编辑推荐：
为解决脑静脉系统血流动力学研究受限问题，研究人员开展基于位移谱 MRI（DiSpect）的静脉灌注源映射研究。结果显示该技术可描绘静脉区域、检测咖啡因及神经激活引起的灌注变化。这为脑疾病研究和成像技术提升提供新途径。
在人体的大脑中，静脉系统就像一套复杂的 “地下排水管道网络”，默默承担着至关重要的任务。它负责将大脑代谢产生的 “废水”—— 含有二氧化碳等代谢废物的血液运输出去，确保大脑能正常运转。然而，这套 “管道网络” 的血流动力学却如同神秘的谜题，一直未被完全解开。由于每个人的脑静脉生理结构都存在差异，就像不同城市的排水管道布局各不相同一样，再加上当前成像技术的局限性，使得研究脑静脉系统的难度大大增加。但这一领域的研究却意义非凡，因为静脉异常与多种神经系统疾病密切相关，像静脉窦血栓形成、硬脑膜动静脉瘘、特发性颅内高压等，甚至在多发性硬化症、帕金森病等疾病中，也可能有静脉系统的 “身影”。此外，静脉系统还与基于血氧水平依赖（BOLD）的功能磁共振成像（fMRI）有着千丝万缕的联系，它对 BOLD 信号的复杂影响，严重限制了 fMRI 对神经活动定位的准确性。
为了攻克这些难题，来自美国加利福尼亚大学伯克利分校等机构的研究人员踏上了探索之旅。他们开展了一项关于利用位移谱 MRI（Displacement Spectrum MRI，DiSpect）技术进行静脉灌注源映射的研究。最终，他们成功找到了一种可以描绘静脉区域、揭示神经激活时灌注调节机制的方法，相关研究成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员在此次研究中主要运用了以下关键技术方法：
- DiSpect 技术：基于位移编码与刺激回波（DENSE）技术发展而来，通过对大脑血液中水自旋的磁化进行空间编码，在血液流入大静脉后进行远程检测，从而获取灌注源信息。
- 定量磁化率成像（QSM）：用于生成高分辨率的脑静脉造影图，帮助研究人员清晰观察静脉结构。
- 功能磁共振成像（fMRI）结合 BOLD 对比：在神经激活实验中，利用 BOLD 对比来验证神经激活的一致性，并与灌注源映射结果进行对比分析。
下面来看看具体的研究结果：
- 灌注源映射采集：DiSpect 技术克服了 DENSE 技术的局限性，能够分辨体素内位移自旋的多维来源。研究人员通过多次心脏门控采集和逐渐增加的 DENSE 编码，获取了成像切片中每个目标体素的灌注源图。在实验中，他们选择了不同的编码方向，创建了 2D 冠状面或矢状面的灌注源图，进而确定了每条皮质静脉的引流区域。
- 静脉灌注源映射的实验验证：研究人员通过实验验证了 DiSpect 评估上矢状窦附近脑静脉灌注的能力。他们选取了不同的感兴趣区域（ROI），在不同混合时间下观察灌注源图，结果显示该技术能够清晰追踪血液来源，并且信号强度反映了不同来源血液进入目标体素的相对比例。此外，在针对大脑深部静脉的实验中，研究人员同样证明了 DiSpect 能够显示来自大脑深部结构的远程灌注源。
- 对咖啡因诱导的全局灌注变化的敏感性：咖啡因作为一种血管活性物质，会影响脑血流速度和静脉传输时间。研究人员让受试者在扫描前禁食咖啡因 72 小时，然后分别在摄入咖啡因前后进行 DiSpect 采集。结果发现，摄入咖啡因后，血液到达成像切片的时间延迟，并且在不同静脉和静脉区域的不同位置都能观察到这种延迟，尤其是在静脉区域的边界处延迟更明显。
- 对神经激活时局部灌注调节的特异性：研究人员开发了一种改进的 DiSpect 脉冲序列来研究神经激活时的灌注变化。在实验中，受试者执行手部挤压任务，同时进行 DiSpect 和 fMRI 数据采集。结果表明，在激活运动皮层时，灌注源图信号在靠近引流激活区域的静脉附近显著增加，而在远离激活区域的静脉则出现信号下降，并且这种变化具有可重复性。此外，通过分析不同 DiSpect 分区之间的螺旋 BOLD 采集数据，验证了运动皮层在整个扫描过程中被持续激活。
- 多切片灌注源映射：为了加快图像采集速度，研究人员采用了多切片成像技术。他们同时对三个轴向切片进行成像，有效减少了扫描时间，并且能够获取整个上矢状窦的灌注动态信息。不过，该技术也存在一些局限性，比如可能会抑制小静脉分支的信号，并且目前识别静脉分支的方法还需要手动操作。
在研究结论和讨论部分，研究人员指出，DiSpect 灌注源映射技术是一种功能强大的技术，能够探测脑静脉系统复杂的灌注动态。它可以测量从毛细血管床、小静脉到较大静脉窦的血流，并且对咖啡因引起的全局灌注变化和神经激活引起的局部灌注变化都具有敏感性和特异性。然而，该技术也存在一些限制，如采集高维数据集耗时较长，目前只能获取低分辨率的 2D 投影灌注源图，并且可视化效果还有待提高。但这一创新方法为多种脑部疾病的成像研究开辟了新途径，有望用于评估动静脉畸形、研究缺血性中风的侧支循环、进行脑动脉瘤的血流动力学分析以及探索大脑的类淋巴系统等。它还有助于更深入地理解静脉对 BOLD 信号的贡献，提高 fMRI 功能激活定位的准确性，为未来脑部疾病的研究和诊断提供了重要的技术支持，在生命科学和医学领域具有广阔的应用前景。
