中国中西医结合影像学杂志   2019, Vol. 17 Issue (6): 562-565
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引用本文
盛范龙, 王长军, 董辉, 修建军. PC-MRI技术在脑脊液循环中的应用[J]. 中国中西医结合影像学杂志, 2019, 17(6): 562-565. DOI: 10.3969/j.issn.1672-0512.2019.06.003
Sheng Fanlong, Wang Changjun, Dong Hui, Xiu Jianjun. Application of PC-MRI technique in cerebrospinal fluid circulation[J]. Chinese Imaging Journal of Integrated Traditional and Western Medicine, 2019, 17(6): 562-565. DOI: 10.3969/j.issn.1672-0512.2019.06.003
PC-MRI技术在脑脊液循环中的应用[PDF全文]
盛范龙1,2 , 王长军2 , 董辉2 , 修建军3
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
收稿日期: 2019-01-23
基金项目: 山东省自然科学基金(ZR2017MH018)
通信作者: 修建军, E-mail:15168889129@163.com.
摘要：目的: 分析MRI相位对比成像（PC-MRI）在中脑导水管区脑脊液检测时的流动曲线，以及流速编码（VENC）、导水管位置、ROI面积3个因素对结果的影响。方法: 纳入30例志愿者，10例（第1组）定位导水管中段，VENC=5、10、20、70 cm/s扫描4次，ROI=0.03 cm2；10例（第2组）VENC=20 cm/s、于导水管上口、中段、下口扫描3次，ROI=0.03 cm2；10例（第3组）定位导水管中段、VENC=20 cm/s扫描，绘制ROI=0.01、0.02、0.03、0.04 cm2 4次。ROI绘制后系统自动生成流动曲线和各流动参数。结果: ① 流动曲线呈正、余弦波和“U”型波多种形态。②第1组VENC=5 cm/s均见混淆伪影、流动曲线呈无规律波浪状，与VENC=10、20、70 cm/s时的峰值流速、绝对每博输出量（ASV）差异均有统计学意义（均P < 0.05）；VENC=10、20、70 cm/s时无混淆伪影，流动曲线呈规律性，各测量结果差异均无统计学意义（均P>0.05）。③第2组导水管不同部位所测流动参数，差异均无统计学意义（均P>0.05）。④第3组ASV随ROI增大而增加，差异有统计学意义（P < 0.05）；不同ROI时的峰值流速、平均流速及回返系数差异均无统计学意义（均P>0.05）。结论: ① 导水管区脑脊液流动曲线形态多样，但均反映双向往复波动式流动，延长诸波形具有一致性。②VENC=5 cm/s取值过低，70 cm/s取值略高，10~20 cm/s较合理；③扫描导水管不同部位对测量结果无影响；④ROI面积与ASV及回返系数呈正比，对峰值流速、平均流速无影响。
关键词：脑脊液    流动曲线    回返系数    磁共振成像    
Application of PC-MRI technique in cerebrospinal fluid circulation
Sheng Fanlong , Wang Changjun , Dong Hui , Xiu Jianjun
Department of Medical Imaging, Shandong Provincial Hospital, Jinan, 250021, China
Abstract: Objective: To analyze the flow curve of magnetic resonance phase-contrast imaging (PC-MRI) in cerebrospinal fluid detection in the middle cerebral aqueduct area, and the influence of three factors, velocity encoding (VENC), aqueduct location and ROI area, on the results. Methods: ① Ten volunteers were employed to locate the middle part of the aqueduct, and VENC=5, 10, 20, and 70 cm/s were scanned 4 times, with ROI=0.03 cm2. ②Another 10 volunteers, VENC=20 cm/s, scanning the upper, middle and lower orifice of the aqueduct for 3 times, ROI=0.03 cm2. ③Another 10 volunteers, positioned the middle part of the aqueduct, VENC=20 cm/s scanning, and drew ROI=0.01, 0.02, 0.03, 0.04 cm2 for 24 times. After ROI drawing, the system automatically generates flow curves and flow parameters. Results: ① The flow curve presented various forms of positive, cosine wave and "U" wave. ②Confound artifacts were observed at VENC=5 cm/s, and the flow curve presented irregular wavy shape, with statistically significant differences with VENC=10, 20, 70 cm/s in peak velocity, absolute stroke volume (ASV), and return coefficient (P < 0.05). There was no confound artifact at VENC=10~70 cm/s, the flow curve was regular, and there was no statistically significant difference among the measurement results (P>0.05). ③There was no statistically significant difference in flow parameters measured at different parts of the aqueduct (P>0.05). ④ASV increased with the increase of ROI area, and the difference was statistically significant (P < 0.05). There was no significant difference in ROI peak velocity, average velocity and return coefficient (P>0.05). Conclusions: ① The CSF flow curves in the aqueduct area are varied, but all reflect the two-way reciprocating wave flow, and the prolongation waveforms are consistent. ②VENC=5 cm/s is too low, VENC=70 cm/s is slightly higher, VENC=10~20 cm/s is more reasonable. ③Different parts of the aqueduct have no influence on the measurement results. ④ROI area is positively proportional to ASV and return coefficient, but has no influence on peak velocity and average velocity.
Key words: Cerebrospinal fluid    Flow curve    Return coefficient    Magnetic resonance imaging    

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x±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）。

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）。

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（x±s）

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）。

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（x±s）

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

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