正常脑脊液流动的磁共振定性研究.pdf

·临床研究· 正常脑脊液流动的磁共振定性研究 徐 祎 杜长生 刘 勇 唐 红 李钟铭 冯兴军 摘 要 目的 探讨M R I相位对比电影序列 (c i n eP C)定性分析脑脊液流动的可能性, 并运用该技术对正常志愿者进行分析。 方法 采用M R I c i n eP C序列对1 5名正常志愿者的脑室、 脑池和颈椎管内蛛网膜下腔的脑脊液流动进行定性观察, 并对心脏周期不 同时段脑脊液流动方向的变化进行分析。结果 M R I c i n eP C序列可清楚地显示心脏周期各个时段各个脑室、 脑池和脊髓蛛网膜下 腔中脑脊液运动方向的变化。结论 M R I c i n eP C法是一种新型的无创性的检查手段, 对脑脊液的流动有很强的敏感性, 是一种很有 前途的研究手段。 关键词 磁共振成像; 脑脊髓液; 相位对比法; 动力学 中国图书资料分类号 R 3 3 1 . 5 4 M R Xq u a l i t a t i v e e s t i m a t i o no f c e r e b r o s p i n a l f l u i d f l o wi nn o r m a l v o l u n t e e r s X uY i,D uC h a n g s h e n g,L i uY o n ge t a l. D e p a r t m e n t o fN e u r o s u r g e r y,G e n e r a lH o s p i t a l o fA r m e dP o l i c e,B e i - j i n g1 0 0 0 3 9,C h i n a A b s t r a c t O b j e c t i v e T oe v a l u a t et h ef e a s i b i l i t yo ft h ec e r e b r o s p i n a l f l u i d(C S F)f l o w m e a s u r e m e n tb yc i n ep h a s ec o n t r a s tM R I . M e t h o d s E v a l u a t i o no f i n t r a c r a n i a l a n d i n t r a s p i n a l C S F f l o ww a s a c c o m p l i s h e db y t h e u s e o f p e r i p h e r yg a t e d c i n e p h a s e c o n t r a s tM R I t e c h - n i q u e . N o r m a l p a t t e r n so f p u l s a t i l e f l o ww i t h i n t h ev e n t r i c l e s,c i s t e r n s a n dc e r v i c a l s u b a r a c h n o i ds p a c ew e r e e s t a b l i s h e db y t h i s t e c h n i q u e . R e s u l t s C S Ff l o ww i t h i nv e n t r i c l e,c i s t e r n a n d s u b a r a c h n o i d s p a c e c o u l db e c l e a r l yd i s p l a y e d,a n d t h e r e l a t i o n s h i p s b e t w e e n t h e c a r d i a c c y - c l e a n d t h eC S Fp u l s a t i o n sw e r ed e m o n s t r a t e do nb o t hm a g n i t u d er e c o n s t r u c t i o na n dp h a s er e c o n s t r u c t i o nM Ri m a g e s . C o n c l u s i o n s C i n e p h a s ec o n t r a s tM R I i s c a p a b l e o f d e m o n s t r a t i n g i n t r a c r a n i a l a n d i n t r a s p i n a l C S F f l o w. A s an e wn o n i n v a s i v e t e c h n i q u e,i t i s r e a l l y s u p e r i o r t h a no t h e rm o d a l i t i e s i ns t u d y i n g t h e f l o wp a t t e r na n dd i r e c t i o no fC S F . K e yw o r d s m a g n e t i c r e s o n a n c e i m a g i n g;c e r e b r o s p i n a l f l u i d;c i n e - p h a s e c o n t r a s t;k i n e t i c s 由于M R I具有对流体敏感的特点, 近年来, 人们开 始使用这一新型的无创手段对脑脊液流动进行研究。本 研究采用磁共振相位对比电影序列对正常志愿者中脑导 水管横断面和正中矢状层面的脑脊液流动方向及其和心 动周期的关系进行了定性分析, 现报道如下。 1 资料与方法 1 . 1 研究对象 1 5名健康志愿者, 男9人, 女6人, 年 龄1 5 4 7岁, 平均3 2岁。均无神经系统异常体征, 心 电图检查示窦性心律, 所有志愿者均无幽闭恐惧症。 1 . 2 方法 1 . 2 . 1 仪器 G E公司T w i n E x i t型超导M R成像系 统, 场强1 . 5 T。标准头部线圈。 1 . 2 . 2 操作步骤 受试者仰卧。采用标准头部线圈。 扫描分两个阶段: 首先进行常规头部扫描, 包括矢状位 S E序列T1W、T2W及轴位T1W、T2W扫描,T1W、T2 W的扫描参数分别为4 4 0/1 4 m s、30 0 0/1 1 0 m s, 层厚 5 m m, 间隔2 m m, 视野(F O V)2 2 c m×2 2 c m, 矩阵2 5 6× 1 9 2。第二阶段在第一阶段成像的基础上应用M R I电 影相位对比序列。如果要从横断面上分析中脑导水管 的脑脊液流动特征, 则从正中矢状位图像上选择导水 管清晰的图像作为定位像, 导水管一般选择四叠体上 下丘之间垂直于导水管方向的层面。如要观察正中矢 状位层面脑脊液流动情况, 在轴位T 2W像上选取中脑 导水管层面的清晰图像作为定位像, 扫描一个层面, 层 厚5 m m, 包含导水管, 进行调整确保该层面位于正中。 扫描参数为: T R、T E取最小; 翻转角2 0 ºF O V2 2 c m× 2 2 c m, 矩阵2 5 6 × 1 9 2; 层厚5 m m, 无间隔; 速度编码方向 为头端至足端, 速度为5 c m/s; 使用流动补偿、 呼吸补 偿; 采用外周门控,R - R间隔间重建相位数为1 6; 扫描 时间约2 m i n。采用相位对比序列, 一次扫描可以得到 一个心动周期内脑脊液流动的一组3 2帧图像, 其中第 1帧至1 6帧为幅度像(m a g n i t u d e i m a g e) , 第1 7帧至第 3 2帧为相位像(p h a s e i m a g e) 。在幅度像和相位像上对 窗宽和窗位进行适当的调整, 将中脑导水管形态、 枕骨 大孔区脊髓和脑脊液边界清晰显示, 随后运行电影 ( C i n e) 模式连续播放图片, 从而形成电影效果。 2 结 果 2 . 1 正常人中脑导水管横断面脑脊液流动定性分析 结果 由于事先设定速度编码方向为头端至尾端, 已 作者简介: 徐 祎, 医学硕士, 主治医师。主要从事神经外科疾病的诊疗 工作 作者单位:1 0 0 0 3 9 北京 武警总医院神经外科( 徐 祎、 杜长生、 刘 勇、 唐 红、 李钟铭、 冯兴军) · 8801 · 解放军医学杂志2 0 0 5年1 2月 第3 0卷 第1 2期M e dJC h i nP L AV o l 3 0N o1 2D e c e m b e r2 0 0 5 知流动组织运动方向与速度编码方向一致即头端至尾 端方向时, 呈高信号( 白色) , 当流动组织运动方向为尾 端至头端时, 呈低信号( 黑色) , 静止组织信号不变。从 1 6帧相位像可以观察到同一个心动周期不同时段中脑 导水管内脑脊液信号的变化: 在第17帧图像中, 中 脑导水管中脑脊液信号呈白色, 表明脑脊液向尾端运 动, 在第8 1 5帧图像中, 脑脊液信号呈黑色, 表明脑 脊液向头端运动, 由此可见, 在R - R心动周期中, 不同 的时段存在两种方向相反的的运动, 呈往复性的搏动。 已知R - R心动周期的前半为心室收缩期, 后半为心室 舒张期, 最后为心房收缩期, 将图像与之对应, 可见中 脑导水管中脑脊液在心脏收缩时, 其流动方向为头端 向尾端, 心脏舒张时, 其流动方向为尾端向头端, 已知 心脏收缩时驱动血液流入颅内增多, 舒张时颅内血液 流出颅外增多, 而脑脊液的运动方向正好相反, 心脏收 缩时流出颅外, 心脏舒张时流入颅内, 提示脑脊液运动 和心脏活动之间存在某种直接的联系。心脏收缩期或 舒张期内脑脊液的信号也有一定的变化, 提示其流动 的速度在不断改变。图1显示心脏收缩期和舒张期中 脑导水管脑脊液信号的变化, 同时显示基底动脉血流 的信号变化正好与脑脊液信号变化相反, 当脑脊液为 白色时, 基底动脉血流呈黑色, 脑脊液为黑色时, 基底 动脉血流呈白色, 可见两者在同一时刻运动方向相反, 即心脏收缩期, 基底动脉内血液流动方向为颅外至颅 内( 尾端流向头端) , 血液进入颅内, 相应的, 脑脊液由 于动脉扩张导致的脑组织扩张而从颅内排出至颅外, 中脑导水管脑脊液流动方向为颅内至颅外( 头端流向 尾端) ; 而心脏舒张期, 动脉供血停止, 静脉回流增多, 脑组织回缩, 于是脑脊液从颅外返回颅内( 基底动脉呈 黑色, 提示心脏舒张期动脉血有短暂的反流) 。 图1 中脑导水管和基底动脉相位像 白箭头所示为中脑导水管脑脊液信号, 黑箭头为基底动脉血 流信号。左图为心脏收缩期, 右图为心脏舒张期 2 . 2 正常人正中矢状位层面脑脊液流动定性分析结 果 正常人正中矢状位层面脑脊液流动幅度像可清楚 地显示一个心动周期内脑脊液流动速度的变化。快速 流动时, 出现流空影, 速度下降时, 流空影消失( 图2) 。 正常人正中矢状位层面脑脊液流动相位像中脑脊液信 号更为明显, 脑脊液流动方向的变化更为明显( 图3) 。 将图2和图3进行比较, 可以看出相位像中流动的脑 脊液的信号更为明显, 并能反映当时脑脊液流动方向, 而幅度图对脑脊液周边的解剖结构显示更为清晰。 图2 正常人正中矢状面脑脊液流动幅度像 左图( 收缩期) 白箭头显示室间孔脑脊液流空影, 黑箭头显示 中脑导水管内脑脊液流空影, 三脑室、 四脑室、 脑干和颈髓前方同 样可以见到脑脊液流空影; 右图( 收缩末期) 白箭头显示室间孔脑 脊液流空影消失, 黑箭头显示中脑导水管脑脊液流空信号减弱, 脑干、 颈髓前方的脑脊液流空信号明显减弱 图3 正常人正中矢状位脑脊液相位像 左图( 收缩期) 白箭头显示室间孔处白色的脑脊液流动信号, 黑箭头显示中脑导水管处白色的脑脊液流动信号, 此外, 脑干前方 和颈髓前后方脑池和蛛网膜下腔中脑脊液均为白色信号, 显示在 心脏收缩期, 脑脊液的流动方向是从头端流向尾端, 从颅内至颅 外。右图( 舒张期) 白箭头显示室间孔处脑脊液流动信号为黑色, 黑箭头显示中脑导水管脑脊液流动信号为黑色, 此外, 脑干前方和 颈髓前后方脑池、 蛛网膜下腔中的脑脊液信号同样为黑色 在同一个心脏周期的同一帧图像上, 颅内或椎管 内各部分脑脊液流动的信号是不同的, 显示在不同位 置, 脑脊液流动有先后之分, 可以看到, 在以R波开始 的一个心动周期的末尾即以P波开始的第二个心动周 期的开始( 心房收缩期) 阶段, 即出现脑干前方、 颈髓前 后方蛛网膜下腔、 枕大池的脑脊液由头端向尾端的流 动, 然后出现三脑室、 中脑导水管脑脊液的头端向尾端 的流动( 图4) 。心脏的舒张期, 同样是脑干前方、 颈髓 前后方蛛网膜下腔、 枕大池的脑脊液先出现由尾端向 头端的流动, 然后才出现三脑室、 中脑导水管脑脊液的 尾端向头端的流动( 图5) 。 · 9801 · 解放军医学杂志2 0 0 5年1 2月 第3 0卷 第1 2期M e dJC h i nP L AV o l 3 0N o1 2D e c e m b e r2 0 0 5 图4 收缩期脑脊液流动方向 左图为心房收缩期, 脑干前方、 颈髓前后方、 枕大池的脑脊液由头 端向尾端流动。右图显示稍后出现三脑室、 中脑导水管脑脊液的头端 向尾端流动 图5 舒张期脑脊液流动方向 左图为心室舒张期, 脑干前方、 颈髓前后方、 枕大池的脑脊液由 尾端向头端流动。右图显示稍后出现三脑室、 中脑导水管脑脊液的 尾端向头端流动 3 讨 论 脑脊液循环具有重要的生理意义。诸多神经系统 疾病如脑积水、 蛛网膜囊肿、 C h i a r i畸形、 脊髓空洞症的 病理生理过程中均有脑脊液循环的障碍, 而后者又可 能是疾病继续进展的重要环节, 对这些疾病的脑脊液 流动特征进行研究, 有助于疾病的诊断、 疾病程度的判 断和治疗方法的选择以及治疗后的评价。 磁共振的发明为脑脊液流动研究提供了一种全新 的手段。1 9 8 5年, F e i n b e r g等 1最早将研究血管系统 的M R I速度成像用于脑脊液流动的研究, 显示了心动 周期内中脑导水管中脑脊液流动的信号强度变化。以 后报道逐渐增多, 已能通过M R I相位图像测定液体流 动的流速和流量 2 4。研究发现, 脑脊液的运动和心脏 活动密切相关, 颅内血液的变化导致脑组织体积的变 化是脑脊液流动的动力, 脑脊液的运动方向和速度在 同一个心动周期内产生有规律的变化。由于M R I可 直接观察脑脊液流动的方向和速度变化, 因而迅速成 为研究脑脊液流动的新手段。目前多采用相位对比法 对脑脊液的流动进行研究。 E n z e r m a n n等 5用 M R I研究了心脏收缩期和舒张 期颅内血流量变化及脑脊液流动情况后认为: 颅内和 椎管内脑脊液流动的主要驱动力是脑血管收缩期的脑 膨胀, 是动脉血、 毛细血管血、 静脉血和脑脊液四个因 素共同作用的结果。收缩期动脉血流入增加, 脑血流 量明显增加, 引起脑膨胀, 脑室系统受压, 使脑脊液向 下流入椎管; 舒张期静脉血流出增多, 脑血流量减少, 脑脊液向上反向流动。脑脊液流动方向的变化是由于 不同部位脑血流量增加的快慢、 程度不同。 本研究显示, 心脏收缩期和舒张期脑脊液流动方 向明显不同: 心房收缩期和心室收缩期, 中脑导水管脑 脊液信号为高信号, 脑脊液自第三脑室向下流入第四 脑室; 心室舒张期, 中脑导水管脑脊液信号为低信号, 说明脑脊液流动方向相反, 枕骨大孔区、 颈椎蛛网膜下 腔内脑脊液流动与此相似, 说明脑脊液是往复搏动的。 同时我们观察到, 颅内及颈椎各部分脑脊液在心动周 期的不同时期流动方向是一致的, 即在收缩期, 中脑导 水管、 第四脑室、 枕骨大孔区、 基底池、 脚间池、 小脑延 髓池、 颈髓前后蛛网膜下腔的脑脊液均为头端至尾端 方向, 而在舒张期上述部位的脑脊液都从尾端向头端 流动。我们的这一结果与脑脊液团流理论不一致, 后 者认为脑脊液在椎管内于脊髓的背侧向下流至腰大 池, 然后折向脊髓前方并向上到基底池直至颅顶。如 遵照团流理论, 以脑干、 脊髓为界, 前后两部分的脑脊 液流动方向应该是相反的。 本研究还发现, 在同一心脏周期内, 枕骨大孔区及 颈椎上部椎管内蛛网膜下腔脑脊液搏动早于中脑导水 管的脑脊液搏动, 该现象是由于椎动脉系统和颈内动 脉系统搏动时间的差异所致, 即由于椎动脉系统与心 脏的距离较颈内动脉系统更近, 会更早出现搏动, 导致 幕下的脑组织更早的膨胀, 其结果是该处的脑脊液出 现更早的搏动 6。 参 考 文 献 1F e i n b e r gD A,M a r kA S .H u m a nb r a i nm o t i o na n dc e r e b r a l s p i n a l f l u i d c i r c u l a t i o nd e m o n s t r a t e dw i t hM Rv e l o c i t y i m a g i n g . R a d i o l o g y,1 9 8 7, 1 6 3:7 9 3 2N i t zWR,B r a d l e yWG,W a t a n a d eA Se t a l. F l o wd y n a m i c so fc e r e - b r o s p i n a l f l u i d:a s s e s s m e n tw i t hp h a s e - c o n t r a s tv e l o c i t y M Ri m a g i n g p e r f o r m e dw i t hr e t r o s p e c t i v ec a r d i a cg a t i n g .R a d i o l o g y,1 9 9 2,1 8 3: 3 9 5 3G i d e o nP,S t a h l b e r gF,T h o m s e nCe t a l. C e r e b r o s p i n a l f l o wa n dp r o - d u c t i o ni np a t i e n t s w i t hn o r m a lp r e s s u r eh y d r o c e p h a l u ss t u d i e db y M R I . N e u r o r a d i o l o g y,1 9 9 4,3 6:2 1 0 4W e d e e nV J,R o s e nB R,C h e s l e rDe t a l. M Rv e l o c i t y i m a g i n gb yp h a s e d i s p l a y . JC o m p u tA s s i s tT o m o g r,1 9 8 5,9:5 3 0 5E n z e r m a n nD R,R o s sM R,M a r k sM Pe t a l. H o wb l o o d i n f l o wm a j o r c e r e b r a l a r t e r i e sm e a s u r e db yp h a s e - c o n t r a s t c i n eM R I .A J N R,1 9 9 4, 1 5:1 2 3 6G r e i t zD,G r e i t zT.T h ep a t h o g e n e s i sa n dh e m o d y n a m i c so fh y d r o - c e p h a l u s:p r o p o s a l f o r an e wu n d e r s t a n d i n g . A J N R,1 9 9 7,3:3 6 7 (2 0 0 5 - 0 8 - 1 1收稿 2 0 0 5 - 1 0 - 2 3修回) ( 本文编辑 胡全兵) · 0901 · 解放军医学杂志2 0 0 5年1 2月 第3 0卷 第1 2期M e dJC h i nP L AV o l 3 0N o1 2D e c e m b e r2 0 0 5