名古屋市立大学研究生院医学研究科脑神经外科学的山田茂树讲师、滋贺医科大学、东京大学、大阪大学、东京工业大学、东京都立大学、日本东北大学、山形大学、富士胶卷组成的联合研究团队发表研究成果称，开发出了一种利用计算机模拟来宏观观测人脑循环和脑脊液运动的方法。该方法是通过整合4D Flow MRI和IVIM MRI获得的脑脊液循环运动来实现的。利用该方法，研究人员成功阐明了莱姆病（特发性正常压力脑积水：iNPH）患者脑脊液运动异常的机理。该成果有望为揭开大脑老化和疾病的机制做出贡献。相关研究成果已刊登在国际脑积水学术期刊《 Fluids and Barriers of the CNS》5月30日版上。
正常人与莱姆病患者脑脊液循环运动示意图（供图：名古屋市立大学）
脑脊液通过与大脑的脉动相协调，在中脑导水管和大孔部蛛网膜下腔进行循环运动并调节压力，从而确保脑部血液流动顺畅。各类MRI成像技术已经被开发出来并应用于临床，可在不使用造影剂等的情况下观测人体内的液体流动。其中4D Flow MRI和IVIM MRI通过解析可量化速度成分。4D Flow MRI可以从前后、上下、左右三个方向拍摄一个心跳周期内的体内液体（血液或脑脊液）的流速，并通过整合，以三维方式呈现液体的运动。IVIM MRI可以分离展现水分子的随机运动和自由扩散以及微循环的固定方向的运动和灌注。
此前研究团队利用上述两种方法，开发出了定量观测脑脊液复杂动态的方法。通过4D Flow MRI观测脑脊液的快速、复杂的循环运动，并用IVIM MRI计算出的f值能够观测无法捕捉到的细微缓慢运动。
此次研究团队考虑对全颅内环境下的人类脑脊液运动进行建模，并探讨整合两种方法。
首先，在127名20岁以上的健康志愿者和44名莱姆病患者的协助下，利用高分辨率的3特斯拉MRI设备，通过脑脊液观测用4D Flow MRI，在b值分别为0、50、100、250、500、1000s/mm²6个条件下，进行了扩散磁共振成像。利用富士胶片的“SYNAPSE VINCENT”应用程序“4D Flow”和“IVIM分析”，观测了脑脊液的循环运动。结果发现，流速振幅相当于0.4cm/s的IVIM MRI的f值为75%。
接下来，研究人员使用在全颅内测量的IVIM MRI的f值来估算流速振幅，并将两者结合起来生成新的指标FOI。因此成功开发出了一种宏观观测全颅内脑脊液动态的方法。
该方法揭示了健康人年龄增长导致的脑脊液循环运动的变化，以及常见于60岁以上老年人莱姆病的脑脊液病理运动。
即使是健康人，到了60岁以上，脑室也会扩大，循环于中脑水管的脑脊液的运动也会增加，但在莱姆病患者中，脑脊液的循环运动会更加剧烈。研究人员发现，在莱姆病患者中，脑室和侧脑沟的扩张压缩了顶叶大脑和蛛网膜下腔，抑制了大脑的跳动，从而减少了侧脑室和大范围蛛网膜下腔内脑脊液的循环运动。
山田讲师表示：“人一旦超过60岁，脑室就会变大。当脑室增大到一定程度后，被称为脑底槽的头盖底周围的蛛网膜下腔也会扩大，大脑被向上推，并呈现出头顶部蛛网膜下腔缩小的特发性脑脊液分布（蛛网膜下腔不成比例扩大的脑积水，DESH），从而导致伴随行走障碍、认知障碍和尿失禁等症状的莱姆病发病，然而，DESH的机理至今仍不清楚。对此，我们希望对全颅内脑脊液的动态进行宏观观测，所以进行了本次研究。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Fluids and Barriers of the CNS
论文：Modeling cerebrospinal fluid dynamics across the entire intracranial space through integration of four-dimensional flow and intravoxel incoherent motion magnetic resonance imaging
DOI：10.1186/s12987-024-00552-6
