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

中国卫生标准管理 2021年9期

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）

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）

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）

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）

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）

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）

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）

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）

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。