人类的眼睛虽然缺乏传统意义上的淋巴管系统，但仍然需要通过代谢产物的清除来维持眼部和大脑的健康。研究表明，眼睛可能拥有类似于大脑的“类淋巴排泄系统”，可以通过周围血管间隙排除代谢物。大脑中的类淋巴系统主要由呼吸和心跳等生理脉动驱动，尤其在睡眠期间更为活跃。然而，由于眼部结构的复杂性，现有成像技术在监测眼睛内部的这些生理脉动方面存在局限性。

本研究整合了功能性磁共振眼成像（fMREye）、MRI兼容视频眼底镜（MRcVO）和功能性眼部相机（FEC）三种成像技术，并利用快速傅立叶变换（FFT）分析眼睛和大脑的生理脉动频谱。研究揭示了极低频（VLF）、呼吸频率（RESP）和心血管频率（CARD）三个主要频率下的同步脉动分布。研究结果显示，眼部的脉动主要受到呼吸频率的驱动，这种非侵入性成像方法能够有效观测眼部类淋巴系统的清除机制，为未来的眼部和脑部疾病诊断与监测提供了潜在应用前景。

研究方法

1. 研究对象与成像参数

本研究招募了16名健康志愿者（5男11女），平均年龄为38.7±12.4岁，所有受试者均无心血管、神经系统或呼吸系统疾病，也未服用长期药物。成像设备采用Siemens MAGNETOM 3T Vida扫描仪，通过64通道头线圈获取高分辨率图像。眼部成像采用2D回波平面成像（EPI）序列，重复时间（TR）设为100毫秒，回波时间（TE）为15毫秒，图像分辨率为2.64×2.64毫米。为了研究不同厚度对信号质量的影响，切片厚度分别设置为3、4和5毫米。此外，为提高成像效果，部分受试者的左眼在成像前进行了药物扩瞳处理，以减少眼球运动干扰。

2. 数据采集流程

fMREye成像：通过BOLD（血氧水平依赖）信号测量眼部组织的氧合水平变化。fMREye采用了优化的EPI成像参数，能够在不使用造影剂的情况下捕捉眼部微小脉动。

MRcVO成像：使用MRI兼容的视频眼底镜（MRcVO）记录视网膜图像，观测视网膜和视神经的脉动。这种成像方式将眼底成像与fMRI结合，实现了眼底和脑部的同步成像。

FEC成像：功能性眼部相机（FEC）用于监测眼表面微小脉动，通过同步记录头部和面部的微小运动，进一步消除非生理性干扰。

在3毫米切片厚度的条件下，共有12名受试者完成了MRcVO拍摄，6名受试者完成了FEC拍摄，以确保采集到高质量的眼部脉动数据。此外，为验证数据的准确性，实验同步使用呼吸带和食指血氧仪记录受试者的呼吸和心血管信号。

研究结果分析

1. 切片数量对信号强度的影响

实验对比了单切片和双切片模式在信号强度和成像质量上的差异。双切片模式下的信号强度显著增强，且视频眼底镜和FEC数据中的干扰显著减少。在双切片模式下，极低频（VLF）、呼吸频率（RESP）和心血管频率（CARD）频段的信号功率均显著提升。尤其在呼吸频段，双切片模式下的数据功率显著高于单切片模式，显示出双切片模式在捕捉呼吸驱动脉动时更具优势。

这种差异可能是因为双切片模式可以减少伪影干扰，优化信号的捕捉效果。在双切片模式下，信噪比显著提高，有助于后续数据分析中更准确地检测眼部的生理脉动。这一发现为进一步优化成像参数、提高成像质量提供了重要依据。

图3. (A) 单个受试者的原始fMREye信号示例，经过非常低频（VLF 0.01–0.1 Hz）滤波处理，并展示了呼吸（RESP 0.12–0.35 Hz）和心血管脉动（CARD 0.8–1.3 Hz）的个别频带，这些频带宽度为0.1 Hz，以个体峰值为中心（即峰值±0.05 Hz）。(B) 三种生理脉动（VLF、RESP、CARD）的个体快速傅里叶变换（FFT）功率图示例。(C) 整个头部切片图像的平均fMREye时间信号示例，包括单层切片数据（1SL）和双层切片数据（2SL），其中双层切片数据的信号基线强度水平高于单层扫描。(D) 同一代表性受试者的整个头部fMREye图像的平均FFT功率图，显示了1SL和2SL数据中三个生理频带的功率峰值。(E) 整个头部1SL、2SL-第一层、2SL-第二层切片数据的平均信号强度水平表明，在每种情况下，1SL的信号强度都低于2SL数据，而且第二层切片总是具有更高的幅度。(F) 整个头部数据0到5 Hz频带的平均FFT功率表明，功率同样从1SL增加到2SL数据，且第二层切片具有最高的功率。

图4. 在fMREye扫描期间，通过FEC获得的眼图像中两片模式下图像闪烁伪影减少（一个受试者的图表说明）。(A) FFT功率图显示，在10 Hz频带中，单层扫描FFT谱图中存在较高的噪声功率，而在相应的双层FFT谱图中几乎不存在。(B) 眼角膜表面FEC视频数据的30秒时间信号，说明了单层（蓝色）的人工闪烁伪影（与更稳定的双层fMREye扫描（红色）相比）。

2. 切片厚度对信号质量的影响

研究进一步探讨了3、4和5毫米切片厚度对信号质量的影响。结果显示，在极低频（VLF）和心血管频段（CARD）中，3毫米厚度的FFT功率显著更高，特别是在视神经区域，3毫米厚度的双切片模式可以更清晰地捕捉到生理脉动信号。较薄的切片减少了体积效应带来的伪影，使生理脉动的细微变化得以更清晰展现，这在精确测量眼部的呼吸和极低频脉动方面尤为重要。

3毫米厚度的双切片模式成为本研究中眼部生理脉动检测的最佳设置。与4毫米和5毫米厚度相比，3毫米切片不仅能在眼部和视神经区域实现更高的信号功率，还能显著减少图像模糊和干扰信号，使捕捉到的生理脉动频谱更加精确。

图5. fMREye扫描能够检测到整个头部切片图像数据中的血管运动（0.01–0.1 Hz）、呼吸（0.25±0.05 Hz）和心血管（1.1±0.05 Hz）脉动。

3. 眼部与脑部生理脉动的同步性

结果表明，呼吸频段的脉动在眼表面和视网膜区域的频谱表现明显，MRcVO和FEC均成功捕获眼部的呼吸脉动。在心血管频段，眼部信号较弱，这可能是由于眼部更易受到其他生理信号的干扰。呼吸脉动频谱显示出清晰的峰值，并与脑部信号同步，表明眼部与脑部在呼吸驱动的脉动机制上具有一定的同步性。

进一步分析显示，MRcVO在视网膜区域检测到的呼吸频段脉动与fMREye结果高度一致，说明呼吸频段脉动在眼表和视网膜区域尤其显著。这种同步脉动机制可能是眼部类淋巴系的重要驱动力，为未来研究眼部代谢清除提供了有力证据。

4. 视神经区的脉动表现

视神经区的脉动表现也进行了详细分析。结果显示，在3毫米厚度条件下，视神经区的极低频（VLF）和心血管频段（CARD）信号功率显著增强。特别是在3毫米厚度的双切片数据中，呼吸脉动的信号强度和稳定性更高。与脑部相比，视神经区的心血管频段信号相对较弱，可能与视神经独特的组织结构和密度相关。

视神经区的呼吸脉动表明，呼吸驱动可能是该区域代谢清除的主要动力。这一发现不仅进一步验证了眼部和脑部类淋巴系统的生理差异，也为视神经在代谢清除过程中的作用提供了新见解。

图6. (A) 感兴趣区域（ROI）图突出显示了视神经（ON）。

5. 不同成像参数对脉动信号的影响

研究还发现成像参数的优化对信号强度至关重要。在3毫米双切片模式下，极低频（VLF）和心血管频段的信号功率均有显著提升，表明该参数设定能够减少伪影干扰并增强信噪比。同时，本研究还验证了切片厚度与呼吸频段在眼表和视神经区域信号稳定性间的关联，为眼部类淋巴系统的深入研究奠定了技术基础。

图7. (A) 同时进行的fMREye和FEC表面视频扫描在三个受试者中都显示出强烈的呼吸性眼脉动，频率相同。整个（左）眼和瞳孔以呼吸频率脉动。

结论与展望

本研究开发了一种创新的非侵入式多模态成像技术，为眼部和脑部的类淋巴系统研究提供了重要工具。通过同步采集fMREye、FEC和MRcVO数据，能够有效捕捉眼部与脑部的生理脉动特征，特别是呼吸驱动的脉动，为未来的眼部和脑部疾病的诊断与监测提供了新手段。

未来研究方向包括进一步提高空间分辨率，以更细致地解析心血管脉动，优化运动校正算法以减小眼球运动干扰，同时探索眼部脉动在不同病理状态下的表现，为青光眼、特发性颅内高压等眼部及神经系统疾病提供关键的生理指标。此外，本研究中的成像方法可用于研究眼球昼夜节律变化对眼部代谢和液体调节的影响。

总之，本研究不仅揭示了眼部脉动和类淋巴排泄系统的新机制，还为眼部健康评估和神经系统疾病的诊断提供了新的成像工具。

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