本研究整合了磁共振成像—动脉自旋标记图像，以构建脑功能区的脑血流量（CBF）图谱。通过比较典型健康状态与慢性脑缺血状态下的CBF图谱，发现区域CBF分布存在显著差异，从而实现对功能性CBF的快速、无创评估，有助于疾病诊断及治疗效果的评价。
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摘要
摘要
脑部疾病通常需要精确的诊断与监测，因而需要先进的影像学技术。现有的成像手段可能无法充分检测到可逆性组织损伤的早期征象，凸显了开发新型诊断工具的必要性，这类工具需能够以高特异性和高敏感性量化脑血流量（CBF）的变化。 本研究将三维动脉自旋标记（3D-ASL）与结构磁共振成像（MRI）相结合，构建覆盖大脑所有主要功能区域的综合性CBF图谱。这种创新的磁共振成像-动脉自旋标记（MRI-ASL）方法可快速、无创地量化特定脑区的CBF，提供不同功能区域CBF水平的详细视图。通过对慢性脑缺血（CCI）患者与健康受试者的比较，发现CCI患者在所构建的CBF图谱中，其大脑各功能区域的CBF显著降低。该方法不仅可通过分析关键区域CBF相对于健康分布的同步下降，有效识别CCI，还可通过纵向CBF图谱追踪治疗反应和康复进展。利用MRI-ASL技术开发的CBF图谱代表了脑部诊断与患者护理领域的一项新进展。通过将区域CBF水平与正常参考标准进行比较，该方法增强了诊断能力，使临床医生能够为患有脑部疾病的患者提供个体化诊疗方案。
引言
在神经影像学领域，寻找精确且无创的工具以评估脑功能和病理状态始终至关重要。其中，脑血流量（CBF）是一个关键指标，能够反映脑组织的代谢需求和健康状况1。传统方法通常依赖经验性评估，高度依赖临床医生的专业知识来解读影像并识别病理变化2。然而，磁共振成像（MRI）技术的进步，特别是动脉自旋标记（ASL）技术3，为更准确、更客观地量化CBF提供了有前景的途径4,5。
本研究提出了一种开创性方法，将三维动脉自旋标记（3D-ASL）与结构磁共振成像（MRI）相结合，构建覆盖大脑功能区域的全面脑血流量（CBF）图谱6。通过采用这一新方法，临床医生不仅能够获得CBF的整体视图，还能深入分析特定功能区域，从而更细致地理解脑灌注模式7,8。这种分辨率的提升直接源于成像设备的技术进步，而非插值体素的使用。值得注意的是，目前市场上大多数主流MRI设备通常可提供优于1.5 mm的成像精度9。成像技术的这些进步为更详细、更准确的CBF....
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方案
本研究获得了中国北京东直门医院伦理审查委员会的批准。采用基于涡轮梯度自旋回波（TGSE）序列的脉冲式动脉自旋标记（PASL）技术，在磁共振成像（MRI）扫描仪上进行三维动脉自旋标记（3D-ASL）扫描，扫描参数如下：重复时间（TR）4000 ms，回波时间（TE）25 ms，标记持续时间700 ms，反转时间1990 ms。本研究中使用的所有软件工具均列于材料表中。
1. 数据收集与准备
注意：参数的变化不受研究方法的影响。DICOM 和 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常规输出格式。然而，由于计算上的便利性，NIFTI 格式在科研活动中更常被采用。将 DICOM 转换为 NIFTI 是一种简单且常见的做法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 CBF 图像融合。本研究中使用的 CBF Atlas 工具（材料表）为商业软件。
- 将数据复制到指定的工作目录。
- 将所有 NIFTI 数据复制到自定义的工作目录中....
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结果
本研究利用采用1.5 T磁共振成像（MRI）扫描仪获取的真实患者数据，以验证脑血流（CBF）定量及图谱构建方法。预处理步骤包括FLAIR结构像（图1）、CBF图像（图2）以及三平面融合图像（图3和图4）。
使用预训练的深度学习模型从FLAIR扫描图像中分割出脑功能区域（图3）。随后将ASL-CBF图像配准至FLAIR空间。将区域标签与相应的CBF值融合后，生成了显示各分割区域CBF分布的三平面视图（图4）。
进一步处理构建了健康受试者（图5）和慢性脑灌注不足（CCI）患者（.......
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讨论
关键步骤（第3和第4节）构成了构建脑血流（CBF）图谱的基础，用于量化大脑功能区域间的CBF分布。第4.2步明确界定了每个脑区的CBF水平，开创了一种新技术。这不仅为临床医生提供了患者CBF的全局视图，还可对各个功能区域进行定量测量。第5.1步 表明，CBF图谱在区分慢性脑灌注不足（CCI）患者与健康对照组方面具有重要的临床诊断价值。
多项技术改进有望进一步提升该方案的性能，主要途径是利用MRI-ASL成像技术。目前需要在扫描精度、CBF标准化以及结构图像与CBF图像的同步方面实现标准化。此外，通过扩大受试者队列构建多受试者的健康CBF图谱作为诊断基线，仍有待进一步研究。通过临床合作积累多种脑部病理生理状态下的CBF图谱模式，也是重要的未来研究方向。
目前的一个局限性是，尽管脑血流（CBF）极为重要，但它并非脑部疾病的唯一生物标志物18,19。 结合其他重要的临床标志物，如脑脊液中的磷酸化t.......
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披露
软件工具CBF Atlas V1.0是北京智熵科技有限公司的产品。该软件工具的知识产权归该公司所有。作者声明无利益冲突。
致谢
本研究得到了R的大力支持和建模协助&北京智能熵科学#38;D部门 &北京，中国，科技有限公司
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| CBF 图谱 | 北京智熵科技有限公司 | CBF 图谱 V1.0 | Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd. 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 |
参考文献
- Rodriguez, G., et al. Regional cerebral blood flow in chronic stroke patients. Stroke. 24 (1), 94-99 (1993).
- Kwok, C. H. R., et al. Cognition and cerebral blood flow after extracranial carotid revascularization for carotid a....
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重印与许可
