基于磁共振成像-动脉自旋标记的基于脑功能区的脑血流图谱的构建与应用

摘要

本研究整合了磁共振成像-动脉自旋标记图像，以得出脑功能区的脑血流 （CBF） 图谱。比较典型的健康和慢性脑缺血 CBF 图谱揭示了区域 CBF 分布的显着差异，从而能够快速、无创地评估功能性 CBF，以协助诊断和评估治疗。

摘要

脑部疾病通常需要精确的诊断和监测，因此需要先进的成像技术。目前的方法可能无法充分检测可逆组织损伤的早期迹象，这凸显了对创新诊断工具的需求，这些工具可以以高特异性和敏感性量化脑血流 （CBF） 的变化。本研究将三维动脉自旋标记 （3D-ASL） 与结构 MRI 相结合，以开发涵盖大脑所有主要功能区域的综合 CBF 图谱。这种创新的磁共振成像-动脉自旋标记 （MRI-ASL） 方法提供了一种快速且无创的量化区域特异性 CBF 的方法，提供了不同功能区域的 CBF 水平的详细视图。慢性脑缺血 （CCI） 患者与健康受试者之间的比较显示，在为前者构建的 CBF 图谱中，大脑功能区域的 CBF 显着降低。这种方法不仅可以通过分析关键区域相对于健康分布的 CBF 同时减少来有效识别 CCI，还可以通过纵向 CBF 图谱跟踪治疗反应和康复进展。使用 MRI-ASL 技术开发的 CBF 图谱代表了脑诊断和患者护理领域的新进展。通过将区域 CBF 水平与规范标准进行比较，该方法增强了诊断能力，使临床医生能够为脑部疾病患者提供个性化护理。

引言

在神经影像学领域，寻求精确、无创的工具来评估脑功能和病理学仍然至关重要。其中，脑血流量 （CBF） 是一个重要的指标，反映了脑组织的代谢需求和健康状况¹。传统方法通常需要实证评估，严重依赖临床医生的专业知识来解释图像和辨别病理变化²。然而，磁共振成像 （MRI） 技术的进步，尤其是动脉自旋标记 （ASL）³，为以更高的准确性和客观性量化 CBF 提供了一条有前途的途径 ^4,5。

本研究提出了一种开创性的方法，该方法将三维 ASL （3D-ASL） 与结构 MRI 相结合，以构建跨大脑功能区域的综合 CBF 图谱⁶。通过利用这种新方法，临床医生不仅可以获得 CBF 的全局视角，还可以深入研究特定的功能领域，从而对脑灌注模式有细致入微的理解 ^7,8。分辨率的这种提高是成像设备技术进步的直接结果，而不是使用插值体素。值得注意的是，当今市场上的大多数主流 MRI 设备通常提供优于 1.5 mm⁹ 的成像精度。成像技术....

研究方案

本研究经中国北京东直门医院机构审查委员会批准。MRI 扫描仪与基于涡轮梯度自旋回波 （TGSE） 的脉冲 ASL （PASL） 序列用于 3D 动脉自旋标记 （3D-ASL），参数如下：TR 4000 ms，TE 25 ms，推注持续时间 700 ms，反转时间 1990 ms。本研究中使用的软件工具列在 材料表中。

1. 数据收集和准备

注意：参数的差异不受研究方法的影响。DICOM 和 NIFTI 格式都用于存储数字医学成像数据，其中 DICOM 是临床成像设备的常见输出。然而，为了在研究活动中方便计算，NIFTI 格式通常是首选。从 DICOM 转换为 NIFTI 是一种简单而常见的做法¹⁷。在本研究中，获取了真实的 DICOM 数据并将其转换为 NIFTI 格式。数据是使用 1.5 特斯拉 MRI 扫描仪采集的。在本研究的交叉图像配准过程中，主要使用流体衰减反转恢复 （FLAIR） 序列，并与 CBF 图像融合。本研究中使用的 CBF Atlas 工具 （Table of Materials） 是商业软件。

1. 将数据复制到指定的工作目录。
   1. 将所有 NIFTI 数据复制到自定义工作目录。
      注意：操作系统和 MATLAB 中的工作目....

讨论

关键步骤（第 3 节和第 4 节）构成了构建 CBF 图谱的基础，量化了 CBF 在大脑功能区的分布。步骤 4.2 明确描述了每个大脑区域的 CBF 水平，开创了一项新技术。这不仅为医生提供了患者 CBF 的全局视图，还为各个功能区域提供了定量测量。步骤 5.1 表明 CBF 图谱具有区分 CCI 与健康对照的重要临床诊断效用。

一些技术改进可以增强这个有前途的协议，主要是通过利用 MRI-ASL 成像?.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
CBF Atlas	Intelligent Entropy	CBF Atlas V1.0	Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd. Modeling for Thyroid Disease
MATLAB	MathWorks	2023B	Computing and visualization
MRI Device	Siemens	Amria 1.5 T	MRI scanner