利用動態感應磁振影像量測腦部順應性於大腦靜脈高壓之變化：人與大鼠之轉譯研究

腦部順應性(brain compliance)在早期即被用來描述腦內平衡(brain homeostasis)的狀態。依據蒙洛-凱利假說(Monro-Kellie doctrine)，腦內平衡受到顱內壓力(intracranial pressure)和容積(volume)之間關係的影響。顱內的組成包含血液、腦脊髓液與腦實質組織，此三者以有限的容積改變來維持正常的顱內壓力範圍。然而，一旦此三者間容積改變或互補失調，顱內高壓伴隨而生，並降低腦部順應性。因此，如能準確量測腦部順應性，將可提供有關顱內體積調控之儲備容積的整體資訊，以及評估未來發展成顱內高壓的風險。 目前，在臨床上量測腦部順應性與顱內壓，主以侵入式方法，例如：Spiegelberg顱內壓監測器應用於加護病房監測，或評估腦損傷、腦血管疾病患者之腦部順應性變化。非侵入式且準確的腦部順應性量測方法，將能提供臨床醫師與病患極大之效益。動態感應磁振造影(motion-sensitive magnetic resonance imaging，MRI)提供非侵入式監測的技術，能在一個心律週期中，分別量測動脈灌流容積(volume arterial inflow)、靜脈血排流容積(venous blood outflow)與腦脊髓液流動情形。我們假設腦內的腦脊髓液與靜脈血流，是維持腦實質組織與足夠腦血灌注壓的兩個關鍵調變成分。當病變發生時，如大腦靜脈高壓(cerebral venous hypertension)，腦部順應性可能會因此降低，反映出腦內平衡狀態的改變。大腦靜脈高壓會造成顱內壓上升，因此使得腦血流灌注壓下降(cerebral perfusion pressure)，進而導致缺血性腦損傷(ischemic brain injury)和細胞毒性水腫(cytotoxic edema)，最終使得血管壁組織破損造成出血。 本計畫原訂執行三年，惟因計畫僅獲准執行一年與有限經費（預定年度經費六成、總經費三成），較難如原訂期程，採購相關儀器設備與安排人力，以進行大腦靜脈高壓的疾病模型（需耗時半年至一年）研究。但我們仍在有限時間與預算下，分別使用小動物7T以及臨床3T磁振造影掃描儀，獲取健康大鼠與健康人的動態感應影像，並以流速假體（flow phantom）進行流速定量的驗證。藉以建立大鼠腦與人腦動脈灌流容積、靜脈血排流容積與腦脊髓液流動的定量分析平台，以評估三者在一次心律週期內的動態關聯性，來探討背後的生理機轉。本計畫亦提出改良之演算模型，來增進磁振造影估算腦部順應性之準確性與穩定性。並加入T2水抑制造影（T2 FLAIR imaging）觀察腦部水腫、擴散權重影像（diffusion weighted imaging）觀察水分子於細胞間質流動情況、磁化率權重影像（susceptibility weighted imaging）觀察小靜脈擴張情況以及使用定量磁化率造影（quantitative susceptibility mapping）所計算之氧提取分率(oxygen extraction fraction，OEF)圖形，可用於評估腦部缺氧損傷。這些技術平台將能提升相關臨床應用之價值。未來將能應用在腦部疾病研究，並促進相關轉譯醫學之進行。 以此計畫研究成果為基礎，主持人也將於近年內，將此腦部動態流體分析平台（包含水循環與血循環），應用於腦部類淋巴系統（glymphatic system）的研究，探討於疾病模式下，bulk water由動脈系統穿過腦血屏障，經由AQP4通道運輸到細胞間質的流動，最終回流至靜脈系統再進入腦室，加入腦脊髓液之循環，或者進入最新被發現的腦膜下淋巴系統（meningeal lymphatic system）之相關研究。