无创CSF-STREAM成像揭示血管周围蛛网膜下腔结构

脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）被认为在脑内废物清除与免疫监视中发挥关键作用，但其区室化结构仍不清楚。既往侵入性鞘内动态磁共振造影研究观察到沿大脑主要动脉增强的血管周围蛛网膜下腔（perivascular subarachnoid space, PVSAS），呈“甜甜圈”样外观，提示其可能由半透性血管周围膜与周围更广泛的蛛网膜下腔（subarachnoid space, SAS）分隔。

为验证PVSAS能否无创观察，研究者采用脑脊液选择性磁共振成像技术CSF-STREAM（CSF-Selective T₂-prepared REadout with Acceleration and Mobility-encoding），在抑制血液与组织信号的前提下，以0.45 mm各向同性分辨率评估脑脊液流动性。结果显示，大脑中动脉与前脑动脉周围血管旁的脑脊液流动性显著升高，并向周围蛛网膜下腔急剧下降，提示健康人群中同样存在PVSAS，脑脊液动力学的空间分布可能比以往认识更为精细。

该研究由Nina E. Fultz、Geir Ringstad、Madda Debiasi、Emiel C. A. Roefs、Siri Fløgstad Svensson、Per Kristian Eide、Marianne A. A. van Walderveen、Jeroen de Bresser、Matthias J. P. van Osch及Lydiane Hirschler共同完成，论文题为《Non-invasive characterization of perivascular subarachnoid spaces》，于2026年8月5日在线发表于Nature Communications。

重要发现

本研究纳入12名健康志愿者（平均年龄34±13岁，9名女性、3名男性），其中1名因运动伪影被排除，最终11名进入分析，所有扫描均在7特斯拉超高场磁共振系统上完成。CSF-STREAM序列由7个子扫描构成：1个无运动编码、6个在不同正交方向施加运动敏感梯度（3.5 mm/s）的扫描；借助T2预备与长回波时间（495 ms）的涡轮自旋回波读出，将脑脊液信号从血液与脑组织信号中隔离，各向同性分辨率为0.45 mm，从而确保所测运动仅反映脑脊液动力学，而非缓慢血流或组织信号。

01无创流动性成像与鞘内造影呈现一致的PVSAS空间模式

将11名健康对照的CSF-STREAM流动性图与既往鞘内造影影像进行全脑对比，两者空间模式高度相似：基底池中均出现显著信号，反映快速的脑脊液运输；沿血管树向上，前脑动脉周围的造影增强由升高的流动性对应；横断面视角中，造影增强与高流动性均沿大脑中动脉分支自M1段延伸至M4段；高流动性持续局限于血管周围的狭窄空间，而脑表面低增强的蛛网膜下腔区域整体呈低流动性。这表明无创流动性成像能够复现侵入性造影所见的PVSAS空间布局，且无需任何造影剂。

3D脑脊液流动性与鞘内造影扫描的对比

02血管周围脑脊液流动性显著高于周围蛛网膜下腔

对大脑中动脉M1段以远（post-M1，即M2–M4段）血管的定量分析显示，紧邻血管壁处呈现高流动性区域，向周围低流动性脑脊液池急剧过渡：横断面曲线中，流动性自约0.04 mm²/s下降至周围蛛网膜下腔的约0.01 mm²/s。统计上，post-M1段PVSAS平均流动性为0.03±0.008 mm²/s，显著高于周围蛛网膜下腔的0.01±0.003 mm²/s（21个节段、11名受试者，p=2.0×10⁻⁶，配对t检验，Bonferroni校正）。M1段同样如此：PVSAS平均流动性0.04±0.005 mm²/s，高于周围蛛网膜下腔的0.02±0.005 mm²/s（p=6.5×10⁻⁸），横断面显示自约0.08 mm²/s陡降至约0.02 mm²/s。半自动同心圆分析显示，流动性在距血管壁约1.5 mm处发生陡降，多数post-M1 PVSAS呈现不小于20%的最大流动性下降。关键的对照实验是，非运动敏感扫描显示PVSAS与周围蛛网膜下腔的脑脊液信号强度无显著差异（post-M1，p=0.32），说明两者流动性的差异并非源于脑脊液存在量的差别，而是源于流体动力学本身的改变，排除了部分容积效应的干扰。此外，PVSAS内脑脊液流动的主取向更为均一，而蛛网膜下腔中方向更为混杂，反映了血管周围膜样结构的解剖约束。

M1段术后（M2-M4段）区域的血管周围蛛网膜下腔（PVSAS）

03PVSAS形态多样，沿血管树分布各异

研究者根据高流动性围绕血管的分布范围与变化幅度，将PVSAS划分为四类形态：全环型（full-donut，高流动性环绕不少于50%血管周径）、紧贴型（tight-CSF，血管周围低流动性少于两个体素，且流动性高于0.02 mm²/s）、眼型（eye-donut，血管两侧均呈高流动性）、双区室型（two-compartment，血管一侧高、一侧低）。各血管段形态特征明显不同：post-M1段约51%动脉呈全环型，其余约49%未检出PVSAS；前脑动脉因走行于几乎无脑脊液的紧密解剖通道内，约77%呈紧贴型、约23%呈全环型；M1段约91%呈眼型、约9%呈全环型；颈内动脉段约59%呈双区室型、约37%呈全环型、约5%呈眼型。在颈内动脉分叉为大脑前、中动脉处，流动性自宽阔的脑脊液池转入受限的PVSAS区室，提示PVSAS发端于颈内动脉至两动脉的过渡点；相比之下，前下部的基底池（如脚间池、桥池）表现为均一的大流动性池，无PVSAS证据。跨血管比较显示，M1与前脑动脉的PVSAS流动性（0.04±0.005 mm²/s与0.04±0.006 mm²/s）显著高于post-M1段（0.03±0.008 mm²/s）（M1对比post-M1，p=1.49×10⁻³；前脑动脉对比post-M1，p=1.12×10⁻³），即流动性沿血管树向远端递减。

血管周围蛛网膜下腔（PVSAS）横跨大脑前部的低脑脊液流动性不是由于较低的脑脊液信号

血管周围蛛网膜下腔（PVSAS）内脑脊液的主流动方向

04上矢状窦附近存在外周PVSAS，心搏主导调节流动性

在11名受试者中，有2名观察到上矢状窦附近血管周围的高流动性PVSAS，分布于动脉、静脉周围并常邻近蛛网膜颗粒，其空间模式有两种：自前脑动脉等大动脉延伸至外周，或在上矢状窦附近新发出现；其流动性主取向沿血管走行，区内方向一致性高于周围蛛网膜下腔。动力学分析显示，M1、post-M1与前脑动脉的PVSAS及周围蛛网膜下腔的流动性均受心搏周期调制最强、受呼吸调制较弱；PVSAS内心搏与呼吸引起的流动性绝对搏动幅度高于周围蛛网膜下腔，但两者相对均值的波动幅度相当。

上矢状窦附近的血管周围蛛网膜下腔（PVSAS）

创新与亮点

既往PVSAS观察依赖鞘内注射造影剂的侵入性检查，仅适用于疑似脑脊液疾病患者，且成像对时间高度敏感：扫描过早造影剂尚未到达，过晚则已扩散至整个蛛网膜下腔，只能提供动力学的瞬时快照。本研究的核心突破在于采用无创、不依赖示踪剂的CSF-STREAM技术，以0.45 mm各向同性分辨率实现了对健康人脑脊液流动性的高分辨率定量成像，并首次在健康人群中证实了血管周围蛛网膜下腔的存在及其精细空间结构。该技术通过T2预备与长回波时间（495 ms）读出隔离脑脊液信号、抑制血液与组织贡献，其低b值（13 s²/mm）运动敏感策略主要编码脑脊液的整体、振荡或随机流动，而非扩散——实测流动性值（约10–50×10⁻³ mm/s）较脑组织水扩散（约1×10⁻³ mm/s）高出一个数量级以上。这一无创方案免除了腰椎穿刺与造影剂暴露，可在健康人群以及神经退行性疾病（如阿尔茨海默病）等场景中开展大规模、纵向的脑脊液动力学监测，也为理解脑内废物清除机制及鞘内药物递送路径提供新的影像学基础。

总结与展望

本研究以无创CSF-STREAM成像证实，健康人大脑中动脉与前脑动脉周围存在空间上高度精细的脑脊液区室——血管周围蛛网膜下腔，其流动性显著高于周围蛛网膜下腔，并由心搏周期主导调节；两者间陡峭的流动性边界与均一的流动方向支持半透性血管周围膜的存在，该假说仍有待解剖学直接确认。未来研究应推动PVSAS特征的全自动量化，并将扫描时间压缩至约20分钟；同时探究PVSAS随血管运动波动、衰老与神经退行性病变的变化规律，及其在药物递送中的潜在价值，为脑脊液相关疾病的诊断与干预提供新工具。

论文信息

声明：本文仅用作学术目的。

Fultz, N.E., Ringstad, G., Debiasi, M. et al. Non-invasive characterization of perivascular subarachnoid spaces. Nat Commun 17, 9496 (2026).

doi:https://doi.org/10.1038/s41467-026-76306-9