构建脑血流图谱用于血流映射

摘要

来源： Tan, Z., et al., 基于脑功能区的脑血流图谱构建与应用——采用磁共振成像-动脉自旋标记技术。 J. Vis. Exp. (2024)。

本视频演示了通过整合磁共振成像（MRI）动脉自旋标记数据与分割后的脑区，构建脑血流图谱的方法，以可视化不同功能区域的血流模式，并对血流量进行定量分析。

方案

1. 数据收集与准备

注意：参数的变异性不受研究方法的影响。数字医学成像与通信（DICOM）和神经影像信息学技术倡议（NIFTI）格式均用于存储数字医学影像数据，其中DICOM通常是临床成像设备的标准输出格式。然而，在科研工作中，NIFTI格式因计算上的便利性而更常被采用。从DICOM转换为NIFTI是一种简单且常见的做法。本研究中获取了真实的DICOM数据，并将其转换为NIFTI格式。数据使用1.5特斯拉磁共振成像（MRI）扫描仪采集。在本研究的跨图像配准过程中，主要使用液体衰减反转恢复（FLAIR）序列，并将其与脑血流（CBF）图像融合。本研究中使用的CBF图谱工具（材料表）为商业软件。

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中。
      注意： 工作目录在操作系统和矩阵实验室（MATLAB）中保持一致。本研究遵循右前上（RAS）方向标准。
   2. 转到 MATLAB 当前工作目录中存放数据的文件夹，使用 niftiread 函数将 FLAIR 数据加载到工作区。使用 size 函数检查 FLAIR 序列的维度。调用 Flair_Slice 命令查看 FLAIR 序列（如图所示） 图1）。使用具体命令如下：
      FLAIR_XLF = niftiread('FLAIR_XFL.nii');
      大小(FLAIR_XLF)
      ​Flair_Slice（FLAIR_XLF）；
   3. 参见 图1 有关FLAIR序列交互式图形用户界面（GUI）的图像，请使用底部滚动条快速浏览不同序列。
2. 快速检查 CBF 的图像。
   1. 使用 niftiread 函数将 CBF 数据加载到工作区中。使用 size 函数检查 CBF 序列的维度。调用 CBF_Slice 查看CBF序列的命令（如图所示） 图2）。使用具体命令如下：
      CBF_XLF = niftiread('CBF_XFL.nii');
      size(CBF_XLF)
      CBF_切片(CBF_XLF)
   2. 参考 图2 用于查看CBF序列的交互式图形用户界面截图。使用底部滚动条可快速浏览不同序列。
      注意： 在 图2脑血流量（CBF）的正常值范围通常为0-120 mL/100 g/min。 图2 使用颜色图谱以不同颜色表示不同的脑血流（CBF）水平。

2. 基于FLAIR序列的脑功能区分割

注意： FLAIR序列既可用于结构成像，又具有优异的病理诊断能力。因此，将FLAIR与CBF进行融合在临床上具有重要的诊断价值。本研究从FLAIR序列中分割出主要的大脑功能区域。

1. 在工作区中调用 FLAIR_Segment 函数，并运行基于预训练 3D U-Net 的图像分割程序，以自动生成大脑功能区域分割的三平面视图，如 图 3 所示。图 3 中每种颜色代表一个不同的功能区域。
2. 为实时查看不同大脑功能区域，使用十字准线交互功能（图 3）。点击并拖动十字准线中心，可对重建的大脑解剖结构进行任意三维检查。
   注意： 图 3 中的图形用户界面还支持调节三平面视图的灰度强度范围、对比度和亮度。
3. 按住鼠标左键并在图像任意区域拖动，以实时调节亮度和对比度；松开鼠标按钮以确认并完成调整。

3. 脑功能区脑血流（CBF）分布的三平面视图

注意： 分析不同脑功能区域间的脑血流（CBF）分布情况，有助于对患者病情作出精确的临床判断。基于图3所示的功能区域框架，结合CBF序列提供的精确CBF数值，并以三平面视图呈现，可实现医生对影像的全面评估。

1. 调用 CBF_triplanar 生成如图所示的三平面 GUI 视图的功能 图4，显示功能区域间的 CBF 空间分布。移动十字光标以检查感兴趣区域内的 CBF 分布。
2. 单击图形用户界面右上角的“数据提示”按钮，可显示任意位置的脑血流（CBF）值。
3. 按住鼠标左键并在图像任意区域拖动，可实时调整亮度和对比度。松开鼠标按钮以确认并完成调整。

4. 主要脑功能区的脑血流图谱

注意：对不同功能区域的脑血流（CBF）概率分布进行归一化处理，可生成脑功能区域CBF图谱，用以表达受试者脑部各功能区域的CBF水平。

1. 调用 CBF_Atlas 函数，将 图 4 中显示的 CBF 空间分布转换为 CBF 图谱（如 图 5 所示）。
   注： 在 图 5 中，x 轴表示不同的脑功能区域，y 轴表示不同的 CBF 水平；不同颜色表示不同的概率水平（颜色越红，表示体素越多）。
2. 如需缩放局部图像，请点击 图 5 所示图形用户界面右上角的“放大/缩小”按钮。
   注： 图 5 中的曲线连接了各区域的平均 CBF 值。

结果

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
CBF图谱	智能熵	CBF 图谱 V1.0	北京智熵科技 & 技术有限公司 甲状腺疾病建模
MATLAB	MathWorks	2023B	计算与可视化
MRI设备	西门子	Amria 1.5 T	MRI 扫描仪