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

謝 添,王藝璇,王新蘭,張子寒,關俊宏*

(1.中國醫科大學附屬盛京醫院 神經外科,遼寧 沈陽110136;2.吉林大學白求恩第三醫院 a神經內科; b神經外科,吉林 長春130033)

據報道,在新生兒中腦積水與唐氏綜合征的發病率幾乎相當,約為0.1%～0.6%,而腦積水在成人中的發病率約為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及影像學檢查。近年來,磁共振相位對比電影成像(phase contrast cine magnetic resonance imaging,PC-MRI)因其無創操作的優點越來越受到關注,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疾病,神經外科術后對腦脊液流體動力學的監測等也可使用該檢查[3-5]。本文旨在對PC-MRI技術在腦積水診治中的研究進展進行綜述。

1 PC-MRI概述

PC-MRI是一種新興的對流體進行定性和定量評估的新型影像技術,它通過正負兩極組成梯度磁場,這兩個磁場具有相同的正負幅度和梯度,以及相同的磁場應用時間。在射頻脈沖發出之后,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凈相移。獲得的凈相移量與雙極梯度應用的流速和時間成正比。在這兩組數據中,只有來自固定靜止組織的自旋信號是相同的,將這兩組數據相減即可得到僅保留流動質子相位位移的圖像[6-7]。PC-MRI序列的一個重要參數是最大編碼速度(VENC)值,該項參數與所應用的雙極梯度磁場的性質緊密相關,也對最終成像的成功與否至關重要,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值設置過低,即流體速度比假設速度高,會導致成像結果存在混疊的偽影,相反如果VENC值設置過高則會導致圖像信號減弱,影像學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,測量的準確性越低,故為了不出現偽影,同時也保證成像質量,應使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,考慮到中腦導水管在心動周期發生的變化,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,信號較強的區域作為最終成像的區域。因中腦導水管處結構細微,繪制ROI時應適當放大,同時可盡量貼近管壁邊緣但避免過度貼靠以免結果產生誤差[9]。經軟件處理后得到的圖像由相位圖和幅值圖構成,前者可以借助信號強度顯示流體的流動方向信息,后者可反應流體管道的形態結構。與心電門控技術相結合,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行檢查,近年來也被大量應用于腦脊液動力學等疾病診斷及判斷預后的相關研究。

2 PC-MRI對腦積水的診斷及預后評估

2.1 PC-MRI在腦積水診斷及分型中的應用

腦積水是腦脊液動力學障礙疾病中的一種,指在腦脊液循環中任何原因失調導致的腦脊液蓄積。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 可以在中腦導水管處和 C2-C3 區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系統流體動力學比較有發展前景的技術手段。有研究通過對 80 名交通性腦積水患者應用PC-MRI技術進行數據分析,評估顱內壓(Intracranial Pressure,ICP)和腦脊液相關參數之間的相關性,從而幫助臨床醫生更全面的預測ICP以及指導治療腦積水等腦脊液動力學異常的相關疾病[14]。顱內和脊柱內順應性是診斷腦積水患者和預測治療結果的重要參數,有研究利用PC-MRI測量腦脊液脈搏波速度(Pulse Wave Velocity,PWV) 作為測量順應性的方法,通過體內與體外實驗結合,表明PC-MRI是一種無創評估顱內順應性的潛在診療工具[15]。LOKOSSOU等[16]通過結合腦積水患者的基線 ICP 監測和 PC-MRI 來調查靜息時的顱內順應性,NOWOSLAWSKA等[17]發現腦脊液循環異常與大腦順應性受損之間的關聯可能在腦積水的發病機制中發揮作用,因而PC-MRI在識別有腦積水風險的患者方面具有著不可忽視的優勢。

在腦積水的分型中,如由于蛛網膜顆粒等近端堵塞,導致腦室不能與蛛網膜下腔相通,使梗阻部位以上的腦室系統擴大,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外或腦脊液產生吸收出現異常,腦室系統普遍擴大,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成像對腦積水性質的鑒別顯現出獨特優勢。常規影像學檢查可大致診斷導致梗阻性腦積水的占位性病變,而PC-MRI可針對中腦導水管處的梗阻更加直觀準確的加以鑒別,明確患者的腦脊液流速等情況,根據圖像明確腦積水類型[18]。文獻資料顯示,在一個心動周期內,中腦導水管處腦脊液峰流速隨時間變化呈正弦波動。PC-MRI技術應用于正常人群時,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,規整平滑。對于梗阻性腦積水患者,PC-MRI的相位圖根據中腦導水管的梗阻程度不同,所顯示的信號強度也不同,腦脊液的流速及流量都較正常值下降;當完全梗阻時,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,最高可達正常人10倍,呈現高動力的特點,大多數曲線呈現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]認為腦室系統擴張,顱內壓隨之增高,在收縮期內腦組織受壓反作用于側腦室及第三腦室,導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,表現為腦室擴大而腦脊液測壓正常。NPH多見于老年人,年發病率約為每1.8人/100,000人,典型臨床表現為癡呆、步態不穩和尿失禁,在患有多種基礎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,腦脊液流量定量參數及數據分析可以幫助鑒別NPH患者和其他中樞神經系統疾病。TAWFIK等[26]比較了PC-MRI所測量的不同流量參數,發現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確性,ABDALLA等[27]也證實了PC-MRI是區分正常壓力腦積水和年齡相關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患者中腦導水管中主要剖面的檢測更為合理精確。HUSSAIN等[29]認為盡管MRI和CT掃描具有廣泛的適用性,但這些傳統的神經影像學檢查仍可導致誤診或存在風險,PC-MRI在診斷NPH上顯示出廣闊的前景和先進性。

2.2 PC-MRI在評估腦積水預后中的應用

2.2.1腦室腹腔分流術 PC-MRI還可以作為預測腦積水患者病情及預后的檢查方法,目前治療腦積水的首選手術方式是腦室腹腔分流術(Ventricle Peritoneal Shunt,VPS),此種術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監測的優勢證實分流管的通暢性,同時也被視為一種潛在的預測手術預后的方法。有資料顯示,通過PC-MRI對中腦導水管每搏輸出量(Aqueductal Stroke Volume,ACSV)的測量可以作為NPH患者是否行分流手術的依據,同時也有助于判斷預后及對術后NPH患者的分類,因而建議在術前進行連續ACSV監測[30]。TRUNGU等[31]在PC-MRI上測量ACSV的變化用于評估VPS術后情況,證實了大多數NPH患者通過VPS手術治療可改善預后,同時也可利用PC-MRI的監測指標結果指導術后調壓。

此外,PC-MRI成像技術還可以監測VPS手術相關并發癥的發生。分流功能障礙是分流手術后最常見的并發癥,使用PC-MRI成像技術可輔助VPS分流裝置故障的診斷[32]。有研究報道可利用PC-MRI對相關壓力值進行預測,從而評估腦室腹腔分流術的預后,為診斷術后分流管梗阻提供依據,同時也為未來的智能分流提供了參考[33]。有實驗結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強弱不等的信號,表明PC-MRI可以有效地評估VP分流的腦脊液流動動力學,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,發現腦脊液流量與相應相位值之間存在線性相關性,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分流功能狀態的信息。

2.2.2第三腦室造瘺術 腦積水腦室腹腔分流術最為常用,手術過程也并不復雜,但長時間維持分流器功能較為困難。目前隨著神經內鏡工藝更加精良,內鏡下第三腦室造瘺術(ETV)的手術方式日漸成熟,其應用越來越廣泛[37]。有學者認為,梗阻性腦積水尤其是發生在第三腦室后部和第四腦室出口之間的腦積水,第三腦室造瘺術比分流術更具優勢,更大程度上重建了腦脊液正常生理循環并且接近正常生理狀態,無需置入分流裝置,有效避免了分流手術相關并發癥的發生。研究表明PC-MRI可對術后造瘺口處的腦脊液流動情況進行分析處理,通過收集并監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,與中腦導水管腦脊液對應參數進行對比,進而判斷術后療效[38]。YADAV等[39]研究發現,腦室造影和PC-MRI可準確判斷造瘺口是否通暢以及腦脊液流動情況。術后經檢查造瘺口流速流量正常的患者,預后良好。有研究顯示,在第三腦室造瘺術術前應用PC-MRI同樣也可以為確定手術時機和方式提供有價值的信息,實驗組患者在術前均表現出異常的腦脊液動力學,術后再次行PC-MRI檢查,手術效果良好,患者臨床癥狀也均得到改善[40]。

3 PC-MRI的局限性

雖然PC-MRI是一種先進的流體成像技術,作為定性定量評估腦脊液的基本序列被廣泛應用,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,感興趣區域面積的設定通常也較小,影響了PC-MRI對腦脊液的流動變化成像的準確性,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的技術方法,此種方法減少了掃描時間(30秒內)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,而選擇與年齡相對應的參數尚無統一標準[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,所得到的結果存有差異。

4 小結

腦積水是常見的腦部疾病,過量的腦脊液積聚于腦室中,通常導致腦組織損傷或破壞?，F今核磁共振成像技術日益成熟,對腦積水的診斷效果也成效顯著。其中PC-MRI作為MRI的常規組成部分可更好地適用于神經系統疾病的診斷和治療,能夠對腦脊液流速流量等數據信息進行全面的收集。PC-MRI擁有無創性和可視化優勢,不僅可對鑒別腦積水類型提供幫助,還可監測和評估術后的預后效果以進一步指導臨床治療,顯示出了廣闊的應用前景。