Echtzeitquantifizierung der in vivo Velocität von Liquor cerebrospinalis mit dem Einfluss des funktionellen Magnetresonanztomographie-Zuflusses

Zusammenfassung Die in vivo Schätzung der Velocität von Liquor cerebrospinalis (CSF) ist entscheidend für das Verständnis des glymphatischen Systems und seiner potenziellen Rolle bei neurodegenerativen Erkrankungen wie der Alzheimer- und Parkinson-Krankheit. Aktuelle kardiologische oder respiraatorisch-gesteuerte Methoden, wie die 4D-Flow-Magnetresonanztomographie (MRT), können die Bewegung von CSF in Echtzeit nicht erfassen, da sie eine begrenzte zeitliche Auflösung haben und zudem bei niedrigen Flüssigkeitsgeschwindigkeiten an Genauigkeit verlieren. Andere Techniken wie die Echtzeit-Phasen-Differenz-MRT oder die zeitlich-räumliche Markierungs-Inversionsimpuls-Methode sind nicht durch zeitliches Mittel begrenzt, haben jedoch eine eingeschränkte Verfügbarkeit, selbst in Forschungseinstellungen. Diese Studie zielt darauf ab, den Zuflusseffekt der dynamischen Bewegung von CSF auf die funktionelle MRT (fMRT) für die in vivo Echtzeitmessung der CSF-Flussgeschwindigkeit zu quantifizieren. Wir betrachteten lineare und nichtlineare Modelle von Geschwindigkeitswellenformen und passten sie empirisch an fMRT-Daten aus einem kontrollierten Flussversuch an. Um die Nützlichkeit dieser Methodik bei menschlichen Daten zu bewerten, wurden die CSF-Flussgeschwindigkeiten aus fMRT-Daten berechnet, die bei acht gesunden Probanden erfasst wurden. Atemanhalte-Regime wurden eingesetzt, um die CSF-Flussoszillationen zu verstärken. Unsere experimentelle Flussstudie zeigte, dass die CSF-Velocität nichtlinear mit der durch den Zuflusseffekt vermittelten Signalsteigerung in Beziehung steht und gut mit einer Erweiterung eines vorherigen nichtlinearen Rahmens geschätzt werden kann. Mit dieser Beziehung rekonstruierten wir die Geschwindigkeit aus dem in vivo fMRT-Signal und demonstrierten das Potenzial unseres Ansatzes zur Schätzung der CSF-Flussgeschwindigkeit im menschlichen Gehirn. Diese neuartige Methode könnte als alternative Herangehensweise zur Quantifizierung langsamer Flussgeschwindigkeiten in Echtzeit dienen, wie z. B. dem CSF-Fluss im ventrikulären System, und dadurch wertvolle Einblicke in die Funktion des glymphatischen Systems und dessen Implikationen für neurologische Erkrankungen bieten.