相位對比電影-磁共振成像技術對Chiari畸形I型腦脊液流體力學的分析研究

程 誠 陶本章 尚愛加 趙水強 唐 紅 杜長生 王建禎*

相位對比電影-磁共振成像(cine phase contrastmagnetic resonance imaging，Cine PC-MRI)技術是一種無創的流體定量技術，為研究腦脊液循環流體力學提供有效方法，可直觀地觀察腦脊液，了解其生理和病理狀態，并已廣泛應用于腦脊液循環障礙性疾病的診斷及手術療效評估[1]。而有研究認為：Arnold-Chiari畸形(基底壓跡綜合征)Ⅰ型的臨床癥狀主要與后腦的腦脊液梗阻有關，而與小腦扁桃體下移程度無明顯關系[2-3]。目前，該疾病臨床上手術方案的制定，多為根據術者的主觀經驗來選擇。本研究采用Cine PC-MRI技術客觀了解術前患者腦脊液循環障礙模式，選擇個體化的手術治療方案，術后應用該技術客觀評估腦脊液循環流體力學有無變化。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2017年3-11月武警總醫院神經外科收治的19例Arnold-Chiari畸形I型患者，其中男性8例，女性11例；年齡23～65歲，平均年齡(34.92±2.19)歲；病程3個月至10年，平均病程4.3年，其中共13例患者合并脊髓空洞。于術前24 h及術后6個月行Cine PC-MRI檢查，所有患者均已簽署知情同意書。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準：①小腦扁桃體下疝達≥5 mm；②伴或不伴脊髓空洞；③合并有不同程度臨床癥狀。

(2)排除標準：①扁平顱底、脊髓拴系、寰樞椎脫位、顱底凹陷、腦積水及顱內占位等。最常見的癥狀是疼痛，包括頭痛，頸痛和(或)背痛；②后組顱神經功能障礙，包括口咽功能障礙，如睡眠呼吸暫停，打鼾和誤吸傾向；③小腦癥狀，包括步態不穩定和共濟失調；④與運動和感覺障礙等。

1.3 儀器與設備

采用3.0T Philips超導型磁共振機(德國Philips公司)，標準頭部線圈，外周門控設備。

1.4 檢查方法

行常規頭頸部MRI掃描，包括矢狀位自旋回波(spin echo，SE)序列T1WI、T2WI及軸位T1WI、T2WI掃描，在回顧性心電門控下進行頭頸部掃描。掃描參數：軸位圖像予以測量腦脊液流速，層厚5 mm，重復時間(repetition time，TR)38～50 ms(根據患者心率而定)，回波時間(echo time，TE)5.7 ms，采集3次。翻轉角20°，矩陣256×238，流速編碼15 cm/s。正中矢狀位圖像用于觀察腦脊液流動的動態變化，層厚4 mm，TR 75 ms，TE 16 ms，采集2次，翻轉角10°。矩陣256×143，流速編碼2 cm/s。在1個心動周期內采集32幅圖像，獲得與心臟舒縮相關的不同信號腦脊液雙向流動圖，高信號代表頭向運動，為正值；低信號代表足向運動，為負值。

1.5 手術方法

患者采用后顱窩重建術和枕大池重建術兩種手術方式。

(1)后顱窩重建術，也稱為后顱窩減壓加硬腦(脊)膜成形術，手術中首先進行廣泛的顱后窩減壓，保持蛛網膜完整，顯微鏡下“Y”形切口切開硬腦膜，以自體筋膜擴大修補切口，懸吊3～4針形成斗篷狀以保持腦脊液通暢。

(2)枕大池重建術，行小范圍骨性減壓，切開硬腦膜和蛛網膜，于軟腦膜下切除部分小腦扁桃體，或電凝扁桃體使之攣縮至枕骨大孔上方，然后擴大修補、縫合硬腦膜。骨性減壓范圍小，手術過程趨向微創化。經過優化及微創化后，皮膚切口僅2 cm左右，小范圍骨性減壓為0.50～1.50 cm，并保留寰椎后弓[5]。

(3)根據掃描結果基于梗阻部位的不同，將腦脊液循環障礙分為3種類型[4]：①I型C腦脊液梗阻部位在小腦延髓池(C)；②Ⅱ型B+C四腦室和中腦導水管(B)，小腦延髓池(C)同時發生腦脊液梗阻；③Ⅲ型A+B+C腦干腹側(A)，四腦室和中腦導水管(B)，小腦延髓池(C)同時發生腦脊液梗阻(如圖1所示)。

圖1 腦脊液流動路徑成像圖

(4)枕大池重建術適用于Arnold-Chiari畸形I型腦脊液循環障礙的Ⅲ型，后顱窩重建術適用于I型，對于Ⅱ型需要術中超聲輔助下選擇采用哪種術式。在后顱窩減壓后，若行超聲探查腦脊液流動無改善，則行進一步的蛛網膜下腔操作，松解粘連，電凝或切除扁桃體等手術操作。

1.6 療效評價指標

(1)定性分析，通過后顱窩重建術，后顱窩的所有腦脊液流動路徑都被成像，包括中央導水管、枕骨大孔、第四腦室及其出口以及小腦和扁桃體后方腦池。

表2 手術前后測量層面腦脊液的定量參數(±s)

表2 手術前后測量層面腦脊液的定量參數(±s)

注：表中MF為平均流量；SV為每搏輸出量；RF為反流分數；Vumax為頭向最大峰值流速；Vdmax為足向最大峰值流速。

參數指標 中腦導水管 腦橋腹側 C3腹側 F值 P值術前24 h 術后6個月 術前24 h 術后6個月 術前24 h 術后6個月MF(ml/s) 0.021±0.005 0.041±0.007 0.048±0.007 0.062±0.004 0.020±0.006 0.031±0.003 2.792 0.002 SV(ml) 0.019±0.007 0.038±0.006 0.042±0.008 0.060±0.003 0.016±0.005 0.027±0.005 3.561 0.001 RF(%) 75.36±14.52 78.71±16.31 87.22±13.56 82.41±15.33 79.81±16.22 76.52±13.45 1.312 0.201 Vdmax(cm/s) 7.97±2.39 5.61±1.62 9.79±1.93 5.81±2.12 7.28±2.23 4.25±1.35 3.305 0.002 Vumax(cm/s) 5.12±1.72 3.35±1.53 7.84±2.32 3.76±1.45 4.13±1.35 2.53±0.62 2.362 0.003

(2)由于椎管內蛛網膜下腔的解剖結構非常復雜，影響腦脊液循環流動的因素很多，感興趣區(region of interest，ROI)注意要在避開大血管的前提下，應盡可能包括完整的蛛網膜下腔，以反映腦脊液的整體流動情況。最終診斷需要2名神經影像學醫師審核確定，根據Cine PC-MRI的發現，評估和確認腦脊液流動通暢性。流動信號不存在和減少被認為是異常。

(3)定量分析，使用Q-flow軟件進行腦脊液流體力學研究，層面選擇為中腦導水管層面、腦橋腹側平面和C3腹側平面。指標包括：①平均流量(mean flux，MF)；②每搏輸出量(stroke volume，SV)；③反流分數(regurgitant fraction，RF)；④最大峰值流速(Vmax)，分為頭向最大峰值流速(Vumax)和足向最大峰值流速(Vdmax)。

(4)預后評估應用芝加哥Chiari結果量表(Chicago Chiari outcome scale，CCOS)評分，所有患者均從疼痛癥狀、非疼痛癥狀、功能和手術并發癥4方面進行評分。每方面得分范圍0～4分。患者最后分值4～10分表明預后不佳，可能需要2次手術，11～16分表明預后良好，可以繼續觀察暫不進行手術干預。

1.7 統計學方法

使用SPSS 24.0進行統計學分析，各計量資料數據以均數±標準差(x-±s)表示，手術前后測量值的比較采用配對樣本t檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 基于Cine PC-MRI技術結果及其手術方式

采用Cine PC-MRI技術對19例Arnold-Chiari畸形I型患者檢查，其結果為腦脊液梗阻I型3例，Ⅱ型7例，Ⅲ型9例，梗阻以Ⅱ型及Ⅲ型多見；在超聲證實的腦脊液梗阻3種類型中，其手術方式多數Ⅱ型患者(1∶6)需要行枕大池重建術；1例Ⅱ型患者行后顱窩重建術后，超聲探查提示腦脊液流動良好，遂未進行蛛網膜下腔探查，見表1。

表1 腦脊液梗阻3種類型患者例數及手術方式(例)

2.2 手術前后測量層面腦脊液的定量參數比較

在中腦導水管、腦橋腹側和C3腹側的3個測量層面，Vdmax和Vumax均明顯減緩，SV和MF較術前均有增加，C3腹側層面較為明顯。手術前后各測量層面MF、SV、Vdmax和Vumax的差異比較有統計學意義(F=2.792，F=3.561，F=3.305，F=2.362；P＜0.05)，而RF差異無統計學意義(F=1.312，P＞0.05)，見表2。

2.3 并發癥及隨訪結果

(1)并發癥情況。在19例Arnold-Chiari畸形I型患者中1例枕大池重建術患者傷口發生腦脊液漏，給予腰大池引流1周后傷口愈合良好，順利出院。

(2)隨訪結果。采集19例Arnold-Chiari畸形I型患者術后6個月的隨訪資料及CCOS評分。術后CCOS評分均高于11分，平均得分13分，最低評分12分，滿分16分，患者均無需進行二次手術。常規MRI提示，10例脊髓空洞顯著縮小，2例脊髓空洞稍有縮小，1例脊髓空洞未見明顯改變。術后所有患者枕大池成形良好，小腦扁桃體下疝情況減輕，四腦室出口腦脊液流動通暢。

3 討論

3.1 Cine PC-MRI技術的原理及其臨床應用

Cine PC-MRI技術是一種可無創化顯示流體流速及流向的技術，最初應用于血流的研究，20世紀80年代首次應用于腦脊液的研究。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行減法處理，即除去背景靜止組織，僅保留流動質子的相位變化，通過重建獲得流動液體的圖像。速度圖像的信號強度僅與流速有關，流速越大，產生的相位位移越大，信號越強。而相位圖像中像素的信號強度不僅與流速有關，還具有流動方向信息，當液體流動方向與流動編碼梯度方向一致時，顯示為高信號，反之則為低信號。相位對比技術與心電門控技術相結合，使流動液體的相位位移與時間相結合，通過流動分析軟件處理，從而獲得相關流動液體運動的速率、流量等定量資料，為目前臨床上唯一無創最先進全面的定量研究流體分析的技術。神經外科領域已應用于腦積水、蛛網膜囊腫、Arnold-Chiari畸形等與腦脊液循環障礙相關疾病的研究中[6-7]。

3.2 Arnold-Chiari畸形I型臨床診斷、手術策略及爭議

Arnold-Chiari畸形I型多以小腦扁桃體下疝低于枕骨大孔平面5 mm作為診斷標準，但隨著影像技術的發展，下移5 mm或更多不再是診斷的唯一標準[8]。Tubbs[9]認為，形成扁桃體下疝的原因很多，稱其為“畸形”的術語表達并不準確，單純的依靠MRI矢狀位中線的影像結果是不全面的，具有檢查過程中呼吸的影響、是否做Valsalva屏氣試驗、枕骨大孔的形態與骨質厚度以及小腦扁桃體在矢狀位上本身成對但并不對稱等因素。此外，患者因腦積水、顱縫早閉等繼發出現的小腦扁桃體下疝，可以通過手術干預治療，而將其也定義為下疝“畸形”是不恰當的，因為形成機制并不相同。“年齡”因素對扁桃體予枕骨大孔水平有非常大的影響。有研究發現，兒童和成年人小腦扁桃體低位要比老年人概率顯著增加；隨著年齡增加，扁桃體的位置也會上移；性別因素，女性較男性有較高的發病率[10-11]。本研究中的受檢者中發現扁桃體下疝但無癥狀，或者有個體未達到下疝低于枕骨大孔水平5 cm的標準，但有臨床癥狀，同時有腦脊液循環異常和枕骨大孔內組織擁擠。如Arnold-Chiari畸形0型，其發病機制可能為枕骨大孔處腦脊液動力學改變所致，也證明單純的“機械卡壓”并不是Arnold-Chiari畸形發生發展的唯一病理生理機制。現有證據證實，約有14%普通患者的小腦扁桃體超出枕骨大孔。此外，Chiari畸形Ⅰ型患者中小腦扁桃體下疝畸形的程度與癥狀的嚴重程度并不一致。

手術方式目前也有爭議，常用的方法有后顱窩減壓術、后顱窩重建術、枕大池重建術等，爭議的地方有減壓骨窗的大小，硬腦(脊)膜的處理，小腦扁桃體下疝的處理等。Zhao等[12]通過系統回顧分析相關文獻，且結合術中超聲已經證實，認為單純的骨性減壓不能達到充分的后顱窩減壓，手術效果有限。本研究中的患者基于Cine PC-MRI檢查結果，并使用術中超聲探查減壓窗，采用了后顱窩重建術及枕大池重建術兩種術式。

3.3 腦脊液流體力學病理生理特點

在19例Arnold-Chiari畸形I型患者的Cine PCMRI顯示，患者腦脊液流動呈典型的雙向流動，與心臟舒縮活動同步。心臟收縮時腦脊液從顱內流向脊髓蛛網膜下腔，即從頭側向尾側，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，腦脊液從脊髓蛛網膜下腔流至顱內，即從尾側向頭側，腦脊液呈低信號。

脊髓空洞內的相位信號和周圍蛛網膜下腔的腦脊液信號類似，提示空洞內同樣發生了類似的往復運動，這也反映證實了空洞腔和脊髓蛛網膜下腔相同，但是無明確漏口存在。枕大池的腦脊液信號極弱，而腦橋腹側及中腦導水管的腦脊液信號變化迅速，可呈噴射樣流動，持續時間較心臟收縮時間較短，流速峰值較高。

目前，基于Cine PC-MR技術對Arnold-Chiari畸形Ⅰ型患者手術是最有效的治療方法，其目的就是在顱頸交界區減壓，釋放出足夠的空間以恢復后顱窩及上頸段的腦脊液流動，但是無客觀的評價標準。磁共振靜態解剖成像技術的應用，在此是有限的，通過Cine PCMRI技術定性及定量分析發現，該疾病腦脊液的部分病理生理特征為：①符合雙向流動模式，與心臟的舒縮密切相關，心臟收縮時腦脊液從頭側向尾側流動是影像上呈高信號，心臟舒張時腦脊液從尾側向頭側呈低信號；②脊髓蛛網膜下腔整體狹窄，枕大池消失，即縮短了其有效蛛網膜下腔長度，減少了脊髓蛛網膜下腔對于壓力梯度的緩解能力；③枕骨大孔區及高位脊髓蛛網膜下腔腦脊液流體力學異常，絕大多數腦脊液流速增快，甚至噴射樣流動，但流量減少，術后可見流量明顯增大；④脊髓空洞內液體隨著心臟搏動與脊髓蛛網膜下腔腦脊液信號呈同步改變，可證實空洞腔與脊髓蛛網膜下腔相通，但未查出明確瘺口。

4 結語

Cine PC-MRI技術是一種非侵入性的安全的流體定量技術，可為研究腦脊液流體力學提供有效方法。后顱窩重建術和枕大池重建術是安全可靠的手術操作方法，可改善大多數患者的臨床癥狀，縮小脊髓空洞，提高CCOS評分。但本研究樣本量較小，隨訪時間較短，需要進一步增加樣本例數，建立多中心的聯合對比研究，以量化Arnold-Chiari畸形I型病情分級及手術標準選擇。

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