Imaging in-vivo movement of cerebrospinal fluid (CSF) can be applied not only to diagnose the CSF disorders like hydrocephalus, but also to visualize and evaluate the CSF circulation for the waste clearance. In this study, we used single phase and multiphase alternate ascending/descending directional navigation (ALADDIN) MR imaging techniques, to image the CSF dynamics. We demonstrated in-plane sagittal CSF flow from single phase axial ALADDIN images, and also showed temporal change of CSF flow in aqueduct by using multiphase ALADDIN images. Single phase ALADDIN showed both feet to head (F→H) and head to feet (H→F) directional net flow of CSF, and the tendency of flow distribution was similar with conventional cine gated phase contrast imaging result. The multiphase ALADDIN data showed both dynamically tracked signal intensity and the direction of labeled CSF in aqueduct. Furthermore, the H→F direction data from multiphase ALADDIN was applied on spin labeling based kinetic model fitting. We estimated the CSF flow rate of H→F direction in aqueduct as 1.3017$\mu$l/sec. Through this study, we could get not only the dynamics of CSF from image, but also we could get the information of origination of imaging signals from CSF.
In addition, recent studies showed meningeal lymphatic vessels significantly contribute to the clearance mechanisms of CSF and the immune system in central nervous system. Until recently, the techniques to image mLVs through MRI were using intravenous contrast agent or using time of flight technique for non-contrast agent technique. To image human dorsal meningeal lymphatic vessels (mLVs) in high resolution without contrast agent, we used inversion recovery ALADDIN (IR-ALADDIN) through coronal section of brain. We applied inversion RF pulses with 2300ms inversion time to suppress CSF signal around the mLVs. The IR-ALADDIN imaging technique clearly showed structural mLVs around the superior sagittal sinus (SSS). Also it showed the direction of dorsal mLVs mainly flowed through posterior to anterior axis which is opposite direction of SSS flow. To validate the result, the percent signal change value from mLVs, CSF, gray matter and SSS were confirmed to differ from each other’s. We expect that ALADDIN can be applied to study CSF circulation/clearance disorders and also study lymphatic vessels in human neurological diseases in the future.
최근 연구에 따르면 중추 신경계 내의 노폐물들 중 일부는 뇌척수액의 흐름에 의해 뇌 조직으로부터 청소되어 나오며, 이후 뇌척수액의 흐름을 타고 뇌막 부근의 뇌막 림프 혈관을 통해 제거 된다는 것이 밝혀졌다. 이는 뇌척수액의 정상적인 흐름과 림프혈관으로의 빠져나감이 정상적으로 되지 않을 시 여러 신경계통의 질환을 야기할 수 있음을 보여준 결과이며, 뇌척수액 및 림프혈관 흐름 연구의 중요성을 확인시켜주었다. 그리하여 이번 연구에서는 사람의 뇌척수액 흐름과 뇌막 림프혈관 흐름을 비침습적 영상 기법으로 영상화 하는 방법을 연구하였으며, 영상 기법으로는 자기공명 영상기법 중 하나인 ALADDIN 기법을 사용하였다.
ALADDIN, multiphase ALADDIN, inversion recovery ALADDIN을 각각 시상면에서의 뇌척수액 흐름 촬영과 aqueduct 에서의 뇌척수액 흐름 영상화, 그리고 상시상정맥동 부근의 뇌막 림프혈관 영상화를 위해 사용하였다. ALADDIN 영상화 실험 결과 기존의 phase contrast 영상기법이 보여주던 뇌척수액 흐름의 경향성을 동일하게 보여주었으며, aqueduct 뇌척수액 영상의 multiphase 신호를 모델링한 결과 aqueduct을 타고 내려오는 뇌척수액의 흐름을 정량화 할 수 있었다. 마지막으로 inversion recovery ALADDIN을 통해 상시상정맥동 부근의 뇌막 림프혈관이 관찰되었으며, 림프혈관의 흐름은 상시상정맥동의 흐름과 반대 방향이라는 결과를 관찰할 수 있었다.
이번 연구는 ALADIDN 영상기법을 이용하여 뇌척수액의 흐름을 정량적, 정성적으로 측정할 수 있음을 보였으며, 기존의 기법들을 통해선 알 수 없던 뇌척수액의 흐름을 평가하기에 더 좋은 기법으로 판단된다. 또한 뇌막 림프혈관의 구조적 영상정보와 관류 정보를 획득할 수 있음을 보였다.
