Method Article

بناء وتطبيق أطلس تدفق الدم الدماغي الوظيفي القائم على المنطقة الدماغية باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي - وضع العلامات على الدوران الشرياني

DOI:

10.3791/66853

⸱

May 31st, 2024

 ,  , 
1Department of Radiology, Dongzhimen Hospital, Beijing University of Chinese Medicine, 2Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd.

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

دمجت هذه الدراسة التصوير بالرنين المغناطيسي - صور وضع العلامات على الدوران الشرياني لاشتقاق أطلس تدفق الدم الدماغي (CBF) للمناطق الوظيفية الدماغية. كشفت مقارنة أطالس نقص التروية الدماغية الصحية والمزمنة النموذجية عن اختلافات كبيرة في توزيعات CBF الإقليمية ، مما مكن من إجراء تقييمات سريعة وغير جراحية ل CBF الوظيفي للمساعدة في التشخيص وتقييم العلاجات.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

غالبا ما تتطلب الحالات الدماغية تشخيصا ومراقبة دقيقين ، مما يستلزم تقنيات تصوير متقدمة. قد لا تكتشف الطرائق الحالية بشكل كاف العلامات المبكرة لتلف الأنسجة القابل للانعكاس ، مما يؤكد الحاجة إلى أدوات تشخيصية مبتكرة يمكنها تحديد التغيرات في تدفق الدم الدماغي (CBF) بخصوصية وحساسية عالية. تدمج هذه الدراسة وضع العلامات على الدوران الشرياني ثلاثي الأبعاد (3D-ASL) مع التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي لتطوير أطالس CBF شاملة تغطي جميع المناطق الوظيفية الرئيسية للدماغ. توفر منهجية التصوير بالرنين المغناطيسي المبتكرة - وضع العلامات على الدوران الشرياني (MRI-ASL) وسيلة سريعة وغير جراحية لقياس CBF الخاص بالمنطقة ، مما يوفر عرضا مفصلا لمستويات CBF عبر مناطق وظيفية مختلفة. كشفت المقارنة بين مرضى نقص التروية الدماغية المزمن (CCI) والأشخاص الأصحاء عن تضاؤل كبير في CBF عبر المناطق الوظيفية الدماغية في أطالس CBF المبنية للأول. لا يسمح هذا النهج فقط بتحديد فعال ل CCI من خلال تحليل الانخفاضات المتزامنة في CBF عبر المناطق الحرجة المتعلقة بالتوزيعات الصحية ، ولكنه يتيح أيضا تتبع استجابات العلاج والتقدم المحرز في إعادة التأهيل من خلال أطالس CBF الطولية. يمثل أطلس CBF الذي تم تطويره باستخدام تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي ASL تقدما جديدا في مجال التشخيص الدماغي ورعاية المرضى. من خلال مقارنة مستويات CBF الإقليمية مقابل المعايير المعيارية ، تعزز هذه الطريقة القدرات التشخيصية ، مما يمكن الأطباء من تقديم رعاية شخصية للمرضى الذين يعانون من حالات دماغية.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في مجال التصوير العصبي ، يظل البحث عن أدوات دقيقة وغير جراحية لتقييم وظيفة الدماغ وعلم الأمراض أمرا بالغ الأهمية. من بين هؤلاء ، يقف تدفق الدم الدماغي (CBF) كمؤشر حيوي ، مما يعكس المتطلبات الأيضية والحالة الصحية لأنسجة المخ1. غالبا ما تستلزم الأساليب التقليدية تقييمات تجريبية ، تعتمد بشكل كبير على خبرة الأطباء لتفسير الصور وتمييز التغيرات المرضية2. ومع ذلك ، فإن التطورات في تقنيات التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) ، وخاصة وضع العلامات على الدوران الشرياني (ASL) 3 ، توفر وسيلة واعدة لقياس CBF بدقة وموضوعية أكبر 4,5.

تقدم هذه الدراسة منهجية رائدة تدمج ASL ثلاثي الأبعاد (3D-ASL) مع التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي لبناء أطلس CBF شامل عبر المناطق الوظيفية الدماغية6. من خلال الاستفادة من هذا النهج الجديد ، لا يمكن للأطباء الحصول على منظور عالمي ل CBF فحسب ، بل يمكنهم أيضا الخوض في مجالات وظيفية محددة ، مما يسمح بفهم دقيق لأنماط التروية الدماغية 7,8. هذا التحسن في الدقة هو نتيجة مباشرة للتقدم التكنولوجي في معدات التصوير بدلا من استخدام voxels. تجدر الإشارة إلى أن غالبية أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي السائدة المتوفرة في السوق اليوم تقدم عادة دقة تصوير أفضل من 1.5 مم9. وقد مهدت هذه التطورات في تكنولوجيا التصوير الطريق لإجراء تقييمات أكثر تفصيلا ودقة ل CBF. يمثل هذا نقلة نوعية عن التصوير التقليدي ، والذي غالبا ما يفتقر إلى الدقة للكشف عن التغييرات الطفيفة في CBF المرتبطة بأمراض المرحلة المبكرة10.

تكمن نشأة هذه المنهجية في ضرورة مواجهة التحديات التشخيصية التي تفرضها الحالات الدماغية ، بما في ذلك نقص التروية الدماغية المزمن (CCI) والاضطرابات العصبية الأخرى11،12. تتطلب هذه الحالات تقييمات دقيقة وفي الوقت المناسب لتوجيه التدخلات العلاجية بشكل فعال13,14. من خلال مقارنة أطالس CBF بين الأفراد الأصحاء والمرضى الذين يعانون من CCI ، تكشف هذه الدراسة النقاب عن تفاوتات كبيرة في توزيعات CBF الإقليمية ، وتقدم نظرة ثاقبة لأمراض الأمراض وسبل العلاج المحتملة.

تمتد فائدة نهج التصوير بالرنين المغناطيسي - ASL إلى ما هو أبعد من التشخيص ، حيث تشمل التقييم العلاجي ومراقبة تطور المرض15. تبشر أطالس CBF الطولية بالخير في تتبع استجابات العلاج ونتائج إعادة التأهيل ، مما يوفر للأطباء أدوات لا تقدر بثمن لإدارة المرضى الشخصية. علاوة على ذلك ، قد تكون القدرة على تمييز التغييرات الطفيفة في CBF بمثابة علامة حيوية مبكرة لتشوهات الأنسجة الوشيكة ، مما يتيح التدخلات الاستباقية للتخفيف من الضرر العصبي قبل أن يصبح لا رجعة فيه16.

وفي حين أن هذه المنهجية تمثل أداة متقدمة، فإن هناك عدة سبل للصقل والتوسع تستحق النظر. يعد توحيد بروتوكولات المسح ، وتقنيات تطبيع CBF ، وبناء أطالس CBF صحية متعددة الموضوعات خطوات حاسمة نحو تعزيز دقة التشخيص والفائدة السريرية. تعد الجهود التعاونية عبر الأمراض الدماغية المتنوعة ضرورية للتحقق من صحة هذا النهج وتحسينه من أجل التبني السريري على نطاق واسع.

تقدم هذه الدراسة نهجا جديدا حيث تقدم أطالس CBF المشتقة من التصوير بالرنين المغناطيسي للأطباء رؤى عميقة في وظيفة الدماغ وعلم الأمراض. من خلال سد الفجوة بين مجموعة التصوير والتفسير السريري ، فإن هذه المنهجية لديها القدرة على إحداث ثورة في تشخيص وإدارة عدد لا يحصى من الحالات العصبية ، مما يبشر بمستقبل الطب الدقيق المصمم خصيصا لتلبية الاحتياجات الفريدة لكل مريض.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تمت الموافقة على هذه الدراسة من قبل مجلس المراجعة المؤسسية لمستشفى بكين دونغتشيمن ، بكين ، الصين. تم استخدام ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي مع تسلسل ASL النبضي (PASL) بناء على صدى الدوران المتدرج التوربيني (TGSE) لوضع العلامات على الدوران الشرياني ثلاثي الأبعاد (3D-ASL) مع المعلمات التالية: TR 4000 مللي ثانية ، TE 25 مللي ثانية ، مدة البلعة 700 مللي ثانية ، وقت الانعكاس 1990 مللي ثانية. يتم سرد أدوات البرمجيات المستخدمة في هذا البحث في جدول المواد.

1. جمع البيانات وإعدادها

ملاحظة: لا يزال التباين في المعلمات غير متأثر بنهج البحث. يتم استخدام كل من تنسيقات DICOM و NIFTI لتخزين بيانات التصوير الطبي الرقمي ، مع كون DICOM هو الإخراج المعتاد من أجهزة التصوير السريري. ومع ذلك ، غالبا ما يفضل تنسيق NIFTI للراحة الحسابية في الأنشطة البحثية. يعد التحويل من DICOM إلى NIFTI ممارسة مباشرة وشائعة17. في هذه الدراسة ، تم الحصول على بيانات DICOM الأصلية وتحويلها إلى تنسيق NIFTI. تم الحصول على البيانات باستخدام ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي 1.5 تسلا. في عملية تسجيل الصور المتقاطعة لهذه الدراسة ، تم استخدام تسلسل استعادة انعكاس السوائل الموهن (FLAIR) بشكل أساسي ودمجه مع صور CBF. أداة أطلس CBF (جدول المواد) المستخدمة في هذه الدراسة هي برامج تجارية.

  1. نسخ البيانات إلى دليل العمل المعين.
    1. انسخ جميع بيانات NIFTI إلى دليل عمل مخصص.
      ملاحظة: دليل العمل هو نفسه في نظام التشغيل و MATLAB. يتبع البحث معيار التوجيه الأمامي الأيمن العلوي (RAS).
    2. انتقل إلى الدليل الذي يحتوي على البيانات داخل دليل العمل الحالي ل MATLAB ، واستخدم وظيفة niftiread لتحميل بيانات FLAIR في مساحة العمل. استخدم وظيفة الحجم للتحقق من أبعاد تسلسل FLAIR. اتصل بالأمر Flair_Slice لعرض تسلسل FLAIR (كما هو موضح في الشكل 1). استخدم الأوامر المحددة كما يلي:
      FLAIR_XLF = niftiread ('FLAIR_XFL.nii');
      الحجم(FLAIR_XLF)
      Flair_Slice (FLAIR_XLF) ؛
    3. راجع الشكل 1 للحصول على صورة لواجهة المستخدم الرسومية التفاعلية (GUI) لتسلسل FLAIR. استخدم شريط التمرير السفلي لتصفح التسلسلات المختلفة بسرعة.
  2. تحقق بسرعة من صور CBF.
    1. استخدم الدالة niftiread لتحميل بيانات CBF في مساحة العمل. استخدم وظيفة الحجم للتحقق من أبعاد تسلسل CBF. اتصل بالأمر CBF_Slice لعرض تسلسل CBF (كما هو موضح في الشكل 2). استخدم الأوامر المحددة كما يلي:
      CBF_XLF = نيفتريد ('CBF_XFL.nii');
      الحجم(CBF_XLF)
      CBF_Slice (CBF_XLF) ؛
    2. ارجع إلى الشكل 2 للحصول على لقطة شاشة تفاعلية لواجهة المستخدم الرسومية لتسلسل CBF. استخدم شريط التمرير السفلي لتصفح التسلسلات المختلفة بسرعة.
      ملاحظة: في الشكل 2 ، يكون نطاق قيمة CBF عادة 0-120 مل / 100 جم / دقيقة. يستخدم الشكل 2 خريطة ملونة لتمثيل مستويات CBF المختلفة بألوان مختلفة.

2. تجزئة المناطق الوظيفية الدماغية من تسلسل FLAIR

ملاحظة: يعمل تسلسل FLAIR كتصوير هيكلي ويوفر قدرات تشخيصية مرضية ممتازة. لذلك ، فإن دمج FLAIR مع CBF يحمل قيمة تشخيصية مهمة في العيادات. تقسم هذه الدراسة المناطق الوظيفية الدماغية الرئيسية من تسلسل FLAIR.

  1. في مساحة العمل ، اتصل بوظيفة FLAIR_Segment وقم بتشغيل برنامج تجزئة الصور المستند إلى 3-D U-Net الذي تم تدريبه مسبقا لإنشاء طرق عرض ثلاثية المستويات تلقائيا لتجزئة المناطق الوظيفية الدماغية ، كما هو موضح في الشكل 3. يمثل كل لون في الشكل 3 منطقة وظيفية مميزة.
  2. للفحص في الوقت الفعلي للمناطق الوظيفية الدماغية المختلفة ، استخدم تفاعل التقاطع (الشكل 3). انقر واسحب مركز التقاطع لإجراء فحص 3D تعسفي لتشريح الدماغ المعاد بناؤه.
    ملاحظة: تتيح واجهة المستخدم الرسومية في الشكل 3 أيضا ضبط نطاق كثافة التدرج الرمادي والتباين والسطوع لطرق العرض ثلاثية المستويات.
  3. اضغط على زر الماوس الأيسر واسحبه فوق أي منطقة من الصور لتعديل مستويات السطوع والتباين في الوقت الفعلي. حرر زر الماوس لتأكيد التعديلات وإنهائها.

3. مناظر ثلاثية المستويات لتوزيع CBF عبر المناطق الوظيفية الدماغية

ملاحظة: إن فحص توزيع CBF عبر مناطق وظيفية دماغية مختلفة يسهل الأحكام السريرية الدقيقة لحالات المريض. في إطار المنطقة الوظيفية من الشكل 3 ، فإن دمج قيم CBF الدقيقة من تسلسل CBF وتقديمها في طرق عرض ثلاثية المستويات يسمح بفحص الطبيب الشامل.

  1. قم باستدعاء الدالة CBF_triplanar لإنشاء طريقة عرض واجهة المستخدم الرسومية ثلاثية المستويات الموضحة في الشكل 4 ، والتي تعرض التوزيع المكاني CBF عبر المناطق الوظيفية. حرك التقاطع للسماح بفحص توزيع CBF في المناطق ذات الأهمية.
  2. انقر فوق الزر تلميحات البيانات في الزاوية العلوية اليمنى من واجهة المستخدم الرسومية لعرض قيم CBF في أي موضع.
  3. اضغط على زر الماوس الأيسر واسحبه فوق أي منطقة من الصور لتعديل مستويات السطوع والتباين في الوقت الفعلي. حرر زر الماوس لتأكيد التعديلات وإنهائها.

4. أطلس CBF عبر المناطق الوظيفية الدماغية الرئيسية

ملاحظة: يؤدي تطبيع توزيعات احتمال CBF عبر مناطق وظيفية مختلفة إلى إنشاء أطلس CBF للمناطق الوظيفية الدماغية ، معبرا عن مستويات CBF عبر المناطق الوظيفية الدماغية للموضوع.

  1. قم باستدعاء الدالة CBF_Atlas لتحويل التوزيع المكاني CBF الموضح في الشكل 4 إلى أطلس CBF (كما هو موضح في الشكل 5).
    ملاحظة: في الشكل 5 ، يمثل المحور السيني مناطق وظيفية دماغية مختلفة ، ويمثل المحور ص مستويات مختلفة من CBF ؛ تشير الألوان المختلفة إلى مستويات احتمالية مختلفة (كلما كان اللون أكثر احمرارا ، زاد عدد voxels الموجودة).
  2. انقر فوق الزر تكبير / تصغير في أعلى يمين واجهة المستخدم الرسومية الموضحة في الشكل 5 لتغيير حجم الصور الجزئية.
    ملاحظة: يربط المنحنى الوارد في الشكل 5 متوسط CBF عبر المناطق.

5. اختلافات كبيرة في CBF_Atlas بين الأشخاص الأصحاء ومرضى CCI

ملاحظة: باستخدام نفس العملية الموضحة في الأقسام 1-4 ، يمكن الحصول على متوسط قيم CBF عبر مناطق وظيفية دماغية مختلفة لمرضى CCI.

  1. استخدم وظيفة CBF_Compare لإنشاء مخطط مقارن لمنحنى CBF من موضوع سليم مقابل مريض CCI (الشكل 6).
  2. لاحظ الاختلافات الكبيرة بين منحنى CBF للمريض (ملون باللون الأسود) والمنحنى الصحي (ملون باللون الأحمر) (الشكل 6). تحديد المناطق الوظيفية مع قطرات CBF أكثر وضوحا في المريض. دمج الخطوة 3.3 ، إعادة فحص المناطق التي كان أداء المريض فيها أسوأ مقارنة بالمناطق الأخرى.
    ملاحظة: تسمح الخطوة 3.3 بعرض مستويات CBF للمريض في مساحة ثلاثية الأبعاد ، مما يعني أنه يمكن للأطباء استخدام عرض واجهة المستخدم الرسومية ثلاثية المستويات الموضحة في الشكل 4 لفحص CBF في أي موضع للمريض. هنا ، تختلف درجة انخفاض CBF في مواقع مختلفة لمرضى CCI. يمكن للأطباء إعادة النظر في الشكل 4 للتركيز على مناطق الدماغ ذات الانخفاض الكبير في CBF.
  3. استخدم الرموز الموجودة في الزاوية اليمنى العليا من واجهة المستخدم الرسومية (الشكل 5) للوصول إلى وظائف مثل التصغير والتكبير والعودة إلى العرض العام ووضع علامة على إحداثيات البكسل المحدد.
    ملاحظة: باستخدام نفس المبدأ ، يمكن أيضا مقارنة نتائج ما قبل العلاج وما بعد العلاج من نفس المريض باستخدام النهج الوارد في الشكل 6 لتقييم الفعالية السريرية بمرور الوقت.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يستخدم هذا التحقيق بيانات المريض الفعلية التي تم الحصول عليها باستخدام ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي 1.5 T للتحقق من صحة القياس الكمي لتدفق الدم الدماغي (CBF) ومنهجية بناء الأطلس. تضمنت خطوات المعالجة المسبقة صورا هيكلية FLAIR (الشكل 1) ، وصور CBF (الشكل 2) ، وصورا منصهرة ثلاثية المستويات (الشكل 3 والشكل 4).

تم تقسيم المناطق الوظيفية الدماغية من فحوصات FLAIR باستخدام نموذج التعلم العميق المدرب مسبقا (الشكل 3). ثم تم تسجيل صور ASL-CBF لتتماشى مع مساحة FLAIR. أدى دمج تسميات المنطقة مع قيم CBF المقابلة إلى إنشاء مناظر ثلاثية المستويات تظهر توزيع CBF عبر مناطق مجزأة (الشكل 4).

قامت المعالجة الإضافية ببناء أطلس CBF للموضوع السليم (الشكل 5) ومريض CCI (الشكل 6). يشير المحور x إلى المناطق ، ويشير المحور y إلى مستويات CBF ، وتعكس كثافة اللون الاحتمال. يشير المنحنى إلى متوسط CBF الإقليمي. كشفت مقارنة أطالس CBF عن انخفاض كبير في CBF في جميع المناطق الوظيفية الدماغية في مريض CCI مقابل الشخص السليم.

وقد نجحت هذه التقنية في التمييز بين التوزيع العادي والتوزيع غير الطبيعي لمعامل الإثراء الكيميائي على مستويات الاستبانة العالمية والإقليمية. بناء 3D المناطق الوظيفية الدماغية أطالس CBF على أساس التصوير بالرنين المغناطيسي ASL يحمل إمكانات كبيرة للمساعدة في التشخيص من مختلف الفيزيولوجيا المرضية الدماغية.

figure-results-1
الشكل 1: واجهة مستخدم رسومية تفاعلية لعرض شريحة FLAIR. يوضح الشكل واجهة المستخدم الرسومية لعرض شرائح FLAIR. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-2
الشكل 2: واجهة مستخدم رسومية تفاعلية لعرض شريحة CBF. يوضح الشكل واجهة المستخدم الرسومية لعرض شرائح CBF. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-3
الشكل 3: تجزئة المناطق الوظيفية الدماغية بناء على تسلسل التصوير FLAIR. استخراج المناطق الوظيفية الدماغية والمناظر ثلاثية المستويات بناء على تسلسل FLAIR. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-4
الشكل 4: مناظر ثلاثية المستويات للتوزيع المكاني ل CBF عبر المناطق الوظيفية الدماغية. تظهر المناظر الثلاثية المستويات توزيع CBF عبر المناطق الدماغية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-5
الشكل 5: المناطق الوظيفية الدماغية أطلس CBF. أطلس CBF الذي تم إنشاؤه بواسطة التوزيع الاحتمالي لمستويات CBF الخاصة بكل منطقة. تعتمد هذه الدراسة تقسيما شائع الاستخدام ل 32 منطقة. تشمل هذه المناطق الخلفية ، المادة البيضاء الدماغية اليسرى ، القشرة الدماغية اليسرى ، البطين الجانبي الأيسر ، البطين الجانبي السفلي الأيسر ، المادة البيضاء للمخيخ الأيسر ، قشرة المخيخ الأيسر ، المهاد الأيسر ، المذنبة اليسرى ، البوتامين الأيسر ، الشاحب الأيسر ، البطين الثالث ، البطين الرابع ، جذع الدماغ ، الحصين الأيسر ، اللوزة اليسرى ، منطقة التسارع اليسرى ، العاصمة البطنية اليسرى ، المادة البيضاء الدماغية اليمنى ، القشرة الدماغية اليمنى ، البطين الجانبي الأيمن ، البطين الجانبي السفلي الأيمن ، المخيخ الأيمن المادة البيضاء ، قشرة المخيخ الأيمن ، المهاد الأيمن ، المذنبة اليمنى ، البوتامين الأيمن ، الشاحب الأيمن ، الحصين الأيمن ، اللوزة اليمنى ، منطقة الالتقاء اليمنى ، والتيار البطني الأيمن. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-6
الشكل 6: مقارنة بين المناطق الوظيفية الدماغية أطلس CBF. تكشف المقارنة عن انخفاض كبير في CBF عبر المناطق الوظيفية الدماغية في مريض CCI مقابل موضوع سليم. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وتشكل الخطوات الرئيسية (القسمان 3 و4) الأساس لبناء أطلس إطار بناء القدرات المركزي، والقياس الكمي لتوزيع إطار بناء القدرات عبر المناطق الوظيفية الدماغية. تحدد الخطوة 4.2 صراحة مستويات CBF لكل منطقة دماغية ، رائدة في تقنية جديدة. هذا لا يوفر للأطباء فقط رؤية عالمية ل CBF المريض ولكن أيضا القياسات الكمية للمناطق الوظيفية الفردية. توضح الخطوة 5.1 أن أطلس CBF يحمل فائدة تشخيصية سريرية كبيرة تميز CCI عن الضوابط الصحية.

يمكن للعديد من التحسينات التقنية تعزيز هذا البروتوكول الواعد ، وذلك أساسا من خلال استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي ASL. هناك حاجة إلى التوحيد فيما يتعلق بدقة المسح الضوئي ، وتطبيع CBF ، ومزامنة الصور الهيكلية و CBF. بالإضافة إلى ذلك ، فإن بناء أطلس CBF صحي متعدد الموضوعات كخط أساس تشخيصي عبر مجموعات موسعة يستدعي إجراء مزيد من التحقيقات. كما يمثل تراكم أنماط أطلس CBF عبر الفيزيولوجيات المرضية الدماغية المتنوعة من خلال التعاون السريري عملا مستقبليا مهما.

القيد الحالي هو CBF ، على الرغم من أنه لا يقدر بثمن ، إلا أنه ليس المؤشر الحيوي الوحيد لحالات الدماغ18,19. يمكن أن يؤدي دمج العلامات السريرية الحيوية الأخرى مثل بروتين تاو المفسفر (p-tau) في السائل النخاعي ، وتخطيط كهربية الدماغ (EEG) ، ومعدلات الأيض الدماغية (على سبيل المثال ، معدل أيض الجلوكوز) إلى زيادة التشخيص.

يتطلب الحساب الدقيق لتوزيع CBF لكل منطقة دماغية وظيفية وتقديمه في شكل أطلس محاذاة التصوير الهيكلي الوظيفي للدماغ مع تسلسلات CBF في الفضاء ثلاثي الأبعاد وحساب توزيع CBF لكل منطقة. يمثل هذا الجهد الابتكار الرئيسي لدراستنا. يسمح أطلس CBF الناتج ، مع المحور x الذي يمثل المناطق الوظيفية للدماغ والمحور y الذي يوضح توزيع CBF لكل منطقة ، بمقارنة نتائج ما قبل وبعد العلاج في المرضى ويتيح إجراء مقارنات كمية بين المجموعات الصحية والمريضة20. وهذا يجعل تقييم إطار بناء القدرات أكثر دقة (مما يتيح إجراء مقارنة دقيقة لتوزيع إطار بناء القدرات عبر المناطق) بدلا من الاعتماد على الحكم التجريبي21.

علاوة على ذلك ، فإن إمكانات أطالس CBF الطولية لمراقبة فعالية العلاج وتتبع تطور الحالات العصبية بمرور الوقت توفر وسيلة واعدة للطب الشخصي. من خلال إنشاء خط أساس لتوزيع CBF داخل المناطق الوظيفية الدماغية الصحية ، يمكن للأطباء قياس تأثير التدخلات العلاجية بدقة أكبر واتخاذ قرارات مستنيرة بشأن رعاية المرضى.

في الختام ، يعد تطوير أطلس CBF باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي ASL خطوة واعدة نحو تحسين المشهد التشخيصي والعلاجي للحالات الدماغية. هذه التقنية لديها القدرة على المساهمة في فهم أكثر شمولا لديناميكيات تدفق الدم الدماغي وقد تدعم تطوير مناهج الطب الدقيق التي تهدف إلى تصميم التدخلات بناء على أنماط التروية الدماغية للمريض الفردي. تشمل الاتجاهات المستقبلية لهذا البحث تحسين المنهجية وتوحيد البروتوكولات وتوسيع عمليات التحقق السريري لتحقيق إمكانات أطالس CBF بشكل كامل في علم الأعصاب وما بعده.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أداة البرمجيات CBF أطلس V1.0 هو نتاج بكين ذكي الانتروبيا العلوم والتكنولوجيا المحدودة تنتمي حقوق الملكية الفكرية لأداة البرنامج هذه إلى الشركة. ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإعلان عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تلقت هذه الدراسة دعما كبيرا ومساعدة في النمذجة من قسم البحث والتطوير في شركة بكين للانتروبيا الذكية للعلوم والتكنولوجيا المحدودة ، بكين ، الصين.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
CBF أطلسالانتروبيا الذكيةCBF Atlas V1.0بكين علم الانتروبيا الذكي & شركة التكنولوجيا المحدودة
النمذجة لأمراض الغدة الدرقية
MATLABMathWorks2023Bالحوسبة والتصور
جهاز التصوير بالرنين المغناطيسيSiemensAmria 1.5 Tماسح التصوير بالرنين المغناطيسي

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Rodriguez, G., et al. Regional cerebral blood flow in chronic stroke patients. Stroke. 24 (1), 94-99 (1993).
  2. Kwok, C. H. R., et al. Cognition and cerebral blood flow after extracranial carotid revascularization for carotid atherosclerosis: A systematic review. Clin Ther. 45 (11), 1069-1076 (2023).
  3. Togao, O., et al. Arterial spin labeling-based MR angiography for cerebrovascular diseases: Principles and clinical applications. J Magn Reson Imaging. , (2023).
  4. Haidar, H., Majzoub, R. E., Hajeer, S., Abbas, L. A. Arterial spin labeling (ASL-MRI) versus fluorodeoxyglucose-PET (FDG-PET) in diagnosing dementia: a systematic review and meta-analysis. BMC Neurol. 23 (1), 385(2023).
  5. Xu, Y., Tan, G., Chen, D., Liu, J., Zhou, Z., Liu, L. Arterial spin labeling perfusion MRI applications in drug-resistant epilepsy and epileptic emergency. Acta Epileptol. 5, 23(2023).
  6. Xie, H., et al. Abnormalities of cerebral blood flow and the regional brain function in Parkinson's disease: a systematic review and multimodal neuroimaging meta-analysis. Front Neurol. 14, 1289934(2023).
  7. Tenberg, A., et al. Dysautonomia and activity in the early stroke recovery period. Neurol Sci. 45 (6), 2505-2521 (2024).
  8. Joshi, D., Prasad, S., Saini, J., Ingalhalikar, M. Role of arterial spin labeling (ASL) images in Parkinson's disease (PD): A systematic review. Acad Radiol. 30 (8), 1695-1708 (2023).
  9. Mohamed, A. Z., Kwiatek, R., Fante, P. D., Calhoun, V. D., Lagopoulos, J., Shan, Z. Y. Functional MRI of the brainstem for assessing its autonomic functions: From imaging parameters and analysis to functional atlas. J Magn Reson Imaging. , (2024).
  10. Vanherle, L., Matuskova, H., Don-Doncow, N., Uhl, F. E., Meissner, A. Improving cerebrovascular function to increase neuronal recovery in neurodegeneration associated to cardiovascular disease. Front Cell Dev Biol. 8, 53(2020).
  11. Fujimura, M., Tominaga, T. Significance of cerebral blood flow analysis in the acute stage after revascularization surgery for Moyamoya disease. Neurol Med Chir (Tokyo). 55 (10), 775-781 (2015).
  12. Østergaard, L., et al. The role of the microcirculation in delayed cerebral ischemia and chronic degenerative changes after subarachnoid hemorrhage. J Cereb Blood Flow Metab. 33 (12), 1825-1837 (2013).
  13. Mankoo, A., et al. The role of the autonomic nervous system in cerebral blood flow regulation in stroke: A review. Auton Neurosci. 246, 103082(2023).
  14. Yang, X., Qiang, Q., Li, N., Feng, P., Wei, W., Hölscher, C. Neuroprotective mechanisms of glucagon-like peptide-1-based therapies in ischemic stroke: An update based on preclinical research. Front Neurol. 13, 844697(2022).
  15. Ho, M. -L. Arterial spin labeling: Clinical applications. J Neuroradiol. 45 (5), 276-289 (2018).
  16. Sforza, M., Bianchini, E., Alivernini, D., Salvetti, M., Pontieri, F. E., Sette, G. The impact of cerebral vasomotor reactivity on cerebrovascular diseases and cognitive impairment. J Neural Transm (Vienna). 129 (11), 1321-1330 (2022).
  17. Elhadad, A., Jamjoom, M., Abulkasim, H. Reduction of NIFTI files storage and compression to facilitate telemedicine services based on quantization hiding of downsampling approach. Sci Rep. 14 (1), 5168(2024).
  18. Gonzalez-Ortiz, F., Kac, P. R., Brum, W. S., Zetterberg, H., Blennow, K., Karikari, T. K. Plasma phospho-tau in Alzheimer's disease: towards diagnostic and therapeutic trial applications. Mol Neurodegener. 18 (1), 18(2023).
  19. Magliozzi, R., et al. CSF parvalbumin levels reflect interneuron loss linked with cortical pathology in multiple sclerosis. Ann Clin Transl Neurol. 8 (5), 534-547 (2021).
  20. Kawano, H., et al. Aging and sex differences in brain volume and cerebral blood flow. Aging Dis. , (2023).
  21. Jia, R., Solé-Guardia, G., Kiliaan, A. J. Blood-brain barrier pathology in cerebral small vessel disease. Neural Regen Res. 19 (6), 1233-1240 (2023).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Cerebral Blood FlowArterial Spin LabelingFunctional Brain RegionsCBF AtlasMagnetic Resonance ImagingChronic Cerebral IschemiaRegion Specific CBFBrain DisordersNoninvasive ImagingLongitudinal CBF Atlas

Related Articles