PC-MRI 技术在脑脊液循环中的应用

盛范龙，王长军，董 辉，修建军

（1.滨州医学院，山东烟台264003；2.山东省济南市济阳区人民医院影像科，山东济南251400；3.山东省立医院医学影像科，山东济南250021）

脑脊液循环流速慢且复杂，MRI 相位对比成像（PC-MRI）适合于检测缓慢流体，既能显示流体管道形态，又能提供流体动力学信息［1］，在脑积水诊断及术后评估、蛛网膜囊肿性质判断的应用中有重要意义。以往研究［2-3］在脑脊液流动曲线、流速编码（VENC）值、导水管扫描位置及ROI 面积的选取等方面存在差异。本文应用PC-MRI 技术对中脑导水管脑脊液检测，进一步分析流动曲线形态，并探讨上述因素对测量结果的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料 2018 年6—9 月共纳入30 例志愿者，其中10 例（第1 组）行不同VENC 值（5、10、20、70 cm/s）的脑脊液参数测定，ROI=0.03 cm2，男6 例，女4 例，年龄21～60 岁，平均37.4 岁；10 例（第2组）行导水管不同位置（导水管上口、中段、下口）扫 描，ROI=0.03 cm2，男5 例，女5 例，年龄21～48岁，平均31.9 岁；10 例（第3 组）定位导水管中段、VENC=20 cm/s，行不同ROI 面积（0.01、0.02、0.03、0.04 cm2）扫描，男7 例，女3 例，年龄21～48 岁，平均31.6 岁。入选标准：平素健康，心率60～80 次/min，先行常规MRI 平扫除外颅脑病变。所有受检者均知情同意，符合伦理学要求。

1.2 仪器与方法 采用Philips 3.0 T Ingenia MRI及头部16 通道相控阵线圈，先行常规颅脑MRI 平扫，脑脊液流动检查序列包括相位图像（CSF-PCA）序列和流动定量（CSF-QF）序列。CSF-PCA 序列参数：TR 21.0 ms，TE 7.9 ms，FOV 250 mm×227 mm，层厚10 mm，无间隔，矩阵384×384；CSF-QF 序列参数：TR 12.0 ms，TE 7.4 ms，FOV 150 mm×150 mm，层厚4 mm，无间隔，矩阵256×178，NEX 1。编码方向足侧向头侧，重建相位13。使用外周指脉门控、呼吸及流动补偿技术。

1.3 图像后处理及分析 选择CSF-QF 序列，电影模式观察CSF-PCA 图像；应用Q-FLOW 分析软件包处理，于中脑导水管勾画ROI，系统自动生成1 个心动周期内的流动曲线和脑脊液的多项动力学参数。先分析相位图及流动曲线，后对比分析舒张期峰值流速、收缩期峰值流速、平均流速、绝对每搏输出量（ASV）及回返系数。

1.4 统计学方法 采用SPSS 17.0 统计软件进行数据分析，符合正态分布的计量资料以±s 表示，多组比较采用单因素方差分析及两两比较，以P＜0.05为差异有统计学意义。多组数据先行方差齐性检验，若方差齐采用单因素方差分析，方差不齐采用Kruskal-Wallis 秩和检验。

2 结果

30 例均表现为1 个心动周期内导水管区脑脊液呈往复交替式流动，相位图呈黑白交替变化（图1）。导水管区脑脊液流动曲线形态多样，呈正、余弦波和“U”型波（图2～4）。

第1 组VENC=5 cm/s 均出现相位混淆，相位图呈白色中间黑色影，流动曲线呈无规律波浪状；VENC=10、20、70 cm/s 时相位图像均无混淆伪影，流动曲线呈规律正、余弦曲线（图5）；VENC=70 cm/s 组幅度图脑脊液信号明显较低、流动曲线较10、20 cm/s 局限轻度变化。VENC 不同各测量值均服从正态分布，平均流速及ASV 方差不齐行秩和检验。VENC=5 与10、20、70 cm/s 时的峰值流速和ASV 差异均有统计学意义（均P＜0.05），而10、20、70 cm/s 测量结果差异均无统计学意义（均P＞0.05）（表1）。

图1 男，36 岁 图1a，1b 正常脑脊液流动相位图呈黑白交替 图2～4 应用相同门控和编码方向、采集重建相位数情况下3 例志愿者（均为男性，分别为21、42、36 岁），出现3 种波形 图5 男，25 岁 图5a～5d 流速编码（VENC）分别为5、10、20、70 cm/s，VENC=5 cm/s 时曲线不规则，后三者呈基本一致的正弦曲线

第2 组导水管上口、中段、下口测量的舒张期峰值流速、收缩期峰值流速、平均流速及回返系数，均服从正态分布，方差齐，结果差异均无统计学意义（均P＞0.05）（表2）。

第3 组不同大小ROI 时的测量值均服从正态分布，平均流速方差不齐行秩和检验。ASV 随ROI 增大而增加，差异均有统计学意义（均P＜0.05）；不同ROI 舒张期峰值流速、收缩期峰值流速、平均流速及回返系数差异均无统计学意义（均P＞0.05）（表3）。

表1 10 例定位导水管中段、不同venc 取值、ROI=0.03 cm2 的测量值比较（±s）

表1 10 例定位导水管中段、不同venc 取值、ROI=0.03 cm2 的测量值比较（±s）

注：VENC，流速编码；ASV，绝对每博输出量。

表2 10 例定位导水管不同位置、VENC=20 cm/s、ROI=0.03 cm2 时的测量值比较（±s）

表2 10 例定位导水管不同位置、VENC=20 cm/s、ROI=0.03 cm2 时的测量值比较（±s）

表3 10 例定位导水管中段、VENC=20 cm/s、不同ROI 时的测量值比较（±s）

表3 10 例定位导水管中段、VENC=20 cm/s、不同ROI 时的测量值比较（±s）

3 讨论

3.1 PC-MRI 原理 PC-MRI 是一种既能显示流体管道形态，又能提供流体动力学信息的无创检查技术，是目前唯一无创、全面、定量流体分析的技术［4］。流体与周围静止组织相位差值的定量化可推算出其流速、流量及每搏流量［5］。PC 序列采集数据经后处理得到2 种图像：幅度图和相位图，前者反映解剖结构，后者含有流体的方向信息，且信号强度与流速成正比［6］。

3.2 脑脊液流动特性 正常中脑导水管脑脊液在1次心动周期内呈双向振动流动，这种振动式流动来源于心动周期内脑血容量的变更，即在颅骨完整的前提下颅内容积及脑内动脉、静脉、脑脊液总量均恒定，心收缩期动脉血入脑，脑组织扩张而颅骨坚硬不具备缓冲能力，扩张的脑组织挤压脑室系统使脑脊液通过中脑导水管向下流动，以此缓冲升高的颅内压；相反，舒张期脑脊液又可通过导水管向上回流脑室系统以维持颅内压［2］。

3.3 导水管脑脊液流动曲线 PC-MRI 图像经后处理得到脑脊液流速-时间曲线，可直观显示脑脊液往返流动的特点，脑脊液流动曲线呈现3 种形态，分别为“正（余）弦波”、“U”形波、倒置“U”形波［7］。对比观察以上3 种曲线形态、结合数学中正余弦波形特点和曲线对应的数字，笔者认为这3 种曲线是因扫描触发点的不同造成的，在反映脑脊液流动特性上本质是一致的，均反映双向往复波动式流动，延长诸波形具有一致性。

部分报道［8］认为在中脑导水管区测量脑脊液流速-时间曲线的类型与所使用的门控类型、重建相位数及流速编码方向有关；笔者应用相同门控和编码方向、采集重建相位数情况下出现了2～3 种波形，说明流动曲线波形与门控类型、编码方向、重建相位数及方向触发方式中的单一因素无关，推测可能与触发点选择或上述因素的不同组合有关。

3.4 PC-MRI 法测量中脑导水管区脑脊液流动的影响因素 不同学者对正常志愿者中脑导水管脑脊液流速、流量等的研究存在较大差异，表明PC-MRI 法可能存在较多影响测量结果的因素，使得PC-MRI 脑脊液流动分析的临床应用受到一定限制［9-10］。

3.4.1 VENC VENC 是指运动质子达到180°相位位移时的速度，流体速度范围在VENC 范围内，信号强度与流速成正比；理想的VENC 值应与真实的流体速度尽可能一致，小于实际峰值流速会产生“混淆”伪影并低估流体流速［11］，过高则会因测得相位改变的质子减少使实际测量值较正常值偏低。因此，实际测量中VENC 应取值适当。

本研究设定VENC=5、10、20、70 cm/s，VENC=5 cm/s 时均出现混淆伪影，时相-流量曲线不规则、波动明显，测量结果亦偏低。VENC 取10、20、70 cm/s时，各测量指标间差异无统计学意义，说明VENC=70 cm/s 时未引起相位的明显丢失，但使测量结果出现偏低、流动曲线出现轻度波动。因此，笔者认为在应用PC-MRI 进行流速测量前，须对被测量流体的最大流速进行大概判断，取等或稍高VENC 值以求测量结果的准确。

有学者［12］认为VENC 的设定值应尽可能接近流体的峰值流速，尽量在无伪影基础上选择最小值。车英玉等［13］发现流速为10 cm/s 时，图像在1 个周期中的变化最明显，并将VENC 设定为12 cm/s。钟熹等［3］研究显示VENC=60 cm/s 时，并未对较低流度脑脊液的测量产生明显影响，认为VENC 有“宁高勿低”的取值原则。

结合以上观点及本研究认为，当VENC 设置到混淆伪影消失时的最低值时测量结果最准确，由此可认为VENC 取值应稍高于10 cm/s。

3.4.2 中脑导水管定位 中脑导水管解剖上由2 个生理狭窄分成3 段，分别为入口段、中间段、出口段。PC-MRI 中脑导水管脑脊液的测量结果及解剖定位存在较大争议，至今仍无统一的扫描定位标准。Kapsalaki 等［14］发现正常成人导水管上述3 处位置测得的脑脊液的不同，导水管入口段、中间段、出口段平均流速依次降低，且差异均有统计学意义，而流量差异无统计学意义。Abbey 等［15］认为不同解剖部位间脑脊液流速不同但差异无统计学意义。

研究［3］发现导水管中间段测量结果可复性最佳，可作为理想的测速位置。本研究结果与Abbey 等［15］的相似。导水管中段面积相对较大且流动模型更稳定，上下口处可能存在更明显涡流，另外，导水管中段易于检查定位及ROI 的界定，有利于减少部分容积效应对结果的影响。

3.4.3 ROI 面积 中脑导水管直径较小，绘制ROI时需适当放大以利于观察及手动绘制，但同时也会放大导水管内脑脊液与管壁间的部分容积效应，使边界模糊，因此ROI 的设置并不精确；幅度图像上管腔断面与周边组织对比度较好，在绘制时应选择导水管幅度图像较亮的图像，图像放大应适度，窗宽、窗位应适当调节，以利于ROI 的绘制。总体数据的分析应尽量贴近管壁边缘但应避免过度，否则会增加管壁部分容积效应的影响而使测量数据不准确。

研究［2］发现，不同ROI 面积导水管中间段脑脊液流速测量无差异，而ASV 与面积呈正相关。本研究绘制4 个不同ROI 面积对导水管中间段进行测量对比，脑脊液舒张期峰值流速、收缩期峰值流速差异无统计学意义，平均流速随ROI 增加而减小，符合层流中间快、周边慢的特点。

总之，脑脊液流动形式复杂，PC-MRI 检测时导水管区脑脊液流动曲线形态多样，但均反映脑脊液流动的意义具有一致性，且流动曲线波形与触发方式无关。VENC 取值、导水管选定部位及ROI 面积对检测结果有影响，应综合分析流动曲线及测量参数反映脑脊液流动的生理病理情况。