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高场磁共振成像（MRI）虽为强大诊断工具，但会引发头晕、眼球震颤等问题。研究人员通过构建数学模型，模拟前庭系统生物力学响应。结果显示，模型能准确预测眼动模式，支持洛伦兹力假说，为后续研究及临床实践改进提供基础。
在现代医学中，磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）就像医生的 “透视眼”，尤其是高场 MRI，凭借其强大的功能，能为医生提供人体内部极为详细的图像，助力精准诊断各种疾病。然而，这一先进技术却存在着令人困扰的副作用。不少接受高场 MRI 检查的患者，在检查过程中会莫名感到头晕目眩，眼睛也不受控制地出现震颤，即眼球震颤（nystagmus）现象。这些不适不仅影响了患者的检查体验，更对检查的安全性构成潜在威胁。
目前，医学界对于这些副作用产生的机制尚未完全明晰。虽然主流理论认为，MRI 产生的磁场与内耳中负责维持平衡的前庭系统（vestibular system）相互作用，进而产生洛伦兹力（Lorentz force），这可能是引发前庭紊乱的潜在原因，但这一理论并不能解释所有观察到的现象，比如健康成年人中出现的垂直眼球震颤问题。正是在这样的背景下，为了深入探究高场 MRI 对前庭系统的影响机制，来自西班牙圣地亚哥德孔波斯特拉大学（University of Santiago de Compostela）等多个研究机构的研究人员展开了一项极具意义的研究。该研究成果发表在《Communications Medicine》杂志上，为解开这一谜团带来了新的曙光。
为了开展这项研究，研究人员采用了多种关键技术方法。他们首先借助高分辨率微计算机断层扫描（μCT）获取人体膜迷路（membranous labyrinth）的精确解剖数据，基于此构建了 3D 计算模型。随后，运用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）、流体 - 结构相互作用（Fluid-Structure Interaction，FSI）求解器以及磁流体动力学方程等进行模拟分析。同时，招募了 5 名健康志愿者，利用 MRI 兼容的红外视频眼动仪记录其在不同磁场强度和头部位置下的三维双眼眼动数据。
研究结果如下：
- 内耳电流与洛伦兹力诱导的动力学：电流从膜迷路的暗细胞流入感觉毛细胞区域，在不同区域电流方向不同。当头部暴露在磁场中，电流与磁场相互作用产生洛伦兹力，其方向与磁场和电流方向垂直。在椭圆囊（utricle）中，这种相互作用产生两个漩涡，较大的在前部，较小的在后部，且方向相反。洛伦兹力还使内淋巴（endolymph）流动，进而使半规管（semicircular canals）的壶腹嵴（cristae ampullares）位移，左右膜迷路的壶腹嵴剪切应变模式相反。
- 眼动对磁前庭刺激（Magnetic Vestibular Stimulation，MVS）的实验分析：研究人员量化了不同磁场强度和头部位置下的三维眼动。实验发现，水平和扭转眼动分量与磁场强度成比例响应，而垂直眼动分量则不然。不同头部方向（如耳肩倾斜，Ear-to-Shoulder，ETS）会影响眼动分量，水平和扭转慢相眼速度（Slow-Phase Velocity，SPV）随头部偏离仰卧位而降低，垂直 SPV 在不同 ETS 位置呈现不同方向变化。计算和实验数据吻合良好，证明了模型的有效性。
- 模拟理论头部方向的眼动响应：通过计算模拟不同理论头部位置的眼动响应，发现沿 Z 轴（与磁场方向一致）的模拟显示所有壶腹嵴响应均匀，类似仰卧位眼动模式。头部绕 X 轴旋转（模拟 ETS 倾斜）时，所有模拟眼动分量呈现 180 度波长的正弦模式；绕 Y 轴旋转（模拟屈伸，Flexion-Extension，FE）时，水平和扭转归一化 SPV 符合 180 度波长的正弦曲线，垂直分量为零。
在研究结论和讨论部分，研究人员指出，膜迷路内的电流密度不受磁场暴露持续时间或强度的影响，主要受内淋巴电导率和细胞区域边界条件等因素制约。这意味着，随着年龄增长或内耳疾病导致毛细胞数量减少时，人体对 MVS 的敏感性可能降低。同时，洛伦兹力的增加与前庭刺激并非简单的线性关系，内耳的解剖结构特点在其中起着关键作用。研究中还观察到内淋巴速度和壶腹响应的差异，以及不同眼动分量对磁场强度的不同响应模式。此外，研究人员也认识到模型存在一定局限性，如基于单一个体的解剖数据，可能无法完全适用于所有人，但通过使用归一化值，在一定程度上提高了研究结果的普适性。
这项研究的重要意义在于，通过构建数学模型并结合实验验证，有力地支持了洛伦兹力假说作为磁前庭刺激的主要机制，为深入理解高场 MRI 对前庭系统的影响提供了新的视角。这不仅有助于未来制定更完善的 MRI 安全指南，还能为 MRI 技术的优化设计提供理论依据，有望在保障患者安全和舒适的前提下，进一步提升高场 MRI 在临床诊断中的应用价值。
