Science Advances最新 | 7分钟看清全脑介观静脉网络

基本信息

Title:Whole-brain meso-vein imaging in living humans using fast 7-T MRI

发表时间：2026.1.9

Journal:Science Advances

影响因子：12.5

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引言

在神经科学与临床影像里，我们常用功能磁共振（fMRI）去推断“哪里在工作”，但血氧水平依赖信号（BOLD）很大一部分来自静脉（vein）侧的去氧血红蛋白效应：同一份神经活动，可能因为附近静脉的走行与密度不同，呈现出不一样的影像结果。换句话说，如果我们不知道大脑静脉网络（venous angioarchitecture）的“布线图”，就很难把BOLD变化准确地归因到神经元本身。另一方面，在小血管病（small vessel disease）、静脉血栓（cerebral venous thrombosis）或神经退行性疾病相关的微血管改变中，细小静脉与皮层内血管的结构信息也越来越关键。

超高场7T MRI让“介观尺度”（mesoscopic，<0.5 mm）血管成像成为可能，但现实瓶颈很明确：要覆盖全脑、分辨到0.3–0.5 mm往往需要20–40分钟以上，受试者难以保持静止，运动伪影也会吞掉细节；同时，传统最小/最大强度投影或依赖精细血管分割（segmentation）的3D重建，要么信息损失大、要么流程繁琐且不稳定。

本文要解决的核心问题就是：能否在“临床可接受的扫描时间”内，实现全脑介观静脉网络的可靠成像，并且用更符合解剖学逻辑的方式把不同类型血管分开看清、方便导航与比较？

实验设计与方法逻辑

作者用7T多段（multishot）多回波（multi-echo）三维EPI（3D EPI，Skipped-CAIPI）在0.35 mm各向同性分辨率下将全脑T2*加权采集压缩到6分48秒，并通过跨回波/跨重复平均与刚体配准降低运动影响；随后借助MP2RAGE（T1w）获得高精度脑组织分割，把“血管分型”（leptomeningeal/pial/intracortical）转化为相对稳健的组织几何问题，再用1/T2*体渲染与LayNii分层表面采样实现可导航的血管可视化。

核心发现

6分48秒完成全脑0.35 mm介观静脉成像（Fig.3–4）

在7T下用快速3D EPI实现全脑覆盖、0.35 mm各向同性分辨率，并在多次重复中呈现稳定一致的细小静脉结构，证明“短时长+可复现”的全脑静脉成像可行。

按血管类型组织可视化，更贴近解剖学（Fig.1、5–6）

通过T1w分割与几何约束，把软脑膜/皮层表面/皮层内静脉分开呈现，减少对精细血管分割（segmentation）的依赖；体渲染结果可与经典静脉解剖图谱直观对照。

深沟回pial静脉更容易“追踪与导航”（Fig.7）

利用虚拟解剖与体渲染增强，在外侧裂等深部沟回中更清楚显示pial静脉走行与汇流关系，使得以3D方式沿血管树导航成为可操作流程。

给出全皮层尺度的静脉分布图，并支持跨层观察（Fig.8–9）

将静脉信号映射到皮层表面并结合不同皮层深度层面（layers）展示，提供全脑范围的“静脉点阵图”，便于比较不同脑区与不同层深的静脉结构差异。

归纳总结和点评

这项工作把“全脑介观静脉成像”从高门槛的长时扫描，推进到7分钟级别的可实施方案，并且用血管类型特异的处理与可视化框架，显著降低了对精细血管分割的依赖，让结果更稳、更易复现、更便于解剖学解释。尤其是全皮层尺度的皮层内静脉图谱与跨层追踪，为解释BOLD来源、研究神经血管耦合（neurovascular coupling）以及面向小血管病与退行性疾病的结构标志物探索，提供了非常“能直接拿来用”的方法学工具箱。

核心图表

Fig. 1. Approach for reconstruction of vasculature images.

Fig. 2. Overview of postprocessing.

Fig. 3. Data quality and venous structures.

Fig. 4. Consistency of echo-averaged T2*-weighted images across acquisitions.

Fig. 5. Leptomeningeal angioarchitecture reconstructions using in vivo MRI.

Fig. 6. Variation in leptomeningeal veins across hemispheres and individuals.

Fig. 7. Visualization of pial vessels near the transverse temporal gyri, buried within the lateral sulcus.

Fig. 8. Whole-brain intracortical mesoscopic vein maps.

Fig. 9. Intracortical veins visualized across different cortical depths in vivo.

Abstract

Noninvasive measurement of the human brain’s angioarchitecture is essential for understanding functional neuroimaging signals, diagnosing cerebrovascular diseases, and tracking neurodegeneration. Ultrahigh-field MRI now enables mesoscopic (<0.5 millimeters) imaging, revealing vascular details previously inaccessible in vivo. Yet current approaches face two barriers: Scan times often exceed 40 minutes, and the conventional visualization methods remain limited for navigating the vasculature. Here, we present a fast whole-brain MRI protocol that resolves the venous network at 0.35 millimeters in under 7 minutes. We also introduce processing and visualization techniques that distinguish vessel types and more intuitively navigate the vasculature. These advances allow in vivo reproduction of the seminal vasculature images of Henri M. Duvernoy and provide whole-brain intracortical mesovein maps in humans. Our methods lay the groundwork for detailed examination of vascular organization across individuals, brain regions, and cortical layers. More generally, these methods make mesoscopic imaging of angioarchitecture viable for broad neuroscientific and clinical applications.