颅内与颅外平面测量脑血流与脑脊液动力学相互作用的研究

背景介绍

脑血流（Cerebral Blood Flow, CBF）与脑脊液（Cerebrospinal Fluid, CSF）的相互作用是维持颅内压（Intracranial Pressure, ICP）稳定的关键因素。根据Monro-Kellie学说，颅内容积（包括脑实质、脑脊液和血液）是恒定的，任何一方的容积变化必须由其他部分补偿。然而，近年来的研究表明，脑血流和脑脊液的动态变化并不完全遵循这一学说，尤其是在心脏周期内，脑血流的微小变化可能无法被脑脊液完全平衡。这一现象在多种神经系统疾病（如脑积水、阿尔茨海默病等）中具有重要意义。

尽管许多研究通过相位对比磁共振成像（Phase-Contrast MRI, PC-MRI）技术测量了脑血流和脑脊液的动态变化，但大多数研究集中在颅外平面（如颈动脉和颈内静脉）进行测量。然而，颅外静脉的解剖结构和血流动力学存在较大的个体差异，这可能影响测量结果的准确性。因此，本研究旨在比较颅内和颅外平面测量脑血流与脑脊液动力学相互作用的差异，探讨哪个平面更适合研究脑血流与脑脊液的相互作用。

论文来源

本论文由Kimi Piedad Owashi、Pan Liu、Serge Metanbou、Cyrille Capel和Olivier Balédent共同撰写，作者分别来自法国Amiens-Picardie大学医院的医学图像处理部门、放射科和神经外科。论文于2024年发表在《Fluids and Barriers of the CNS》期刊上，题为“Phase-contrast MRI analysis of cerebral blood and CSF flow dynamic interactions”。

研究流程与结果

1. 研究对象与实验设计

研究纳入了38名健康年轻志愿者（18名女性，20名男性），年龄范围为19至35岁。所有参与者均无神经系统疾病、精神疾病或其他严重疾病史。研究使用3T MRI系统进行数据采集，主要测量颅内和颅外平面的脑血流以及C2-C3水平的脑脊液流动。

2. 数据采集与处理

研究使用PC-MRI技术测量脑血流和脑脊液的动态变化。颅内平面测量了左右颈内动脉、基底动脉、直窦和上矢状窦的血流，而颅外平面测量了左右颈内动脉、左右椎动脉以及左右颈内静脉的血流。脑脊液流动的测量平面位于C2-C3水平。

数据后处理使用了自研软件“Flow”，该软件基于半自动分割算法，能够校正涡流效应并计算脑血流和脑脊液的动态流速。通过积分脑血流和脑脊液的流速曲线，研究计算了脑血流容积变化（Cerebral Blood Volume Change, CB_VC）和脑脊液容积变化（CSF Volume Change, CSF_VC）。

3. 主要结果

研究发现，颅外平面的脑血流容积变化幅度显著高于颅内平面（颅外：0.89 ± 0.28 ml/cc；颅内：0.73 ± 0.19 ml/cc；p < 0.001）。此外，颅内平面的脑血流与脑脊液容积变化之间的线性关系更强（R²：0.82 ± 0.16；斜率：-0.74 ± 0.19），而颅外平面的线性关系较弱（R²：0.47 ± 0.37；斜率：-0.36 ± 0.33；p < 0.001）。这表明，颅内平面的测量结果更能反映脑血流与脑脊液之间的相互作用。

4. 结论与意义

研究结果表明，脑脊液并不能完全平衡心脏周期内的脑血流变化，这与Monro-Kellie学说的预期有所不同。此外，颅内平面的脑血流测量结果与脑脊液动力学具有更强的相关性，表明颅内平面更适合研究脑血流与脑脊液的相互作用。这一发现为未来研究颅内压变化及相关神经系统疾病的机制提供了新的视角。

研究亮点

1. 首次在颅内平面测量脑血流：本研究首次在Willis环下方测量脑血流，验证了脑脊液与脑血流之间的动态关系。
2. 颅内外平面对比：研究通过对比颅内和颅外平面的测量结果，揭示了颅外静脉解剖和血流动力学的个体差异对测量结果的影响。
3. 自研软件的应用：研究使用了自研的“Flow”软件进行数据后处理，提高了脑血流和脑脊液流动测量的准确性。

其他有价值的信息

研究还发现，颅外静脉的血流动力学存在显著的个体差异，这可能与颈内静脉的解剖变异有关。此外，研究指出，未来的研究应考虑心脏周期长度对脑血流和脑脊液动力学的影响。

总结

本研究通过PC-MRI技术，首次在颅内平面测量脑血流，揭示了脑脊液与脑血流之间的动态关系。研究结果表明，颅内平面更适合研究脑血流与脑脊液的相互作用，这为未来研究颅内压变化及相关神经系统疾病的机制提供了新的思路。