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综述
四维血流磁共振成像在中枢神经系统中的应用进展
杨春香 鲁际 周恒 蒋韬

Cite this article as: YANG C X, LU J, ZHOU H, et al. Progress in the application of four-dimensional flow magnetic resonance imaging in the central nervous system[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2026, 17(4): 121-127.本文引用格式:杨春香, 鲁际, 周恒, 等. 四维血流磁共振成像在中枢神经系统中的应用进展[J]. 磁共振成像, 2026, 17(4): 121-127. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2026.04.017.


[摘要] 中枢神经系统(central nervous system, CNS)的血流与脑脊液循环是维持脑组织正常功能与结构的基础。随着脑血管疾病负担持续加重,流体动力学的评估在CNS疾病诊疗中的重要性日益提升。四维血流磁共振成像(four-dimensional flow magnetic resonance imaging, 4D Flow MRI)作为新兴的在体无创定量成像技术,能够获取全面的三维时空血流动力学信息,在CNS中具有广泛的研究场景和巨大的应用潜力。本文系统综述了4D Flow MRI的技术发展及其在CNS的临床应用现状,指出了当前研究的局限性并指出了今后研究的方向,为临床诊疗策略的优化与相关研究提供参考。
[Abstract] The blood flow and cerebrospinal fluid circulation in the central nervous system (CNS) are the foundation for maintaining the normal function and structure of brain tissue. With the continuous increase in the burden of cerebrovascular diseases, the importance of fluid dynamics assessment in the diagnosis and treatment of CNS diseases is increasing. Four-dimensional flow magnetic resonance imaging (4D Flow MRI), as an emerging non-invasive quantitative imaging technique in vivo, can obtain comprehensive three-dimensional spatiotemporal hemodynamic information and has a wide range of research scenarios and huge application potential in the CNS. This article systematically reviews the technological development of 4D Flow MRI and its current clinical application status in the CNS. It points out the limitations of current research and indicates the direction for future studies, providing references for the optimization of clinical diagnosis and treatment strategies and related research.
[关键词] 四维血流磁共振成像;中枢神经系统;血流动力学;脑脊液;磁共振成像
[Keywords] four-dimensional flow magnetic resonance imaging;central nervous system;hemodynamics;cerebrospinal fluid;magnetic resonance imaging

杨春香 1, 2   鲁际 1, 2*   周恒 1, 2   蒋韬 1, 2  

1 三峡大学第一临床医学院,宜昌 443000

2 湖北省宜昌市中心人民医院放射科,宜昌 443000

通信作者:鲁际,E-mail: 15926951408@163.com

作者贡献声明::鲁际设计本综述的方案,对稿件重要内容进行了修改,获得了北京医学奖励基金会基金项目的资助;杨春香起草和撰写稿件,获取、分析和解释本综述的内容;周恒、蒋韬分析、解释本研究的文献,对稿件的重要内容进行了修改;全体作者都同意最后的修改稿发表,都同意对本综述的所有方面负责,确保本研究的准确性和诚信。


基金项目: 北京医学奖励基金会基金项目 YXJL-2023-0227-0092
收稿日期:2025-12-19
接受日期:2026-03-09
中图分类号:R445.2  R743 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2026.04.017
本文引用格式:杨春香, 鲁际, 周恒, 等. 四维血流磁共振成像在中枢神经系统中的应用进展[J]. 磁共振成像, 2026, 17(4): 121-127. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2026.04.017.

0 引言

       中枢神经系统(central nervous system, CNS)的血流与脑脊液循环是维持脑组织正常功能与结构的基础。血流与脑脊液动力学的改变既是疾病进展的驱动因素,也常作为疾病进展的继发性改变[1],随着脑血管疾病发病率逐年上升,血流及脑脊液动力学因素在疾病的发生发展中的作用日益凸显,其准确评估对多种神经系统疾病的诊断、风险分层与治疗决策具有重要意义[2]。然而,传统影像学手段在此方面各有局限:经颅多普勒超声(transcranial doppler ultrasound, TCD)空间分辨率低且操作者依赖性强[3];数字减影血管造影(digital subtraction angiography, DSA)虽然是血管病变诊断的金标准,但其作为有创性检查难以重复开展且缺乏对流体动力学参数的绝对定量能力[4];二维相位对比磁共振成像(two dimensional phase contrast MRI, 2D PC MRI)无法完整捕捉复杂的三维时空血流特征[5]。此外,计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)虽能基于血管模型模拟并计算精细的血流动力学参数,但其本质并非对体内血流的直接测量,而是依赖于预设的边界条件与几何假设,与复杂多变的真实场景存在一定的偏差[6, 7]

       四维血流磁共振成像(four dimensional flow magnetic resonance imaging, 4D Flow MRI)是在二维相位对比技术基础上发展起来的无创成像技术,能够通过单次采集获取全脑三维时间分辨的血流速度场,具备任意平面回顾性分析的独特优势[8, 9]。经专业后处理,可利用矢量图、流线图路径图对血流进行可视化,进一步定量计算出壁剪切应力(wall shear stress, WSS)、振荡剪切指数(oscillatory shear index, OSI)和湍流动能(turbulent kinetic energy, TKE)等关键血流动力学参数[10]。近年来,以压缩感知、并行成像及人工智能为代表的技术突破显著提升了采集速度与数据分析效能,推动了4D Flow MRI从科研工具向临床实践的转化。

       目前,4D Flow MRI的研究与应用多集中于心脏与大血管领域,在CNS中的应用尚处于探索阶段,相关系统性综述较为有限。这主要源于CNS的血管结构更细小、血流速度普遍更低,易受脑脊液搏动等复杂生理伪影的干扰,这些特性对成像的空间分辨率、速度编码精度及抗干扰能力提出了比心脏应用更严格的要求[11]。此外,其临床评估重点也从心脏泵功能和瓣膜病变的分析,转向对脑灌注与侧支循环的功能评估,以及对颅内动脉瘤、脑动静脉畸形、静脉窦狭窄等特定病变的血流动力学分析。从现有文献来看,相关综述或侧重于技术原理与成像参数的优化,或聚焦于动脉瘤等单一疾病的血流特征分析,而从CNS整体血流动力学角度出发,系统整合动脉、静脉及脑脊液循环多维应用的论述尚不多见。基于此,本综述尝试梳理4D Flow MRI的技术进展,按照动脉系统、静脉系统、动静脉交互性疾病及脑脊液循环障碍这一框架,深入探讨其在中枢神经系统的临床应用价值,以期为后续研究提供参考。

1 关于4D Flow MRI

1.1 成像原理

       4D Flow MRI是在磁共振相位对比成像(phase contrast magnetic resonance imaging, PC MRI)技术基础上,利用成对的双极梯度脉冲,使静态组织产生的相位位移被完全抵消,而运动质子因空间位置变化产生的净相位差与流速成正比,从而建立流速与相位信号之间的定量关系[12]。与2D PC MRI仅能获取单平面单向流速信息不同,4D Flow MRI通过在三正交方向同步实施速度编码,获得包含时间分辨率的全容积三维速度向量场[13]。该技术支持对采集范围内任意血管结构进行回顾性分析,有效降低了传统技术对操作者实时定位准确性的依赖,提升了测量的可重复性与观察者间一致性[14]。原始数据经相位校正、噪声滤波及血管分割等后处理可转化为定量的血流动力学指标[15]。主要包括两类参数:一是流量、峰值流速、反流分数等基础定量参数;二是WSS、OSI和TKE等高级参数。后者能够量化血流对血管壁的力学作用、血流方向的紊乱及能量耗散,为理解颅内动脉瘤、动静脉畸形等疾病的病理生理机制提供了关键的血流动力学视角。

1.2 CNS成像挑战与技术应对

       基于CNS解剖与血流动力学上的特殊性,将4D Flow MRI成功应用于CNS,需应对三个核心成像挑战,相关技术进步也正是围绕解决这些挑战而展开。

       在采集效率方面,临床常规应用需实现快速全脑覆盖。当前,以PC-VIPR为代表的非笛卡尔采样序列因对生理性运动伪影更强而被广泛采用[16],其与压缩感知、并行成像等算法的融合已成为突破扫描时间瓶颈的关键。压缩感知基于图像稀疏特性,通过k空间随机欠采样与非线性重建算法实现高效采集[17],而k-t GRAPPA等并行成像技术则利用多线圈空间敏感性与信号的时间相关性以提升加速能力[18]。这些技术的结合使数分钟内完成全脑高分辨率4D Flow MRI扫描成为可能,为其临床转化奠定了[19, 20]

       在流速测量方面,最大的挑战在于如何同时对高速动脉血流和低速静脉/脑脊液流动进行精准编码。速度编码值(velocity encoding, VENC)是在无相位混叠的情况下所能测量的最大流速,设置过低会导致高速血流相位混叠,过高则会降低低速血流的测量信噪比[21, 22]。双VENC或多VENC技术是应对这一矛盾的核心方案,通过在一次采集中融合高、低不同的VENC值,扩展了流速测量的动态范围,使得同步精准评估颅内动静脉畸形、静脉窦狭窄等病变所涉及的高、低速复杂血流成为可能[23, 24]

       在成像质量方面,4D Flow MRI需要在空间分辨率、时间分辨率与信噪比之间进行基于临床目标的权衡。评估细小穿支动脉或精确计算壁面剪切力要求更高的空间分辨率(通常体素大小<1.0 mm³),而分析血流搏动特征则依赖于足够的时间分辨率(通常≤40 ms)[8]。然而,提高分辨率会导致扫描时间延长和信噪比下降。超高场强(如7 T)MRI所提供的更高本征信噪比为在临床可接受的扫描时间内实现更高分辨率成像创造了条件[23],是未来发展的重要方向。

2 4D Flow MRI在中枢神经系统的应用进展

       凭借同步获取全脑三维血管解剖与血流动力学信息的能力效,4D Flow MRI的应用已系统覆盖中枢神经系统的多个主要领域:动脉与静脉系统、动静脉交互性疾病以及脑脊液循环。以下将分领域综述其具体应用进展。

2.1 4D Flow MRI在动脉系统疾病中的应用

2.1.1 颅内动脉瘤

       颅内动脉瘤(intracranial aneurysm, IA)是脑动脉壁的局部病理性膨出,虽多数保持稳定,但一旦破裂可导致蛛网膜下腔出血[25]。临床决策中须权衡IA破裂风险与治疗的并发症风险[26]。IA破裂风险的传统评估主要依据其大小和位置等形态学特征[27],但日益增多的证据表明,异常血流和脆弱的动脉瘤壁共同影响着IA的生长与破裂[28]。4D Flow MRI能够全瘤体、在体地量化血流动力学参数,揭示复杂血流模式,在IA的风险预测和疗效评价中发挥着重要的作用。

       (1)在风险评估与破裂预测中的作用。WSS作为关键的血流动力学参数,其作用机制存在学术争议[23]。支持“低WSS假说”的研究表明,较低的WSS与IA不稳定相关。FU等[29]发现低WSS与基于ELAPSS和PHASES评分计算的IA生长及破裂风险呈负相关;VAN TUIJL等[30]证实时间平均WSS与IA体积呈强负相关(r=-0.70),认为低WSS通过促进血管壁炎症性重塑增加脆弱性。而“高WSS”假说则认为集中于瘤顶的过高WSS会直接造成内皮机械损伤。当前的研究趋势试图统一这两种观点,提出导致破裂的关键在于WSS的异常空间分布和时间波动性[23]。其中,高WSS空间梯度和高OSI被认为是比单一WSS值更具预测价值的指标。VAN TUIJL等[30]的研究显示OSI与IA最大轴长呈强正相关(r=0.87),体现了血流动力学环境的紊乱与IA不稳定性密切相关。此外,血流滞留时间延长、涡流强度增加以及动能损耗异常等参数也被发现与IA不稳定性密切相关[31]。这些参数共同构成了IA发生发展的核心血流动力学基础,推动风险评估从单一指标向多参数融合模型转变。

       (2)在治疗后的随访与疗效评估中作用。4D Flow MRI通过监测瘤内血流参数演变,为介入治疗效果提供量化证据。BRINA等[32]的前瞻性研究显示,血流导向装置植入后,IA收缩期流速从术前的(21.7±7.1)cm/s显著降至(7.2±2.9)cm/s,且早期闭塞病例的比例流速降低更明显。此外,4D Flow MRI可在治疗前识别影响疗效的高风险特征。SU等[33]指出,大瘤颈(最大直径>4.9 mm)与高强度瘤口流入血流(收缩期流入率比值>0.343)是导致血流导向装置植入后发生延迟闭塞的潜在原因。这些量化指标对术前方案规划与术后预期管理具有重要指导意义。

       综合现有文献,4D Flow MRI 在IA评估中的核心价值,在于提供了传统影像难以获取的动态血流动力学评估,可直接量化WSS分布异常、高OSI等参数,揭示瘤体局部机械应力环境。需明确的是,IA的稳定性不仅取决于血流力学作用,还与血管壁炎症、重塑等因素密切相关。因此,未来突破的关键在于多维度信息的整合,即将 4D Flow MRI获取的血流动力学功能参数与IA的关键形态学特征、患者临床风险因素相结合,为IA风险的个体化预测与干预决策提供坚实依据。国内PENG等[34]的研究正是这一方向的积极实践,其开发的混合模型协同利用4D Flow MRI与高分辨率MRI特征,显著提升了对IA不稳定性的预测性能,为发展更精准的个体化风险评估体系提供了重要的本土实践证据。

2.1.2 颅内动脉粥样硬化性疾病

       颅内动脉粥样硬化性疾病(intracranial atherosclerotic disease, ICAD)是缺血性脑卒中的主要病因之一,其病理基础是动脉粥样硬化斑块导致的管腔狭窄,进而引发血流动力学障碍及远端灌注不足[35]。既往研究认为血管狭窄超过70%是脑卒中的高风险特征,但仅量化狭窄程度难以完全评估血流动力学障碍[36]。近年来,越来越多的研究证实血流动力学因素在动脉粥样硬化的发生、发展及并发症中起重要的作用。4D Flow MRI通过定性及定量评估血流,在ICAD的危险分层及疗效评估方面具有重要意义。

       (1)斑块形成与狭窄的血流动力学评估。动脉粥样硬化易发生在血流紊乱的区域,这些区域表现出低WSS、湍流和复杂速度梯度、压力梯度等特征,进而形成斑块或狭窄[37]。4D Flow MRI可实时显示血流方向,识别反向血流区域,评估斑块的风险与稳定性。WSS的高低与斑块的几何特征及血流模式密切相关,是影响斑块稳定性和破裂风险的关键因素[38]。近期一项针对颈动脉斑块的4D Flow MRI研究发现,有症状斑块下游区域的最大WSS显著高于无症状斑块,将此外部血流动力学参数与斑块内部结构特征(如薄纤维帽、高标准化管壁指数)相结合所构建的模型,对预测短期缺血事件显示出更高的效能(AUC=0.809)[39]。该“血流-结构”评估的整体思路对ICAD具有重要参考价值。此外,4D Flow MRI对颅内动脉的狭窄程度进行分级,并估计跨狭窄压降,有助于提示患者未来发生脑卒中的风险[40]

       (2)侧支循环代偿能力的定量分析。侧支循环是评估脑卒中患者血流动力学障碍的另一重要指标。颅内动脉的局灶性粥样硬化病变可引发Willis环的血流重分布,改变远端血供。WU等[41]发现在单侧颈内动脉狭窄患者中,患侧颈内动脉和大脑中动脉血流量显著降低,同侧大脑后动脉血流量则代偿性增加;在单侧大脑中动脉狭窄患者中,则观察到患侧颈内动脉和大脑中动脉血流量降低,同侧大脑后动脉和大脑前动脉血流量增加,清晰揭示了通过Willis环建立的侧支循环代偿路径。此外,对于颈内动脉严重狭窄的患者,4D Flow MRI显示眼动脉血流方向逆转可有效预测颅内血流动力学损伤,提示患侧大脑中动脉区域的相对脑血流量和脑血管储备功能显著降低[42]。这些定量血流动力学参数为缺血性脑卒中的危险分层及预后评估提供了客观依据。

       (3)术后疗效与再狭窄监测。4D Flow MRI通过全面评估颅内动脉的血流变化,在颈动脉内膜切除术后的疗效监测与再狭窄预测方面同样展示出重要的潜力。ZARRINKOOB等[43]研究表明,术后颈动脉的总流量显著增加,表明手术促进脑血流动力学恢复与正常化。通过分析不同时间点的血流动力学参数,4D Flow MRI可以识别潜在的再狭窄风险。STRECKER等[44]指出,颈动脉的几何特征和血流动力学变化与再狭窄的发生相关,血流速度与WSS的变化与再狭窄风险显著相关,为临床医生提供了重要的监测工具。

       综上,4D Flow MRI通过同步量化狭窄局部的血流动力学与全脑侧支循环的代偿效能,实现了从静态解剖评估到动态系统功能评估的关键跨越,为解决当前依赖狭窄程度、难以反映个体化代偿状态的“治疗决策灰区”困境提供了解决路径。该技术的深层价值在于为构建个体化血流动力学风险分层体系奠定了基础。未来研究需致力于确立其定量参数的临床阈值,并与传统风险因素整合,从而推动诊疗模式向精准针对个体代偿能力的根本性转变。

2.2 4D Flow MRI在静脉系统疾病中的应用

2.2.1 静脉窦狭窄与血栓形成

       4D Flow MRI正将静脉系统评估从形态学拓展至功能学领域,在静脉窦狭窄及梗阻性疾病中已展现出明确的临床价值。以特发性颅内高压(idiopathic intracranial hypertension, IIH)为例,4D Flow MRI可无创估算静脉窦狭窄两端的压力梯度,其测量结果与有创方法测得的结果具有良好一致性(r=0.89)[45]。对于脑静脉窦血栓形成(cerebral venous sinus thrombosis, CVST),该技术在显示血栓栓塞部位的基础上,进一步定量评估受累静脉窦的血流中断、侧支静脉通路的开放及其代偿性血流增速。研究证实,单侧静脉窦闭塞会引起对侧血流代偿性增加,而广泛性闭塞则可能迫使血流经吻合静脉回流,这些改变均可被4D Flow MRI有效捕捉[46]。目前,4D Flow MRI已实现对静脉窦狭窄与血栓的血流动力学评估,但现有证据多集中于现象描述与参数测量,尚未形成基于血流动力学参数的治疗指导分级标准。未来研究应探索血流动力学参数与患者症状、治疗反应及预后的关联,推动该技术从辅助诊断工具向临床决策支持转化。

2.2.2 静脉搏动性耳鸣

       静脉搏动性耳鸣(venous pulsatile tinnitus, VPT)由局部静脉血流动力学异常所引发,常见原因包括乙状窦壁异常、横窦狭窄等。不同病因常对应特征性血流动力学模式。DAI等[47]通过对比颈静脉球壁缺损和乙状窦壁缺损患者的血流动力学参数,发现乙状窦壁缺损者常伴有横窦近端狭窄所致的高速血流,而颈静脉球壁缺损患者则以患侧静脉窦血流量增高、颈静脉球处涡流高发为特征。葛晓乾等[48]采用4D Flow MRI对比分析静脉性与非VPT患者的脑静脉窦最大流速和平均流速,发现约71.43%VPT患者的最大流速和平均流速均高于非VPT患者。吕柯等[49]利用4D Flow MRI对比VPT患者与健康对照者的脑静脉窦血流动力学参数,发现VPT患者峰值流速和WSS均高于健康对照者。这些研究共同表明,4D Flow MRI能够无创、同步地获取空间解剖与时间分辨的血流动力学信息,不仅为鉴别VPT亚型、定位责任血管提供了独特视角,也为揭示其血流动力学机制奠定了关键基础。

2.3 4D Flow MRI在动静脉交互性疾病中的应用

2.3.1 动静脉畸形

       脑动静脉畸形(arteriovenous malformation, AVM)的核心病理特征是畸形团内存在高流速、低阻力的动静脉分流。约60%的AVM患者表现为颅内出血,其临床管理需在整个生命周期内综合权衡畸形团破裂风险与治疗干预风险[50]。近年来研究表明,除血管结构特征外,血流动力学评估对理解AVM破裂风险及指导治疗同样具有重要价值。

       (1)在风险分层方面的作用。4D Flow MRI通过量化血流参数,为传统的Spetzler-Martin分级提供了重要补充。LI等[51]报道4D Flow MRI不仅能检测治疗后血流量下降及潜在“盗血”逆转现象,还能无创识别其供血系统相关的高风险IA。但特定血流参数与破裂风险之间的直接关联尚存在争议。ILLIES等[52]认为血流传输时间延长是出血的结果而非原因,而HASEGAWA等[53]则发现AVM血管巢内最大流速(Vmax>90 cm/s)与既往出血史显著相关(OR=51.7),提示该参数可能是预测破裂的潜在独立危险因素。TAKEDA等[54]发现出血组AVM的流入-流出比更高,提示静脉引流相对不足可能导致畸形团压力升高,进而增加AVM 破裂的风险。尽管结论不一,但这些研究共同深化了对AVM风险分层的认识。

       (2)在治疗评估方面的作用。4D Flow MRI能灵敏识别治疗后的早期血流动力学改变。SRINIVAS等[50]发现,接受立体定向放射外科治疗的AVM患者,其供血动脉和引流静脉血流量在术后早期即显著降低,且这一变化早于畸形团体积的显著缩小,为评估治疗反应提供了先于形态学的敏感指标。此外,其无辐射特性使其特别适合AVM患者的长期随访,能够动态监测栓塞或放疗后残余畸形团的血流再分布,为识别再通风险及临床干预提供关键依据。

       综上所述,4D Flow MRI通过提供流速、流量及WSS等传统影像无法获取的血流动力学定量信息,有助于识别具有高危血流动力学模式的AVM亚型,并在治疗后实现早期、无创的功能学疗效评估。为克服当前在空间分辨率等方面的限制,未来研究应致力于建立整合了人工智能增强与多模态融合的标准化分析流程,重点验证高分辨率血流动力学参数与AVM破裂风险、治疗反应之间的明确关联,推动该技术从形态描述向精准血流动力学评估转化。

2.3.2 动静脉瘘

       硬脑膜动静脉瘘(dural arteriovenous fistula, DAVF)是位于硬脑膜内的动脉和静脉之间的异常分流[55]。4D Flow MRI能够通过后处理技术显示供血动脉与引流静脉模式。EDJIALI等[56]应用选择性血流追踪图技术,发现其与DSA在Cognard分型上具有高度一致性(κ=1),在识别主要供血动脉上也表现出极好的一致性(κ=0.92)。RIVERA-RIVERA等[57]通过相对压力图揭示了DAVF特征性的压力失衡,瘘口同侧横窦呈现反常的压力升高(中位值+0.055 mmHg),而对侧压力则下降(中位值-0.367 mmHg),且患侧血流减少(P=0.046)。上述研究表明,4D Flow MRI为DAVF的解剖和血流动力学评估提供了有价值的无创方法,尽管目前尚无法替代DSA的金标准地位,但可作为DAVF诊断的重要补充手段。

2.4 4D Flow MRI在脑脊液循环障碍及相关疾病中的应用

2.4.1 脑积水

       4D Flow MRI能够识别梗阻性脑积水中的导水管狭窄等结构异常,还可无创评估术后脑脊液循环的重构情况。YAMADA等[58]研究显示,在内镜下第三脑室造瘘术后,第三脑室内的脑脊液由术前的缓慢或停滞状态,转变为明确的快速搏动流并伴随特征性涡流的形成,为客观评估造瘘口通畅性及手术疗效提供了重要影像学依据。特发性正常压力脑积水(idiopathic normal pressure hydrocephalus, iNPH)以脑室扩大伴正常颅内压为主要特征,4D Flow MRI能够揭示其独特的脑脊液动力学异常。YAMADA等[59]研究发现iNPH患者的导水管每搏容量、反向流率及WSS均显著升高,且单纯iNPH患者的腹侧WSS高于iNPH合并阿尔茨海默病患者提示这些参数具有亚型鉴别潜力。进一步的研究通过整合体素内不相干运动MRI,构建了流体振荡指数,发现该指数与iNPH患者的脑室扩大及蛛网膜下腔形态改变有显著相关性,有助于揭示脑室和蛛网膜下腔不成比例扩张的潜在机制[60]。这些进展共同表明,4D Flow MRI正推动脑积水的评估从形态学迈向多参数综合血流动力学分析。此技术通过无创、定量获取三维动态脑脊液循环信息,为解决脑室形态改变与临床症状常不匹配的临床难题,提供了关键的血流动力学视角与评估工具。

2.4.2 颅颈交界区病变

       颅颈交界区(craniocervical junction, CCJ)解剖结构复杂,其脑脊液流体动力学紊乱与多种疾病的症状及进展直接相关,单纯依靠解剖结构已不足以解释临床症状的产生机制与严重程度。4D Flow MRI能够直观识别与病变相关的异常流动模式,其提供的定量参数还能作为评估手术干预后流体动力学重构效果的客观生物标志物。BUNCK等[61]利用心电门控4D Flow MRI对比健康志愿者与患者的流动模式,发现健康志愿者的脑脊液在前部及前外侧蛛网膜下腔均匀分布,呈现规律的双向搏动流,流速与蛛网膜下腔宽度呈显著负相关(r=-0.89)。相比之下,Chiari I型畸形患者表现出显著的血流动力学紊乱,4D Flow MRI清晰显示 CCJ高流速的流动射流及特征性流动涡旋,其中一例患儿的峰值流速高达19.9 cm/s,远高于正常值。这些复杂的三维流场特征与Chiari导致的流体力学梗阻相关。此外,杨进等[62]发现神经内镜下第三脑室底造瘘术后C1平面的峰值流速及流量下降,伴随小脑扁桃体上移,证实了手术对CCJ流体动力学的重构作用。这些研究结果提示,4D Flow MRI提供的动力学参数是评估CCJ病变及手术疗效的敏感影像学生物标志物,不仅能揭示异常流场的空间特征,还能定量监测术后流体动力学的变化,为理解疾病机制与评估治疗反应提供了功能学依据。目前针对该区域复杂解剖结构的扫描方案尚未标准化,未来研究应致力于建立针对该区域的影像规范评估。

3 挑战与局限性

       4D Flow MRI技术在CNS中的应用前景广阔,然而其临床常规应用仍面临一些挑战与局限性。虽然压缩感知和深度学习等加速技术已显著提升了扫描效率,但获取高时空分辨率数据与扫描速度之间的固有矛盾仍未完全解决。当前的空间分辨率尚不足以清晰解析穿支动脉等细小血管,也难以精确量化血管分叉、动脉瘤颈等关键区域的复杂流场特性,这直接制约了WSS等关键血流动力学参数的准确评估。此外,静脉、脑脊液等低速血流的定量准确性易受噪声及邻近脑脊液搏动伪影的影响,这对后处理算法提出了更高要求。从临床证据层面来看,4D Flow MRI现有的研究大多为单中心、小样本的探索,未来须通过开展多中心、大样本的前瞻性研究来获取能指导临床决策的高级别循证医学证据,并同步建立基于大样本健康人群的血流参数正常参考值数据库,为个体化结果的准确判读提供依据。

4 展望与未来

       展望未来,推动4D Flow MRI临床转化的关键在于实现技术创新与临床验证的深度融合。人工智能,尤其是深度学习,正在成为突破其采集时间长、空间分辨率有限及后处理效率低等瓶颈的核心驱动力。国内学者在此领域持续探索,LI等[63]近期提出基于部分独立生成建模与复杂差分稀疏约束的无监督重建方法,为在缺乏全采样标签的情况下提升图像质量提供了新思路。此类技术进步表明,深度学习不仅能显著缩短扫描时间,还可融合CFD实现图像超分辨率与噪声抑制;更能在后处理环节实现血管结构的自动化分割与血流动力学参数的智能提取,全面提升从数据采集到分析解读的效率和一致性。未来需通过开展更多大规模、前瞻性临床研究,系统验证各血流动力学参数的预后价值,并建立客观的评估标准与诊断阈值。随着成像技术、智能算法与高级别循证证据的持续积累,4D Flow MRI有望最终发展成为常规、可靠的脑血流动力学评估工具,实质性推动脑血管疾病的诊疗迈向个体化与精准化。

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