正常成年人脑血管、脑脊液生理流动模式的PC MRI 观察
2021-06-02邵演明刘祝华
邵演明 刘祝华
近年来,随着磁共振技术的发展,PC MRI 流体定量技术作为一种直接、快速、无创、无辐射测量脑部流体学的方法,为脑部流体动力学研究提供了新的方法,目前已被广泛应用于脑流体动力学循环障碍疾病的诊疗当中。其测量的可复性与准确性已被证实[1-2]。“门-克里二式学说”认为:生理条件下,由于颅骨坚韧不具备顺应性,心动周期内颅内压及颅内总容积是相对恒定的,为维持颅内压的稳定,颅内动脉、静脉、脑脊液循环处于动态平衡[3]。PC MRI 技术目前被应用于脑积水等疾病的研究报道较多,对颅内动脉、静脉、脑脊液循环流体动力学模式的整体研究较少。本研究通过对健康成年志愿者的双侧颈内动脉、颈内静脉、基底动脉及中脑导水管行PC MRI 测量来探讨其生理流动模式。
1 资料与方法
1.1 研究对象
招募38 名健康成年志愿者,其中女性25 名,男性13 名,年龄18 ~64 岁,平均(38.9±15.2)岁,心率(74.1±11.2)次/分;入选标准:既往无心、脑、血管病史,心率60 ~100 次/min,率齐,排除高血压、糖尿病、心脑血管疾病、颈椎病、神经系统疾病等影响脑部血液、脑脊液循环的相关疾病。所有志愿者行PC MRI 测量前均先行3T 常规MR 平扫包括T1WI、T2WI、FLAIR 序列,以排除颅内病变。
1.2 仪器设备、扫描方法及后处理
使用philips3.0T Achieva 多源超导成像系统,16 通道头颈线圈。
1.2.1 常规扫描参数 T2-TSE 矢状位扫描、TOF-MRA、3DPC MRV。
1.2.2 PC MRI 定位及参数 颈内静脉(internal carotid artery,IJV)、颈内动脉(internal carotid artery,ICA)、测量定位于C3椎体水平,距颈总动脉分叉约2 cm 以上,避免湍流的影响[4],基底动脉(basilar artery,BA)测量选取中间段[5]。测量采用TOFMRA、MRV 图像定位,扫描线分别垂直ICA、BA、IJV。中脑导水管(cerebral aqueduct,CA)采用T2-TSE 正中矢状位定位,扫描线垂直导水管中间段;运用2D-QFLOW 序列:TR/TE=25/3.5 ms,FOV 150×100 mm,层厚5 mm,无间隔,矩阵256×256,NSA 2 次,心脏相位 16 ,反转角度20°,ICA、IJV、BA、导水管编码速率预置分别为:100 cm/s、70 cm/s、100 cm/s、20 cm/s[4,6],编码方向由足向头,采用外周脉搏门控、流动补偿、无相位卷折技术。
1.2.3 后处理 将扫描所得原始图像传至Philips 后处理工作站。调节适当的窗宽、窗位,在T1-FFE 幅度图像上绘制流体断面兴趣区(region of interest,ROI);由Philip Q-FLOW 软件自动生成时相—流速曲线图(图1 ~4),并记录每个相位点、心动周期的相关流速、流量等流体动力学数据。上述操作由2 位有经验丰富的医师独立完成,数据取两者平均值。
1.3 研究部位、内容
分析ICA、IJV、BA、CA 兴趣区流体在心动周期内的时相-流速曲线图,观察其在心动周期内的流速、流量、波峰位置变化情况,记录截面面积、收缩期达峰流速(systolic peak velocity,PSV)、舒张期达峰流速(diastolic peak velocity,PDV)、平均流量(mean flux,MF)以及向上流量(upward flow,UF)、向下流量(downward flow,DF)、平均流速(mean velocity,MV)。
1.4 数据统计分析
数据采用SPSS 17.0 软件进行统计学处理分析,计量资料均以(±s)表示,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,两两均数比较时采用LSD-t 检验。P<0.05 表示差异有统计学意义。
图1 ICA“时相-流速曲线”
图2 BA “时相-流速曲线”
图3 IJV“时相-流速曲线”
图4 CA“时相-流速曲线”
2 结果
本组38 名志愿者,心动周期内ICA、BA、IJV、CA:PSV、PDV、MV、MF( 见 表1);ICA、IJV、BA、CA 每博平均流量(见表2);正常成人的R-IJV 回流占优势。总入颅血流量=ICA+BA:(10.71±1.28)mL/s ;颈内静脉引出血流量=(8.83±2.90)mL/s,行t检验,t=4.32,P<0.05,可认为总入颅血流量大于颈内静脉引出血流量。
健康成年男、女性ICA、IJV、BA、CA:PSV、PDV、MV、MF 对比(见表3 ~5);在心动周期内ICA、BA、IJV、CA:PSV、PDV、MV、MF 与性别差异无关。
中青年组、老年组ICA、IJV、BA、CA:PSV、PDV、MV、MF对比(见表6 ~8);在心动周期内ICA、BA、IJV、CA:PSV、PDV、MV、MF 与年龄有关,老年组ICA:PSV、PDV、MV、MF 均较中青年组降低,IJV、BA、CA 各项数值差异无统计学意义。
绘制ICA、BA、IJV、CA 在心动周期内“时相-流速曲线”,ICA、BA 呈单向高幅流动,曲线为“缓降-速升-缓降”型(图1、3);IJV 呈单向低幅流动,曲线为“缓降-缓升-缓降”型(图2),CA 脑脊液呈双向振动式流动,类似“正弦函数”型曲线(图4)。
表1 健康成年人心动周期内ICA、IJV、BA、CA:PSV、PDV、MV、MF ( ±s)(n=38)
表1 健康成年人心动周期内ICA、IJV、BA、CA:PSV、PDV、MV、MF ( ±s)(n=38)
注:*与对侧测定值行两两t 检验,IJV:A(t=-3.9,P=0.00)、MV(t=3.46,P=0.01)、MF(t=-5.1,P=0.00),P <0.05,R-IJV:MV、MF 较L-IJV 增大
类别 PSV(cm/s) PDV(cm/s) MV(cm/s) MF(mL/s)L-ICA 52.92±11.1230.40±8.3921.62±5.234.25±0.74 R-ICA 53.92±9.8029.09±6.9321.34±5.334.29±0.68 L-IJV 29.30±16.7015.72±10.8510.27±6.752.69±1.89 R-IJV 37.33±23.3417.46±23.0714.36±6.42* 6.14±3.06*BA 55.22±6.6025.69±21.4922.19±7.412.17±0.61 CA 4.75±1.564.11±1.770.05±0.090.007±0.006
表3 健康成年男性、女性ICA:PSV、PDV、MV、MF ( ±s)
表3 健康成年男性、女性ICA:PSV、PDV、MV、MF ( ±s)
分组 PSV(cm/s) PDV(cm/s) MV(cm/s) MF(mL/s)L-ICA R-ICA L-ICA R-ICA L-ICA R-ICA L-ICA R-ICA男(n=13) 54.10±9.1655.78±8.4929.20±6.7329.38±5.3020.51±4.0919.92±2.534.21±0.714.32±0.60女(n=25) 52.30±12.1452.96±10.4531.02±9.2128.94±7.7422.20±5.7322.08±6.244.26±0.774.28±0.73 t 值 -0.51 -0.900.70 -0.201.051.510.20 -0.16 P 值 0.610.380.500.840.300.140.840.87
表4 健康成年男性、女性IJV:PSV、PDV、MV、MF ( ±s)
表4 健康成年男性、女性IJV:PSV、PDV、MV、MF ( ±s)
分组 PSV(cm/s) PDV(cm/s) MV(cm/s) MF(mL/s)L-IJV R-IJV L-IJV R-IJV L-IJV R-IJV L-IJV R-IJV男(n=13) 29.24±21.8539.22±29.3716.99±12.4210.52±35.379.20±7.8613.61±8.052.43±2.075.06±2.92女(n=25) 29.33±13.8236.35±20.1515.06±10.1621.07±12.4710.82±6.2014.75±5.542.82±1.826.70±3.03 t 值 0.48 -1.04 -0.010.32 -0.65 -0.460.571.62 P 值 0.630.320.990.760.520.650.570.12
表5 健康成年男性、女性BA、CA:PSV、PDV、MV、MF、UF、DF ( ±s)
表5 健康成年男性、女性BA、CA:PSV、PDV、MV、MF、UF、DF ( ±s)
类别 PSV(cm/s) PDV(cm/s) MV(cm/s) MF(mL/s) UF(mL/s) DF(mL/s)BA 男(n=13) 53.25±6.3222.36±25.1923.05±4.692.11±0.552.11±0.550女(n=25) 56.25±6.6327.42±19.6321.74±8.552.19±0.642.19±0.640 t 值 1.370.63 -0.610.410.41 -P 值 0.180.540.550.680.68 -CA 男(n=13) 4.73±1.134.67±1.160.05±0.020.007±0.0060.049±0.0210.049±0.015女(n=25) 4.77±1.773.83±1.980.06±0.040.004±0.0030.040±0.0230.044±0.022 t 值 -0.09 -1.64 -1.031.701.21 -0.81 P 值 0.930.110.310.110.240.42
3 讨论
3.1 PC MRI 测量目标流体“时相-流速曲线”的解读
利用流动质子与静止组织的相位差来测量血液、脑脊液的流速的PC MRI 技术对特定方向的速度变化敏感,而静止组织及其它方向的速度变化信号将会被取消,故能准确、无创地显示血流、脑脊液流动模式并评估其幅度[7]。PC MRI“时相-流速曲线”以直角坐标系描述,横轴代表心动周期时间值,单位ms;纵轴代表ROI 质点流体流速,单位cm/s。纵轴表示的流速为矢量,与编码方向相同取正值,相反则为负值。因ICA、BA 流向与编码方向同向,纵轴为正值流速,反之IJV 纵轴为负值流速,CA 流向呈正反双向,故纵轴为正负值流速。绘制流体断面兴趣区(ROI),2D-Qflow 软件即可自动生成16 个时相位置ROI 质点的PSV、PDV、MV、MF、UF、DF。
表2 ICA、IJV、BA、CA 每博平均流量比较(mL, ±s)(n=38)
表2 ICA、IJV、BA、CA 每博平均流量比较(mL, ±s)(n=38)
类别 每搏向下流量 每搏向上流量 净流量ICA 08.54±1.158.54±1.15 IJV 8.83±2.9008.83±2.90 BA 02.17±0.612.17±0.61 CA 0.046±0.0200.043±0.0230.005±0.004
表6 中青年组、老年组ICA:PSV、PDV、MV、MF ( ±s)
表6 中青年组、老年组ICA:PSV、PDV、MV、MF ( ±s)
分组 PSV(cm/s) PDV(cm/s) MV(cm/s) MF(mL/s)L-ICA R-ICA R-ICA R-ICA L-ICA R-ICA L-ICA R-ICA中青年组(n=26) 56.41±8.5956.67±7.2532.69±7.3531.56±5.1823.11±4.9923.35±4.784.44±0.624.36±0.62老年组(n=12)45.35±12.5247.98±12.1325.43±8.6623.75±7.4318.40±4.3716.99±3.683.83±0.824.15±0.83 t 值 2.772.32.523.290.954.492.312.56 P 值 0.010.040.020.010.010.000.030.02
表7 中青年组、老年组IJV:PSV、PDV、MV、MF ( ±s)
表7 中青年组、老年组IJV:PSV、PDV、MV、MF ( ±s)
分组 PSV(cm/s) PDV(cm/s) MV(cm/s) MF(mL/s)L-IJV R-IJV L-IJV R-IJV L-IJV R-IJV L-IJV R-IJV中青年组(n=26) 29.33±17.4937.90±27.176.63±11.0617.49±26.6410.79±7.0515.17±6.622.66±1.956.00±2.98老年组(n=12)29.23±15.5836.11±12.3913.74±10.5917.41±13.329.13±6.1912.62±5.852.75±1.856.45±3.33 t 值 -0.12 -0.28 -0.77 -0.01 -0.74 -1.20 -0.15 -0.40 P 值 0.990.780.450.990.470.240.88 -0.70
表8 中青年组、老年组BA、CA:PSV、PDV、MV、MF、UF、DF ( ±s)
表8 中青年组、老年组BA、CA:PSV、PDV、MV、MF、UF、DF ( ±s)
分组 PSV(cm/s) PDV(cm/s) MV(cm/s) MF(mL/s) UF(ml/s) DF(mL/s)BA 中青年组(n=26) 56.11±6.5425.08±25.8322.08±8.512.17±0.612.17±0.610老年组(n=12) 53.31±6.6127.03±5.8422.43±4.492.17±0.622.17±0.620 t 值 1.217 -0.365 -0.169 -0.015 -0.015 -P 值 0.2370.720.8670.9880.988 -CA 中青年组(n=26) 4.63±1.454.27±1.970.06±0.030.008±0.0060.045±0.0250.047±0.021老年组(n=12) 5.02±1.833.78±1.260.05±0.030.004±0.0030.040±0.0180.043±0.018 t 值 0.640.920.962.740.600.63 P 值 0.530.360.350.010.550.53
3.2 头颈部血管、中脑导水管脑脊液的“时相-流速曲线”特征与颅内压的平衡调节
研究得出健康成人两侧ICA 血流参数无明显差异,两侧IJV:MV、MF 数值有明显差异,P<0.05,右侧占优势,与相关文献报道:正常人群中右侧静脉窦优势分流多见的情况[8]相符。BA 流量显著小于ICA;CA 向下流量大于向上流量,故CA 内脑脊液净流量向下流入第四脑室,但净流量并不大,对颅内压平衡起着精细调节作用。通过对脑血管、中脑导水管“时相-流速曲线”的分析,我们可以推断:脑血流、脑脊液及脑组织顺应性共同参与颅内压的平衡调节,动脉供血触发的颅内压升高,脑组织的扩张引起静脉、脑脊液的被动排出,以缓冲急剧升高的颅内压;舒张期动脉低灌注,而静脉也随之排出减少,颅内压呈下降趋势,此时的脑组织“回缩”,三脑室、侧脑室扩张,压力降低,通过CA 回抽四脑室的脑脊液流入缓冲。这四者间相互协调、相互配合共同维持着颅内压、颅内总容积的动态平衡。
3.3 脑血管、中脑导水管脑脊液“时相-流速曲线”的临床应用价值
研究表明:血管、脑组织的顺应性与颅内压均会影响颅内血流和脑脊液的流动模式,脑动脉硬化、高血压、血管源性痴呆、老年性痴呆、脑积水等疾病能引起脑血管或脑组织顺应性的相应改变[9-12]。脑血流“时相-流速曲线”直观显示血液的流动模式。脑脊液的“时相-流速曲线”不单反映脑室系统的压力变化,也解释蛛网膜下腔出血逆流到脑室系统的机制,且反映了脑血管及脑组织的顺应性。脑动静脉、脑脊液流速曲线波峰位置、幅度、形态的研究是探讨病理状况下颅内循环、脑组织顺应性变化的基础。这种流速波峰位置的打破或者出现时相顺序的改变、幅度的变化以及每博流量和方向的改变等均可能提示血管、脑组织发生病理性顺应性改变和循环路径的障碍。
故PC MR 流体定量技术作为直接、快速、无辐射、无创伤性的测量脑血流、脑脊液流速、流量的有效方法,为研究脑脊液的循环动力学提供了新的有效方法,可广泛应用于脑血流、脑脊液循环障碍疾病的诊断和治疗。