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硬膜下腔的概念在人们心中早已根深蒂固。作为经典的解剖学术语，硬膜下腔被理所当然地认为是一个天然存在的腔隙，而在仔细探究其研究历史后却不难发现，硬膜下腔的描述已经从刚开始的含有少量液体物质的天然腔隙，悄悄演变成了由创伤、病理过程等造成的获得性腔隙。但即便如此，仍有较多学者相信有天然硬膜下腔的存在。实际上，天然硬膜下腔存在与否至今尚无定论。
众所周知，脑膜由硬膜、蛛网膜及软膜组成。大多数传统的医学书籍及文献定义硬膜下腔为存在于硬膜与蛛网膜之间、含有少量液体物质的天然腔隙。而与此概念相对应的，积聚于硬膜与蛛网膜之间的血液，则被定义为硬膜下血肿。
硬膜下腔这一概念最早由Key与Retzius(1873)提出，他们在临床与动物实验中发现，硬膜与蛛网膜之间存在腔隙，且其间还衬有低柱状、平整的间皮组织。Langdon(1891)在观察了大量胎儿及成人尸体标本后指出，蛛网膜下腔分隔了壁层和脏层蛛网膜，硬膜下腔的解剖结构可能与此大致相同。通过胚胎学方面的研究，Weed(1916和1938)再次证实了硬膜下腔是一个内衬有间皮的腔隙。基于上述研究结果，Key(1873)与Weed(1916、1917和1938)提出，硬膜下腔可视作等同于人体其它的浆膜腔的天然腔隙。
随后的临床研究证实硬膜下腔是作为一个独立的腔隙而存在的。Cushing(1914)注意到，中枢神经系统感染的患者，其病灶一般只局限于蛛网膜下腔，而从未出现于硬膜下。Penfield(1923)报道，在1例梗阻性脑积水病例中，同时从腰大池及硬膜下腔抽取的液体，其成分完全不同。
在之后的研究中，硬膜下腔不断被学者们在镜下观察到，且被Pease(1958)认为是一种在蛛网膜之外起屏障作用的潜在腔隙。当时大多数研究者都认同硬膜下腔的存在，并描述其为硬膜与蛛网膜之间含有液体且不与蛛网膜下腔相通的天然腔隙。
骨内膜层与脑膜层组成了硬脑膜，而这两者均由胚胎时期的原始脑膜分化而来。骨内膜层紧贴于颅骨内侧壁，尤其是在颅底及骨缝处，其主要由纤维母细胞及大量向不同方向生长的细胞外胶原蛋白构成。骨内膜层中可见血管、淋巴及神经走行。脑膜层与骨内膜层紧密贴合，其间含有大量的纤维母细胞及少量的胶原蛋白。
Nabeshima(1975)最早提出了硬膜边界细胞(dural border cell, DBC)的概念。硬膜边界细胞层(dural border cell layer, DBC layer)位于硬膜的脑膜层与蛛网膜之间，是一种细长、扁平形态的细胞层。随着研究的深入，DBC layer被广泛认同为硬膜的最内层，成为硬膜新的组成部分。有别于脑膜层，DBC layer不但缺乏胶原蛋白，而且存在着各种大小、形态不等的细胞外间隙。在这些间隙当中，只含有类似于颗粒状、绒毛状的不定型物质，而没有胶原蛋白。此外，桥粒、间隙或是中间连接，在DBC之间以及DBC layer与蛛网膜之间极为少见，甚至未见于DBC layer与硬膜脑膜层之间。这些都成为DBC layer容易撕裂的结构性解剖基础。
根据Nabeshima(1975)的叙述，附着在DBC layer内侧且排列紧密的细胞层被命名为蛛网膜屏障细胞层(arachnoid barrier cell layer, ABC layer)。相比结构疏松的DBC layer，ABC layer内可见大量细胞连接，尤其是紧密连接，这一特点使得ABC layer更为坚韧致密，能够阻挡液体、大分子物质及离子的流动。
硬膜下血肿是一种与硬膜下腔概念直接相关的疾病。颅脑外伤造成的脑皮质撕裂、浅层血管或是桥静脉的破裂均会导致硬膜下血肿的发生。
桥静脉破裂是硬膜下血肿形成的首要原因[1]。桥静脉起始于大脑表面，穿经硬膜与蛛网膜交界，在硬膜内走行一段距离后汇入静脉窦。尸体解剖发现，硬膜下血肿主要由广泛的大脑皮质破坏及大脑浅层血管破裂造成，而后者包括桥静脉与脑皮质内的小血管。硬膜下的桥静脉血管壁明显比蛛网膜下腔内的桥静脉薄，前者最小厚度仅为10 μm，而后者的最小厚度却达到了50 μm[2]。硬膜下的桥静脉周围仅覆盖有不连续的、细长的DBC以及松散的胶原细胞，加之其管壁周围平滑肌细胞的老化，使得硬膜下腔部分桥静脉缺少足够的支持和保护，变得更容易受损、破裂。前后向的突然加减速、颅内静脉压的陡然升高，甚至是老年人脑组织萎缩后对脑膜的牵拉，都会造成疏松的DBC layer与此处薄弱的桥静脉损伤，血液流入DBC layer包绕的腔隙，从而产生了硬膜下血肿。
蛛网膜颗粒由蛛网膜突入硬膜静脉窦及静脉间腔的部分构成，其在上矢状窦与横窦处较为多见，这一单向活瓣是蛛网膜下腔内脑脊液回流至血液的重要通道，也是脑脊液正常循环、吸收的主要部位。le Gros(1920)指出，蛛网膜颗粒与硬膜下表面直接相连，当两者分离时，可见原先连接处的孔道。Wolpow(1972)认为，蛛网膜颗粒与硬膜存在两种关系，一种是附带着硬膜，而另一种则是与硬膜的融合。Jayatilaka(1969)提出，蛛网膜颗粒可突入静脉窦，也可存在于传统意义的硬膜下腔内。
由于蛛网膜颗粒介于硬膜与蛛网膜之间，位置特殊，故起源于蛛网膜颗粒的颅内脑膜瘤与硬膜下腔关系密切。脑膜瘤时常向硬膜生长，并浸润硬膜，形成MRI增强扫描时的脑膜尾征。侵犯硬膜的脑膜瘤可生长于硬膜的骨膜层与脑膜层之间，也可以存在于硬膜与蛛网膜之间；而后者的位置即被认为是传统意义上的硬膜下腔。
不同于蛛网膜下腔这一概念的广泛认可，硬膜下腔是否真实存在仍然有着较大的争议，而争议主要集中于其是天然、潜在的腔隙，还是由于组织破坏所形成的继发性腔隙。
在二十世纪初的很长一段时间里，大批学者提出的一系列有关硬膜下腔存在的强而有力的研究结论及证据，使人们相信硬膜下腔是一个含有少量液体物质且真实存在的天然腔隙。在随后出版的大量医学书籍与文献当中，传统硬膜下腔的概念被不断引用，并且被广泛接受和应用于各种相关的研究。然而，之后不断有研究者提出，硬膜下腔非天然、潜在，而是因外力造成的人为腔隙。
组织胚胎学研究显示，硬膜与蛛网膜均由原始脑膜分化而来，始终呈整体连续结构，不应存在腔隙。Leary与Edwards(1933)在观察比较了心包腔、胸腔、腹膜腔以及硬膜下腔的内层组织后发现，硬膜与蛛网膜之间出现的主要是纤维母细胞，且这种细胞主要覆盖于硬膜侧，未见于蛛网膜侧，显然不同于其它几种浆膜腔中明显连续的间皮细胞。Haines(1991和1993)认为，所谓的硬膜下腔是由于组织被永久性地破坏而产生，且不能重复地打开及闭合，这两点完全不符合人体天然潜在腔隙的特点；因此，传统概念的硬膜下腔实际上是由病理改变或是创伤引起的，通过破坏结构疏松的DBC layer以及细胞连接而产生的继发性改变，这明显不是先已存在的天然腔隙。另外，Frederickson (1991)质疑，过去实验所见到的腔隙大都是经人为撕裂、破坏硬膜与蛛网膜之间的连接而得到的，无法证实其结果的有效性。
Haines等[3]同时还指出，在人为打开颅腔进行实验的同时，硬膜的骨内膜层和脑膜层被牵拉向颅骨内层方向，而蛛网膜则依靠本身致密的结构以及小梁细胞等被固定在软膜表面。只剩下内部结构最为疏松的DBC layer，被集中的、来自相反方向的张力撕扯开，并最终形成了所谓的硬膜下腔。神经外科医生在术中所见到，并且认为极其明显的硬膜下腔均是由此原因形成的。除此之外，缺乏细胞连接的直接形态学依据也导致了间皮组织稳定内衬于硬膜下腔的观点无法得到支持。
Frederickson(1991)观察了10例从硬膜骨膜层到蛛网膜层的完整、连续的标本，未发现有硬膜下腔的存在。当轻柔地向上掀起硬膜时，介于硬膜与蛛网膜之间的DBC layer被撕开，形成了传统概念的硬膜下腔。Orlin(1991)用细管在动物额顶部的硬膜之下、蛛网膜之上处注入来自其腹主动脉的肝素化血液；结果显示，血液撕裂了DBC layer，并且积聚在之前提出的硬膜下间隔，即DBC layer中，证实了Frederickson的观点。
有学者提出，如果硬膜下腔先已存在，那么当硬膜下血肿产生时，血液应当会因为重力而充满整个颅底或是脊膜，可是，这样的病例却从未出现过(Haines 1993)。Koizumi(1987)则提出，硬膜下腔积液形成的基础是DBC layer的撕裂，而病理机制则是头部外伤或是手术操作造成的被动渗出。如若硬膜下腔的确存在的话，那么积液只会是一种偶发或是伴随症状。
硬膜下腔的争论也同样存在于脊髓节段中。透射电子显微镜未观察到有硬膜下腔的存在，而在脊髓的硬膜及蛛网膜之间，尤其是硬膜内侧，充满了厚薄不均的神经内皮细胞，这种细胞在两层脑膜之间形成了不同于一般浆膜腔的硬膜下间隔，而非传统意义上的硬膜下腔[4]。Hugh[5]通过脊髓碘油造影提出了不同的观点，并质疑了Haines的结论。Hugh认为：在人体直立位时，颅内压低于大气压力，此时脑脊液的正压使蛛网膜紧密贴合于硬膜；而当头低位时，负压的脑脊液增加了脊髓神经与蛛网膜之间的张力，使硬膜与蛛网膜之间的腔隙突显出来。过去的研究结果夸大了人为因素对实验结果的影响。另外，因为碘油造影本身存在显像的延迟，所以当显影时，造影剂早就已经通过硬膜下腔的相应位置，这也反驳了通过外力产生人为腔隙的质疑。Hugh[5]还指出，硬膜下腔不仅含有淋巴组织，而且后者还参与了脑脊液的循环及压力调节，同样也是造成颅内感染的潜在因素之一。
此外，临床上常有硬膜外或蛛网膜下麻醉时药物误入硬膜下腔的报道。硬膜下腔麻醉效果通常不佳，且使实际的麻醉平面升高，产生不良影响。而麻醉药物误入硬膜下腔的众多案例也从侧面反映了脊髓节段硬膜下腔存在的可能性[6,7,8]。
作为解剖学的经典术语，传统硬膜下腔的概念几乎被完全颠覆。现今的主流观点认为，硬膜下腔是由外力破坏DBC layer形成的获得性腔隙，而非天生的潜在腔隙。而持这一观点的研究者都是通过电子显微镜下观察到的形态学表现提出的。虽然这些结论一一驳斥了过去认为硬膜下腔先天存在的依据，但值得注意的是，这些研究覆盖得并不全面，仍然存在漏洞。
首先，过去的实验对象一般都是已经发育成熟的成人颅脑，缺乏对于未发育完全脑膜的观察。Squier[9]在对摇晃婴儿综合征的研究中发现，婴儿硬膜下血肿的表现与成年人有着根本的区别，其多为双侧广泛分布，血肿稀薄，且经常流入脊髓的硬膜下腔；另外，相比于成人，婴儿的蛛网膜下桥静脉更为薄弱，其蛛网膜下血肿发生率高于硬膜下血肿。这些结论均与Haines等[3]学者所持的观点相去甚远。
其次，虽然脑膜的标本被电子显微镜不断放大观察，但极少有研究在大脑凸面以外，或是在颅神经周围进行取材。岩斜区外展神经的病理组织学观察显示，包绕神经的硬膜及蛛网膜之间存在明显的硬膜下腔。Ayberk等[10]在总结了斜坡区域的解剖研究与部分相关病例后提出，斜坡与桥脑前膜之间的区域内存在硬膜下腔，而当这一区域硬膜下腔内的血管丛破裂之后，可形成双凸面样的血肿，即非大脑凸面的传统概念的硬膜下血肿。这是否也提示了，在大脑凸面以外的位置，尤其是颅底、神经或血管出蛛网膜、蛛网膜颗粒处，或是桥静脉汇入静脉窦处，存在传统概念的硬膜下腔？此外，血管、神经出颅处，同时也是蛛网膜颗粒出颅处，是否这些可以解释MR影像上的脑膜尾征？
再次，以动作轻柔、避免人为破坏为前提，当神经外科医生在术中打开硬膜时，经常可以观察到，额叶、颞叶等多处的硬膜内侧及蛛网膜外侧之间连接有数量不等的系带状物质，同时这些部位还可见到完整的桥静脉。这种系带状物质数量不多，其形态各异，类似于内层蛛网膜的小梁结构，有的如细丝状，有的如索带状。在用脑压板牵拉脑组织时，这些连接可以承受一定张力，但细丝状的系带会因张力过大而出现断裂。过去的研究认为，相反方向牵拉硬膜与蛛网膜必然会导致其间DBC layer的撕裂。然而，在特定部位，例如鞍结节及桥小脑角区，这样的系带数量却非常稀少，不符合DBC layer数量庞大的叙述。因为如果被撕裂的是DBC layer的话，系带出现的数量应当会大大增加。另一方面，由于DBC layer缺乏胶原蛋白及纤维母细胞，故不太可能形成类似于细丝状或是索带状的固定结构。这是否表明，硬膜下腔类似于蛛网膜下腔而存在？在硬膜下腔内观察到的系带状物质类似于内层蛛网膜，即蛛网膜小梁，且有类似分隔脑池的功能？见图1。
值得一提的是，Kuroiwa等[11]曾经报道了1例在MRI上表现为脑膜尾征，术中却表现为位于硬膜下腔而不粘连于硬膜内侧的病例；术后病理显示，肿瘤只是存留在硬膜下腔内，未见任何对硬膜的浸润。这与既往的研究结论一致，即在凸面脑膜瘤MRI脑膜尾征对应的硬膜病理中，部分脑膜尾征对应的硬膜有肿瘤侵袭，而另外部分则仅仅只有炎症细胞浸润[12]。在有肿瘤侵袭的硬膜中，部分病例肿瘤细胞入侵到硬膜内形成瘤巢；而部分肿瘤细胞仅仅和硬膜内层贴附(图2)。综合这一特殊病例以及之前的研究结论，是否可以提出以下问题供进一步研究：DBC layer未必均匀分布于所有硬脑膜与蛛网膜之间，在有DBC layer的地方，可能不存在硬膜下腔；而在没有DBC layer的地方，例如神经、血管出蛛网膜处，可能存在硬膜下腔，是否是因为该部位的桥静脉破裂产生积血、或是此处脑脊液积聚后，向有DBC layer处扩展，才导致了DBC layer的撕裂，形成了传统概念上的、周围包裹有DBC的硬膜下血肿及积液？
除此之外，传统概念上硬膜下腔位置的特殊肿瘤，如上文提及的从蛛网膜颗粒来源的脑膜瘤，其发生发展需要充足的血供，而针对硬膜下腔的研究是否可以帮助人们了解肿瘤的血供情况？
追溯硬膜下腔漫长的研究历史可以发现，其概念曾经几度更迭。然而，无论是认为硬膜下腔天然存在，还是认为其是获得性腔隙的研究观点，都或多或少地受限于当时的实验条件与认知，无法做到全面、深入，进而得到广泛的认同，这就使得有关硬膜下腔是否天然存在的争论始终存在。而对于硬膜下腔的进一步研究不但有助于神经外科医生更好地了解其真实的解剖结构，同时也将为临床相关疾病的再认识提供极大的帮助。
