黑质神经黑色素敏感磁共振成像的标准化数据采集

摘要

本方案展示了如何获取黑质的神经黑色素敏感磁共振成像数据。

摘要

多巴胺能系统在正常认知功能（例如奖赏学习和不确定性处理）以及神经精神疾病（例如帕金森病和精神分裂症）中起着关键作用。神经黑色素是多巴胺合成过程中产生的一种副产物，会在黑质中的多巴胺能神经元内积聚。神经黑色素敏感磁共振成像（NM-MRI）是一种无创性测量这些多巴胺能神经元中神经黑色素的方法，可直接反映黑质中多巴胺能细胞的丢失情况，并间接评估多巴胺功能。尽管研究表明NM-MRI在研究多种神经精神疾病方面具有应用价值，但其在头-足方向上的成像视野有限，可能导致部分黑质区域意外被排除在成像范围之外，从而造成数据丢失。此外，目前该领域尚缺乏标准化的NM-MRI数据采集方案，而这一标准化步骤对于推动大规模多中心研究以及临床转化至关重要。本方案详细描述了一种逐步实施的NM-MRI容积定位操作流程以及在线质量控制检查方法，以确保获得覆盖整个黑质的高质量成像数据。

引言

神经黑色素（NM）是一种存在于黑质（SN）多巴胺能神经元和蓝斑（LC）去甲肾上腺素能神经元中的深色色素^1,2。NM 由细胞质中多巴胺和去甲肾上腺素的铁依赖性氧化合成，并储存在胞体的自噬空泡中³。它在人类中最早出现于约 2–3 岁，并随年龄增长而逐渐积累^1,4,5。

在黑质（SN）和蓝斑（LC）神经元含有神经黑色素（NM）的囊泡内，NM与铁形成复合物。这些NM-铁复合物具有顺磁性，因此可利用磁共振成像（MRI）对NM进行无创可视化^6,7。能够可视化NM的MRI扫描被称为对NM敏感的MRI（NM-MRI），其通过直接或间接的磁化转移效应，实现高浓度NM区域（如黑质）与周围白质之间的影像对比^8,9。

磁化转移对比度源于大分子结合水中的质子（这些质子....

方案

注意：本方案所依据的研究工作均遵循纽约州精神病研究所机构审查委员会（IRB #7655）的指导方针进行。一名受试者接受了扫描以录制本方案视频，并已获得其书面知情同意。有关本方案所用磁共振成像仪的详细信息，请参见材料表。

1. MRI 采集参数

1. 使用三维磁化准备快速梯度回波（MPRAGE）序列准备采集高分辨率T1加权（T1w）图像，参数如下：空间分辨率 = 0.8 × 0.8 × 0.8 mm³；视野（FOV）= 176 × 240 × 240 mm³；回波时间（TE）= 3.43 ms；重复时间（TR）= 2462 ms；反转时间（TI）= 1060 ms；翻转角 = 8°；平面内并行成像因子（ARC）= 2；层面间并行成像因子（ARC）= 2³³；带宽 = 208 Hz/像素；总采集时间 = 6 分 39 秒。
2. 使用二维梯度回波序列结合磁化转移对比（2D GRE-MTC）准备采集黑质成像（NM-MRI）图像，参数如下：分辨率 = 0.43 × 0.43 mm²；视野（FOV）= 220 × 220 mm²；层厚 = 1.5 mm；20 层；层间间隙 = 0 mm；TE = 4.8 ms；TR = 500 ms；翻转角 = 40°；带宽 = 122 Hz/像素；磁化....

结果

图4展示了来自一名28岁女性受试者的代表性结果，该受试者无任何精神或神经系统疾病。通过遵循图1中所述方案的步骤2，NM-MRI方案确保了黑质（SN）的完全覆盖；通过遵循该方案的步骤3，获得了质量满意的NM-MRI图像。图像中黑质与邻近含极少神经黑色素（NM）的白质区域（即大脑脚）之间呈现出优异的对比度。这些图像在采集后立即进行检查，以确认黑质覆盖是否充分，并排查伪影。由于黑质实现了完整覆盖且无任何伪影，扫描通过了质量检查，无需重复扫描。

图4

讨论

多巴胺能系统在健康认知功能及神经精神疾病中发挥着关键作用。开发可重复用于研究多巴胺能系统的非侵入性方法 体内 对于具有临床意义的生物标志物的开发至关重要。本文所述方案提供了获取黑质区优质神经黑色素磁共振成像（NM-MRI）图像的分步操作指南，包括NM-MRI扫描范围的定位以及确保数据可用的质量控制检查。

尽管已有其他文献详细讨论了黑质磁共振成像（NM-MRI）数据的分析方案，为保持完整性，我们仍简要总结了先前的研究工作，并提出了对NM-MRI图像进行预处理及体素水平分析的建议。该方法此前已与本文所述的采集方案结合进行了验证。以往研究更详细地探讨了该方法的优势，并提供了支持其可重复性的数据^6,12,32。但需注意的是，本文所述的标准化采集方案适用于任何图像处理与分析策略（包括在原始空间或MNI空间中进行基于感兴趣区的分析^8,.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
3T 磁共振成像	通用电气		GE SIGNA Premier 配备 48 通道头部线圈