人脑白质神经纤维与血管几何取向关系的多模态MRI研究

本研究通过高分辨率扩散磁共振成像(dMRI)和磁敏感加权成像(SWI)技术，首次系统探究了健康成人脑白质中神经纤维与血管的空间取向关系。研究人员发现血管结构虽与部分神经纤维束平行，但并非全程伴随特定通路分布，这一发现挑战了传统MRI信号解释中"血管与神经纤维完全平行"的假设，为理解神经血管耦合机制及脑疾病影像诊断提供了新视角。

　　

论文解读

人类大脑白质如同精密的信息高速公路网络，其中髓鞘包裹的神经纤维与错综复杂的血管系统共同构成了维持脑功能的重要基础。长期以来，科学界普遍假设脑白质中的血管会沿着神经纤维束的走向平行分布，这种假设直接影响着对功能性磁共振成像(BOLD-fMRI)、动态磁敏感对比(DSC)等重要神经影像技术的解读。然而，这种血管-神经纤维的空间关系究竟是否存在系统性规律？美国范德堡大学成像科学研究所Kurt G. Schilling领衔的国际团队在《Scientific Reports》发表的研究，首次通过多模态磁共振成像技术揭开了这一微观结构之谜。

研究团队采用两项关键技术：7T超高场磁共振获取0.2mm各向同性分辨率的磁敏感加权成像(SWI)来可视化血管网络，结合3T多壳层扩散MRI(dMRI)解析神经纤维取向。通过Frangi血管滤波器和球形反卷积算法分别提取血管主取向和纤维取向分布(FOD)，在6名健康志愿者中实现了两种结构的体素级比对。

血管取向的个体与群体特征
SWI图像清晰显示脑白质血管呈现左/右、前/后、上/下三种主导取向模式。群体分析发现内囊、放射冠等区域血管取向一致性较高，而胼胝体等区域个体差异较大。深部髓质血管呈放射状分布，沿脑沟回走向与皮层垂直。

神经纤维与血管的空间关系
通过计算两种结构的夹角发现：仅有28-34%的体素中血管与主导纤维取向平行(夹角<30°)，但考虑交叉纤维后，89%体素内至少存在一支纤维与血管取向相近。沿纤维束分析显示，如弓状束中段血管与纤维近乎垂直，而在丘脑-前运动通路中两者全程保持平行。

区域与通路特异性差异
JHU白质图谱区域分析显示，上纵束等联合纤维与血管夹角最大(中位数55°)，而投射纤维夹角最小(中位数22°)。62条纤维通路的"沿束分析"揭示：血管取向在通路内部也存在显著变异，如视辐射从前段到后段呈现垂直-平行-垂直的波动模式。

讨论与意义
这项研究颠覆了"血管严格沿神经通路分布"的传统认知，首次量化证实两种结构存在"部分对齐"的复杂关系。这一发现对神经影像学具有多重启示：首先，为解释BOLD信号取向依赖性提供了新依据，提示血管自身几何特性可能独立影响fMRI信号；其次，修正了动态磁敏感对比(DSC)建模中血管-纤维完全平行的假设误差；最后，为脑白质疾病如小血管病变的机制研究建立了微观结构基础。研究采用的0.2mm超分辨率SWI与多壳层dMRI方案，为未来探索阿尔茨海默病、多发性硬化等疾病的神经血管耦合异常提供了方法论范式。

值得注意的是，血管与神经纤维的"非完全共线"特性可能反映进化形成的冗余供血策略——单一血管病变不会导致整条神经通路缺血。这种空间布局既满足代谢需求，又保障了系统的鲁棒性。未来研究可结合11.7T等更高场强MRI，进一步区分动脉/静脉的取向特性，并探索这种特殊几何关系在神经退行性疾病中的动态演变规律。