、脊髓空洞癥等中樞系統(tǒng)疾病,神經(jīng)外科術(shù)后對腦脊液流體動力學(xué)的監(jiān)測等也可使用該檢查[3-5]。本文旨在對PC-MRI技術(shù)在腦積水診治中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 PC-MRI概述

PC-MRI是一種新興的對流體進(jìn)行定性和定量評估的新型影像技術(shù),它通過正負(fù)兩極組成梯度磁場,這兩個磁場具有相同的正負(fù)幅度和梯度,以及相同的磁場應(yīng)用時間。在射頻脈沖發(fā)出之后,流動的腦脊液和周圍靜止組織在雙極梯度的方向軸上獲得正凈相移,而在相反方向獲得負(fù)凈相移。獲得的凈相移量與雙極梯度應(yīng)用的流速和時間成正比。在這兩組數(shù)據(jù)中,只有來自固定靜止組織的自旋信號是相同的,將這兩組數(shù)據(jù)相減即可得到僅保留流動質(zhì)子相位位移的圖像[6-7]。PC-MRI序列的一個重要參數(shù)是最大編碼速度(VENC)值,該項參數(shù)與所應(yīng)用的雙極梯度磁場的性質(zhì)緊密相關(guān),也對最終成像的成功與否至關(guān)重要,只有正確選定 VENC的大小和方向,才能得到液體流動的正常流速和方向。VENC值設(shè)置過低,即流體速度比假設(shè)速度高,會導(dǎo)致成像結(jié)果存在混疊的偽影,相反如果VENC值設(shè)置過高則會導(dǎo)致圖像信號減弱,影像學(xué)上即定義為成像失敗。對于VENC值的選擇,有分析表明VENC值越大,測量的準(zhǔn)確性越低,故為了不出現(xiàn)偽影,同時也保證成像質(zhì)量,應(yīng)使VENC值稍大于所測流體的最大流速[8]。相位改變不僅與流體運動速度成正比,也可顯示流動方向信息。當(dāng)液體流動方向與流動編碼梯度方向相同時,像素信號顯示為亮白色,相反時像素信號則為暗黑色。其次,感興趣區(qū)域(Region of Interest,ROI)面積變化也會影響對于腦脊液流量的檢測,考慮到中腦導(dǎo)水管在心動周期發(fā)生的變化,對ROI的繪制也會略有差異,可選擇組織橫斷面與周圍對比度較好,信號較強(qiáng)的區(qū)域作為最終成像的區(qū)域。因中腦導(dǎo)水管處結(jié)構(gòu)細(xì)微,繪制ROI時應(yīng)適當(dāng)放大,同時可盡量貼近管壁邊緣但避免過度貼靠以免結(jié)果產(chǎn)生誤差[9]。經(jīng)軟件處理后得到的圖像由相位圖和幅值圖構(gòu)成,前者可以借助信號強(qiáng)度顯示流體的流動方向信息,后者可反應(yīng)流體管道的形態(tài)結(jié)構(gòu)。與心電門控技術(shù)相結(jié)合,通過分析和重建即可獲取流體的流量及流速等定量資料[10-12]。PC-MRI早先應(yīng)用于心血管部位局部血流的信息收集,如針對先天性心臟病、心臟瓣膜病以及冠脈狹窄等疾病進(jìn)行檢查,近年來也被大量應(yīng)用于腦脊液動力學(xué)等疾病診斷及判斷預(yù)后的相關(guān)研究。

2 PC-MRI對腦積水的診斷及預(yù)后評估

2.1 PC-MRI在腦積水診斷及分型中的應(yīng)用

腦積水是腦脊液動力學(xué)障礙疾病中的一種,指在腦脊液循環(huán)中任何原因失調(diào)導(dǎo)致的腦脊液蓄積。PC-MRI為流體評估提供了非侵入、定性且定量的評估方法。SAKHARE等[13]的報道指出,使用PC-MRI 可以在中腦導(dǎo)水管處和 C2-C3 區(qū)域可靠地測量腦脊液和腦血流流量,使其成為研究中樞神經(jīng)系統(tǒng)流體動力學(xué)比較有發(fā)展前景的技術(shù)手段。有研究通過對 80 名交通性腦積水患者應(yīng)用PC-MRI技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,評估顱內(nèi)壓(Intracranial Pressure,ICP)和腦脊液相關(guān)參數(shù)之間的相關(guān)性,從而幫助臨床醫(yī)生更全面的預(yù)測ICP以及指導(dǎo)治療腦積水等腦脊液動力學(xué)異常的相關(guān)疾病[14]。顱內(nèi)和脊柱內(nèi)順應(yīng)性是診斷腦積水患者和預(yù)測治療結(jié)果的重要參數(shù),有研究利用PC-MRI測量腦脊液脈搏波速度(Pulse Wave Velocity,PWV) 作為測量順應(yīng)性的方法,通過體內(nèi)與體外實驗結(jié)合,表明PC-MRI是一種無創(chuàng)評估顱內(nèi)順應(yīng)性的潛在診療工具[15]。LOKOSSOU等[16]通過結(jié)合腦積水患者的基線 ICP 監(jiān)測和 PC-MRI 來調(diào)查靜息時的顱內(nèi)順應(yīng)性,NOWOSLAWSKA等[17]發(fā)現(xiàn)腦脊液循環(huán)異常與大腦順應(yīng)性受損之間的關(guān)聯(lián)可能在腦積水的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用,因而PC-MRI在識別有腦積水風(fēng)險的患者方面具有著不可忽視的優(yōu)勢。

在腦積水的分型中,如由于蛛網(wǎng)膜顆粒等近端堵塞,導(dǎo)致腦室不能與蛛網(wǎng)膜下腔相通,使梗阻部位以上的腦室系統(tǒng)擴(kuò)大,稱為非交通性腦積水,也稱梗阻性腦積水。如梗阻部位在腦室系統(tǒng)外或腦脊液產(chǎn)生吸收出現(xiàn)異常,腦室系統(tǒng)普遍擴(kuò)大,則稱為交通性腦積水。這兩種類型的腦積水的鑒別尤為重要,PC-MRI因其對特定部位腦脊液的信號捕捉以及動態(tài)成像對腦積水性質(zhì)的鑒別顯現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。常規(guī)影像學(xué)檢查可大致診斷導(dǎo)致梗阻性腦積水的占位性病變,而PC-MRI可針對中腦導(dǎo)水管處的梗阻更加直觀準(zhǔn)確的加以鑒別,明確患者的腦脊液流速等情況,根據(jù)圖像明確腦積水類型[18]。文獻(xiàn)資料顯示,在一個心動周期內(nèi),中腦導(dǎo)水管處腦脊液峰流速隨時間變化呈正弦波動。PC-MRI技術(shù)應(yīng)用于正常人群時,可顯示腦脊液流動曲線呈U形或倒U形,曲線整體為雙向性正弦波形,規(guī)整平滑。對于梗阻性腦積水患者,PC-MRI的相位圖根據(jù)中腦導(dǎo)水管的梗阻程度不同,所顯示的信號強(qiáng)度也不同,腦脊液的流速及流量都較正常值下降;當(dāng)完全梗阻時,曲線在心動周期中的峰值接近0,難以觀測到腦脊液流動。而對于交通性腦積水患者,其腦脊液峰值流速和搏出量等都明顯增高,最高可達(dá)正常人10倍,呈現(xiàn)高動力的特點,大多數(shù)曲線呈現(xiàn)為不光滑的正弦波形,且收縮期峰值流速高于舒張期[19-21]。對于流速明顯加快的原因,OLIVEIRA等[22]認(rèn)為腦室系統(tǒng)擴(kuò)張,顱內(nèi)壓隨之增高,在收縮期內(nèi)腦組織受壓反作用于側(cè)腦室及第三腦室,導(dǎo)致腦脊液流速及流量增加。

腦積水還可分為高壓性腦積水和正常壓力腦積水(Normal Pressure Hydrocephalus,NPH)。其中NPH是成人常見的腦積水形式,表現(xiàn)為腦室擴(kuò)大而腦脊液測壓正常。NPH多見于老年人,年發(fā)病率約為每1.8人/100,000人,典型臨床表現(xiàn)為癡呆、步態(tài)不穩(wěn)和尿失禁,在患有多種基礎(chǔ)疾病的老年人中很容易被漏診。作為癡呆癥病因的一種,NPH一直以來是研究的熱點[23-24]。NPH在PC-MRI上的表現(xiàn)與交通性腦積水類似,均屬腦脊液高動力流動。FORNER等[25]的研究提示PC-MRI是NPH患者早期診斷的有效技術(shù),腦脊液流量定量參數(shù)及數(shù)據(jù)分析可以幫助鑒別NPH患者和其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。TAWFIK等[26]比較了PC-MRI所測量的不同流量參數(shù),發(fā)現(xiàn)在鑒別正常壓力腦積水與腦萎縮方面每搏量比峰值平均速度對NPH的診斷具有更好的一致性及準(zhǔn)確性,ABDALLA等[27]也證實了PC-MRI是區(qū)分正常壓力腦積水和年齡相關(guān)性腦萎縮的有用工具。YAVUZ等[28]通過評估腦脊液速度曲線圖關(guān)于渦流的相位偏移誤差并提出校正方法,使得對NPH患者中腦導(dǎo)水管中主要剖面的檢測更為合理精確。HUSSAIN等[29]認(rèn)為盡管MRI和CT掃描具有廣泛的適用性,但這些傳統(tǒng)的神經(jīng)影像學(xué)檢查仍可導(dǎo)致誤診或存在風(fēng)險,PC-MRI在診斷NPH上顯示出廣闊的前景和先進(jìn)性。

2.2 PC-MRI在評估腦積水預(yù)后中的應(yīng)用

2.2.1腦室腹腔分流術(shù) PC-MRI還可以作為預(yù)測腦積水患者病情及預(yù)后的檢查方法,目前治療腦積水的首選手術(shù)方式是腦室腹腔分流術(shù)(Ventricle Peritoneal Shunt,VPS),此種術(shù)式是一種將帶有壓力閥的分流管插入腦室,另一端置入腹腔以分流腦室中蓄積的腦脊液。PC-MRI不僅可以借其對腦脊液動力學(xué)監(jiān)測的優(yōu)勢證實分流管的通暢性,同時也被視為一種潛在的預(yù)測手術(shù)預(yù)后的方法。有資料顯示,通過PC-MRI對中腦導(dǎo)水管每搏輸出量(Aqueductal Stroke Volume,ACSV)的測量可以作為NPH患者是否行分流手術(shù)的依據(jù),同時也有助于判斷預(yù)后及對術(shù)后NPH患者的分類,因而建議在術(shù)前進(jìn)行連續(xù)ACSV監(jiān)測[30]。TRUNGU等[31]在PC-MRI上測量ACSV的變化用于評估VPS術(shù)后情況,證實了大多數(shù)NPH患者通過VPS手術(shù)治療可改善預(yù)后,同時也可利用PC-MRI的監(jiān)測指標(biāo)結(jié)果指導(dǎo)術(shù)后調(diào)壓。

此外,PC-MRI成像技術(shù)還可以監(jiān)測VPS手術(shù)相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生。分流功能障礙是分流手術(shù)后最常見的并發(fā)癥,使用PC-MRI成像技術(shù)可輔助VPS分流裝置故障的診斷[32]。有研究報道可利用PC-MRI對相關(guān)壓力值進(jìn)行預(yù)測,從而評估腦室腹腔分流術(shù)的預(yù)后,為診斷術(shù)后分流管梗阻提供依據(jù),同時也為未來的智能分流提供了參考[33]。有實驗結(jié)果顯示分流管中的腦脊液流速在分流故障組中顯著降低,或可觀察到分流管局部出現(xiàn)強(qiáng)弱不等的信號,表明PC-MRI可以有效地評估VP分流的腦脊液流動動力學(xué),提高分流故障的診斷率[34-35]。STUCHT等[36]測量不同恒定低流速下的相差,發(fā)現(xiàn)腦脊液流量與相應(yīng)相位值之間存在線性相關(guān)性,通過PC-MRI在分流部分檢測到的腦脊液流量能全面可靠地提供有關(guān)分流功能狀態(tài)的信息。

2.2.2第三腦室造瘺術(shù) 腦積水腦室腹腔分流術(shù)最為常用,手術(shù)過程也并不復(fù)雜,但長時間維持分流器功能較為困難。目前隨著神經(jīng)內(nèi)鏡工藝更加精良,內(nèi)鏡下第三腦室造瘺術(shù)(ETV)的手術(shù)方式日漸成熟,其應(yīng)用越來越廣泛[37]。有學(xué)者認(rèn)為,梗阻性腦積水尤其是發(fā)生在第三腦室后部和第四腦室出口之間的腦積水,第三腦室造瘺術(shù)比分流術(shù)更具優(yōu)勢,更大程度上重建了腦脊液正常生理循環(huán)并且接近正常生理狀態(tài),無需置入分流裝置,有效避免了分流手術(shù)相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生。研究表明PC-MRI可對術(shù)后造瘺口處的腦脊液流動情況進(jìn)行分析處理,通過收集并監(jiān)測腦脊液舒張期峰最大流速(MDV)、收縮期峰最大流速(MSV)以及到收縮期峰值時間等重要參數(shù),與中腦導(dǎo)水管腦脊液對應(yīng)參數(shù)進(jìn)行對比,進(jìn)而判斷術(shù)后療效[38]。YADAV等[39]研究發(fā)現(xiàn),腦室造影和PC-MRI可準(zhǔn)確判斷造瘺口是否通暢以及腦脊液流動情況。術(shù)后經(jīng)檢查造瘺口流速流量正常的患者,預(yù)后良好。有研究顯示,在第三腦室造瘺術(shù)術(shù)前應(yīng)用PC-MRI同樣也可以為確定手術(shù)時機(jī)和方式提供有價值的信息,實驗組患者在術(shù)前均表現(xiàn)出異常的腦脊液動力學(xué),術(shù)后再次行PC-MRI檢查,手術(shù)效果良好,患者臨床癥狀也均得到改善[40]。

3 PC-MRI的局限性

雖然PC-MRI是一種先進(jìn)的流體成像技術(shù),作為定性定量評估腦脊液的基本序列被廣泛應(yīng)用,但依然有著其特有的局限性:(1)相對于血流來說,腦脊液流速較慢,感興趣區(qū)域面積的設(shè)定通常也較小,影響了PC-MRI對腦脊液的流動變化成像的準(zhǔn)確性,同時也無法做到完全的可視化成像[41]。(2)呼吸周期對腦脊液流速流量的測量存在干擾,不能直接通過收集凈腦脊液流量而反應(yīng)出真正腦脊液分泌量的多少[42]。鑒于此,OHON等[43]提出了快速PC-MRI的技術(shù)方法,此種方法減少了掃描時間(30秒內(nèi))以允許屏氣采集成像,一定程度上減弱了這種因素對于測量的影響。(3)有文獻(xiàn)指出,在成年之前,腦脊液的流速隨年齡的增長逐漸下降,20歲之后腦脊液流速趨于平穩(wěn),而選擇與年齡相對應(yīng)的參數(shù)尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[4]。(4)由于患者不同的個體差異和病情,測量平面、測量位置的選擇缺乏依據(jù),所得到的結(jié)果存有差異。

4 小結(jié)

腦積水是常見的腦部疾病,過量的腦脊液積聚于腦室中,通常導(dǎo)致腦組織損傷或破壞?，F(xiàn)今核磁共振成像技術(shù)日益成熟,對腦積水的診斷效果也成效顯著。其中PC-MRI作為MRI的常規(guī)組成部分可更好地適用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷和治療,能夠?qū)δX脊液流速流量等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面的收集。PC-MRI擁有無創(chuàng)性和可視化優(yōu)勢,不僅可對鑒別腦積水類型提供幫助,還可監(jiān)測和評估術(shù)后的預(yù)后效果以進(jìn)一步指導(dǎo)臨床治療,顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。