名古屋市立大學研究生院醫學研究科腦神經外科學的山田茂樹講師、滋賀醫科大學、東京大學、大阪大學、東京工業大學、東京都立大學、日本東北大學、山形大學、富士菲林組成的聯合研究團隊發表研究成果稱，開發出了一種利用電腦模擬來宏觀觀測人腦循環和腦脊髓液運動的方法。該方法是透過整合4D Flow MRI和IVIM MRI獲得的腦脊髓液循環運動來實施的。利用該方法，研究人員成功闡明瞭萊姆病（特發性正常壓力腦積水：iNPH）患者腦脊髓液運動異常的機制。該成果有望爲揭開大腦風化作用和疾病的機制做出貢獻。相關研究成果已刊登在國際腦積水學術期刊《 Fluids and Barriers of the CNS》5月30日版上。
正常人與萊姆病患者腦脊髓液循環運動示意圖（供圖：名古屋市立大學）
腦脊髓液透過與大腦的脈動相協調，在中腦導水管和大孔部蛛網膜下腔進行循環運動並調節壓力，從而確保腦部血液流動順暢。各類MRI成像技術已經被開發出來並應用於臨牀，可在不使用造影劑等的情況下觀測人活體內的液體流動。其中4D Flow MRI和IVIM MRI透過解析可量化速度成分。4D Flow MRI可以從前後、上下、左右三個方向拍攝一個心跳週期内的活體內液體（血液或腦脊髓液）的流速，並透過整合，以三維方式呈現液體的運動。IVIM MRI可以分離展現水分子的隨機運動和自由擴散以及微循環的固定方向的運動和灌注。
此前研究團隊利用上述兩種方法，開發出了定量觀測腦脊髓液複雜動態的方法。透過4D Flow MRI觀測腦脊髓液的快速、複雜的循環運動，並用IVIM MRI計算出的f值能夠觀測無法捕捉到的細微緩慢運動。
此次研究團隊考慮對全顱內環境下的人類腦脊髓液運動進行建模，並探討整合兩種方法。
首先，在127名20歲以上的健康義工和44名萊姆病患者的協助下，利用高解析度的3特士拉MRI設備，透過腦脊髓液觀測用4D Flow MRI，在b值分別爲0、50、100、250、500、1000s/mm²6個條件下，進行了擴散磁共振造影。利用富士膠片的「SYNAPSE VINCENT」應用程式「4D Flow」和「IVIM分析」，觀測了腦脊髓液的循環運動。結果發現，流速振幅相當於0.4cm/s的IVIM MRI的f值爲75%。
接下來，研究人員使用在全顱内測量的IVIM MRI的f值來估算流速振幅，並將兩者結合起來生成新的指標FOI。因此成功開發出了一種宏觀觀測全顱内腦脊髓液動態的方法。
該方法揭示了健康人年齡增長導致的腦脊髓液循環運動的變化，以及常見於60歲以上老年人萊姆病的腦脊髓液病理運動。
即使是健康人，到了60歲以上，腦室也會擴大，循環於中腦水管的腦脊髓液的運動也會增加，但在萊姆病患者中，腦脊髓液的循環運動會更加劇烈。研究人員發現，在萊姆病患者中，腦室和側腦溝的擴張壓縮了頂葉大腦和蛛網膜下腔，抑制了大腦的短程飛行，從而減量了側腦室和大範圍蛛網膜下腔内腦脊髓液的循環運動。
山田講師表示：「人一旦超過60歲，腦室就會變大。當腦室增大到一定程度後，被稱爲腦底槽的頭蓋底周圍的蛛網膜下腔也會擴大，大腦被向上推，並呈現出頭頂部蛛網膜下腔等比縮小的特發性腦脊髓液分佈（蛛網膜下腔不成比例擴大的腦積水，DESH），從而導致伴隨行走障礙、認知疾患和尿失禁等病徵的萊姆病發病，然而，DESH的機制至今仍不清楚。對此，我們希望對全顱内腦脊髓液的動態進行宏觀觀測，所以進行了本次研究。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Fluids and Barriers of the CNS
論文：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
