[论文解读] Phantom model for intracranial pressure

Célia Batonon, Heimiri Monnier+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 2026

Cerebrospinal fluid and hydrocephalus被引用 0

一句话总结

本论文介绍 MODÈFONE，一种颅脑脊髓系统的物理仿真模型，能再现 pulsatile ICP，并通过抛物线飞行实现重力可变实验（包括微重力）。

ABSTRACT

This report presents the MOD{È}FONE project, whose objective is to develop a simplified experimental model of the cerebrospinal system in order to investigate fluid-structure interactions and physiological adaptations under altered gravity conditions, with a particular focus on microgravity. The experimental setup is based on a pulsatile hydraulic circuit reproducing systolic and diastolic dynamics, coupled with deformable elements simulating vascular compliance and a cranial compartment immersed in a fluid representing cerebrospinal fluid. This model enables the analysis of cranial and spinal pressures as well as their pulsatility. The purpose of this report is to describe the design and the results of the experimental setup.

研究动机与目标

• 开发一个简化的颅脑脊髓物理模型，用于在改变重力下研究液固耦合。
• 在颅脊假体中结合脉动动力学和血管样顺应性。
• 在 1g、1.8g 和 0g 条件下测量平均 ICP 与脉动 ICP 及脊髓压力。
• 基于定性的人体 ICP 脉动特征对模型进行验证，并探索重力取向效应。

提出的方法

• 构建刚性颅腔与具弹性的脊髓假体，用水充满以模拟 CSF。
• 将假体与脉动液压回路耦合，使用 12 V 膈膜泵来模拟心源性流动。
• 在脊椎部分放置可变形的乳胶段以提供顺应性并引起体积变化。
• 用两个压力传感器和一个三轴加速度计进行仪表化；通过微控制器将数据采集与泵控同步。
• 通过抛物线飞行改变重力（1g、1.8g、0g）以及假体取向（0°, 30°, 90°）。
• 通过估算控制电压来处理泵流量、对飞行阶段和心动周期进行分段、并对压力信号应用 Savitzky–Golay 滤波进行处理。

实验结果

研究问题

• RQ1 重力水平与假体取向如何影响平均颅内压和脊髓压力？
• RQ2 重力如何影响 ICP 与脊髓压力的脉动性及波形形态？
• RQ3 在不同重力条件下，假体是否能重现人体 ICP 脉动模式的定性特征？

主要发现

• 在 1g 与 1.8g 下，随着假体取向的增大，平均 ICP 下降，且在高重力条件下变化更大。
• 在 1.8g 下，随着假体取向的增大，平均脊髓压力上升，呈现与 ICP 相反的趋势。
• ICP 脉动性在垂直取向下在 1g 和 1.8g 时被放大，但在 0g 时被削弱，微重力下波形形态趋于圆润峰值。
• 在微重力下，水平取向的 ICP 脉动幅度下降，垂直取向下则有明显不同的变化。
• 脊髓压力脉动性总体保持较高，但出现与 ICP 不同的取向相关修改。
• 定性比较表明该假体复制了若干人体 ICP 脉动特征，但缺乏主动调控机制。