Name: Konstruktion und Anwendung eines zerebralen funktionellen regionenbasierten zerebralen Blutflussatlas unter Verwendung von Magnetresonanztomographie-Arterienspinmarkierung (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-05-31T14:35:00.000+00:00
Duration: 5 min 23 s
Description: Erfahren Sie die Erstellung eines zerebralen Blutflussatlas mit Magnetresonanztomographie-Arterienspinmarkierung. Diese nicht-invasive Methode ermöglicht die Analyse funktioneller Hirnregionen bei gesunden und ischämischen Patienten.

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Diese Studie erhielt erhebliche Unterstützung und Modellierungshilfe von der Forschungs- und Entwicklungsabteilung der Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd., Peking, China.

Diese Studie wurde vom Institutional Review Board des Beijing Dongzhimen Hospital, Peking, China, genehmigt. Es wurde ein MRT-Scanner mit gepulster ASL (PASL)-Sequenz auf Basis des Turbogradienten-Spin-Echos (TGSE) für die arterielle Spinmarkierung in 3D (3D-ASL) mit folgenden Parametern verwendet: TR 4000 ms, TE 25 ms, Bolusdauer 700 ms, Inversionszeit 1990 ms. Die in dieser Studie verwendeten Softwaretools sind in der Materialtabelle aufgeführt.
1. Datenerhebung und -aufbereitung
HINWEIS: Die Varianz der Parameter bleibt durch den Forschungsansatz unberührt. Sowohl das DICOM- als auch das NIFTI-Format werden zum Speichern digitaler medizinischer Bildgebungsdaten verwendet, wobei DICOM die übliche Ausgabe von klinischen Bildgebungsgeräten ist. Das NIFTI-Format wird jedoch häufig bevorzugt, um die Rechenleistung bei Forschungsaktivitäten zu erleichtern. Die Umstellung von DICOM auf NIFTI ist eine unkomplizierte und gängige Praxis17. In dieser Studie wurden authentische DICOM-Daten erfasst und in das NIFTI-Format konvertiert. Die Daten wurden mit einem 1,5-Tesla-MRT-Scanner erfasst. Im Cross-Image-Registrierungsprozess dieser Studie wurde hauptsächlich die fluid-attenuated inversion recovery (FLAIR) Sequenz verwendet und mit CBF-Bildern fusioniert. Das in dieser Studie verwendete CBF-Atlas-Tool (Table of Materials) ist eine kommerzielle Software.
<ol><li>Kopieren Sie die Daten in das angegebene Arbeitsverzeichnis.<ol><li>Kopieren Sie alle NIFTI-Daten in ein benutzerdefiniertes Arbeitsverzeichnis. HINWEIS: Das Arbeitsverzeichnis ist im Betriebssystem und in MATLAB identisch. Die Forschung folgt dem Orientierungsstandard des rechten anterioren oberen (RAS).</li>
		<li>Wechseln Sie zu dem Verzeichnis, in dem sich die Daten im aktuellen Arbeitsverzeichnis von MATLAB befinden, und verwenden Sie die Funktion niftiread , um FLAIR-Daten in den Arbeitsbereich zu laden. Verwenden Sie die Größenfunktion, um die Abmessungen der FLAIR-Sequenz zu überprüfen. Rufen Sie den Befehl Flair_Slice auf, um die FLARE-Sequenz anzuzeigen (siehe Abbildung 1). Verwenden Sie die spezifischen Befehle wie folgt: FLAIR_XLF = niftiread('FLAIR_XFL.nii'); Größe(FLAIR_XLF) Flair_Slice(FLAIR_XLF);</li>
		<li>In Abbildung 1 finden Sie ein Bild der interaktiven grafischen Benutzeroberfläche (GUI) für die FLAIR-Sequenz. Verwenden Sie die untere Bildlaufleiste, um schnell durch die verschiedenen Sequenzen zu blättern.</li>
	</ol></li>
	<li>Überprüfen Sie schnell Bilder von CBF.<ol><li>Verwenden Sie die niftiread-Funktion , um CBF-Daten in den Arbeitsbereich zu laden. Verwenden Sie die Größenfunktion, um die Abmessungen der CBF-Sequenz zu überprüfen. Rufen Sie den Befehl CBF_Slice auf, um die CBF-Sequenz anzuzeigen (siehe Abbildung 2). Verwenden Sie die spezifischen Befehle wie folgt: CBF_XLF = niftiread('CBF_XFL.nii'); Größe(CBF_XLF) CBF_Slice(CBF_XLF);</li>
		<li>In Abbildung 2 finden Sie einen interaktiven GUI-Screenshot der CBF-Sequenz. Verwenden Sie die untere Bildlaufleiste, um schnell durch die verschiedenen Sequenzen zu blättern. HINWEIS: In Abbildung 2 liegt der CBF-Wertebereich in der Regel zwischen 0 und 120 ml/100 g/min. In Abbildung 2 wird eine Farbkarte verwendet, um verschiedene CBF-Werte in verschiedenen Farben darzustellen.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Segmentierung zerebraler funktioneller Regionen aus der FLAIR-Sequenz
HINWEIS: Die FLAIR-Sequenz dient sowohl als strukturelle Bildgebung als auch als hervorragende pathologische Diagnosefähigkeit. Daher hat die Verschmelzung von FLAIR mit CBF einen wichtigen diagnostischen Wert in Kliniken. In dieser Studie werden wichtige zerebrale Funktionsregionen aus der FLAIR-Sequenz segmentiert.
<ol><li>Rufen Sie im Arbeitsbereich die Funktion FLAIR_Segment auf, und führen Sie das vortrainierte 3D-U-Net-basierte Bildsegmentierungsprogramm aus, um automatisch triplanare Ansichten der Segmentierung zerebraler Funktionsbereiche zu generieren, wie in Abbildung 3 dargestellt. Jede Farbe in Abbildung 3 stellt einen eindeutigen Funktionsbereich dar.</li>
	<li>Für die Echtzeit-Inspektion verschiedener zerebraler Funktionsregionen verwenden Sie das Fadenkreuz-Zusammenspiel (Abbildung 3). Klicken und ziehen Sie die Mitte des Fadenkreuzes, um eine beliebige 3D-Untersuchung der rekonstruierten Gehirnanatomie zu erhalten. HINWEIS: Die grafische Benutzeroberfläche in Abbildung 3 ermöglicht auch die Anpassung des Graustufenintensitätsbereichs, des Kontrasts und der Helligkeit der triplanaren Ansichten.</li>
	<li>Drücken Sie die linke Maustaste und ziehen Sie sie über einen beliebigen Bereich der Bilder, um die Helligkeit und den Kontrast in Echtzeit zu ändern. Lassen Sie die Maustaste los, um die Einstellungen zu bestätigen und abzuschließen.</li>
</ol>3. Triplanare Ansichten der CBF-Verteilung in zerebralen Funktionsregionen
HINWEIS: Die Untersuchung der CBF-Verteilung über verschiedene zerebrale Funktionsregionen erleichtert eine präzise klinische Beurteilung des Patientenzustands. Unter dem Rahmen der funktionellen Regionen aus Abbildung 3 ermöglicht die Einbeziehung der exakten CBF-Werte aus der CBF-Sequenz und deren Darstellung in triplanaren Ansichten eine umfassende ärztliche Inspektion.
<ol><li>Rufen Sie die Funktion CBF_triplanar auf, um die in Abbildung 4 gezeigte triplanare GUI-Ansicht zu generieren, in der die räumliche CBF-Verteilung über Funktionsbereiche hinweg angezeigt wird. Verschieben Sie das Fadenkreuz, um die Untersuchung der CBF-Verteilung in den interessierenden Bereichen zu ermöglichen.</li>
	<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche Datentipps in der oberen rechten Ecke der GUI, um die CBF-Werte an einer beliebigen Position anzuzeigen.</li>
	<li>Drücken Sie die linke Maustaste und ziehen Sie sie über einen beliebigen Bereich der Bilder, um die Helligkeit und den Kontrast in Echtzeit zu ändern. Lassen Sie die Maustaste los, um die Einstellungen zu bestätigen und abzuschließen.</li>
</ol>4. CBF-Atlas über die wichtigsten zerebralen Funktionsregionen
HINWEIS: Die Normalisierung der CBF-Wahrscheinlichkeitsverteilungen über verschiedene funktionelle Regionen hinweg erzeugt den CBF-Atlas für zerebrale funktionelle Regionen, der die CBF-Spiegel in den zerebralen Funktionsregionen des Probanden ausdrückt.
<ol><li>Rufen Sie die Funktion CBF_Atlas auf, um die in Abbildung 4 gezeigte räumliche CBF-Verteilung in einen CBF-Atlas zu konvertieren (siehe Abbildung 5). HINWEIS: In Abbildung 5 stellt die x-Achse verschiedene zerebrale Funktionsbereiche dar, und die y-Achse stellt verschiedene CBF-Niveaus dar. Die verschiedenen Farben bezeichnen unterschiedliche Wahrscheinlichkeitsstufen (je röter die Farbe, desto mehr Voxel sind vorhanden).</li>
	<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche Vergrößern/Verkleinern oben rechts in der in Abbildung 5 gezeigten GUI, um Teilbilder zu skalieren. HINWEIS: Die Kurve in Abbildung 5 verbindet den durchschnittlichen CBF über Regionen hinweg.</li>
</ol>5. Signifikante Unterschiede in der CBF_Atlas zwischen gesunden Probanden und CCI-Patienten
HINWEIS: Mit dem gleichen Verfahren, das in den Abschnitten 1-4 beschrieben ist, können die durchschnittlichen CBF-Werte in verschiedenen zerebralen Funktionsbereichen für CCI-Patienten ermittelt werden.
<ol><li>Verwenden Sie die Funktion CBF_Compare, um ein Vergleichsdiagramm der CBF-Kurve von einem gesunden Probanden mit einem CCI-Patienten zu erstellen (Abbildung 6).</li>
	<li>Beobachten Sie die signifikanten Unterschiede zwischen der CBF-Kurve des Patienten (schwarz eingefärbt) und der gesunden Kurve (rot eingefärbt) (Abbildung 6). Identifizieren Sie die funktionellen Regionen mit ausgeprägteren CBF-Tropfen beim Patienten. Integrieren Sie Schritt 3.3 und untersuchen Sie erneut die Regionen, in denen der Patient im Vergleich zu den anderen Regionen schlechter abschnitt. HINWEIS: Schritt 3.3 ermöglicht die Anzeige der CBF-Werte des Patienten im dreidimensionalen Raum, was bedeutet, dass Ärzte die in Abbildung 4 gezeigte triplanare GUI-Ansicht verwenden können, um die CBF in jeder Position des Patienten zu untersuchen. Hier variiert der Grad des CBF-Rückgangs bei CCI-Patienten an verschiedenen Stellen. Ärzte können Abbildung 4 erneut betrachten, um sich auf Gehirnregionen mit signifikantem CBF-Rückgang zu konzentrieren.</li>
	<li>Verwenden Sie die Symbole in der oberen rechten Ecke der GUI (Abbildung 5), um auf Funktionen wie Verkleinern, Vergrößern, Zurückkehren zur globalen Ansicht und Markieren der Koordinaten des ausgewählten Pixels zuzugreifen. HINWEIS: Nach dem gleichen Prinzip können auch die Ergebnisse vor und nach der Behandlung desselben Patienten mit dem in Abbildung 6 dargestellten Ansatz verglichen werden, um die klinische Wirksamkeit im Laufe der Zeit zu bewerten.</li>
</ol>

Integration von MRT-arterieller Spin-Markierung zur Erkennung und Überwachung des zerebralen Blutflusses 

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<li>Kwok, C. H. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cognition+and+cerebral+blood+flow+after+extracranial+carotid+revascularization+for+carotid+atherosclerosis%3A+A+systematic+review%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Ther%22%5BJournal%5D)">Cognition and cerebral blood flow after extracranial carotid revascularization for carotid atherosclerosis: A systematic review.</a> Clin Ther. 45 (11), 1069-1076 (2023).</li>
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</ol>

Das Software-Tool CBF Atlas V1.0 ist ein Produkt von Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co., Ltd. Die geistigen Eigentumsrechte an diesem Software-Tool liegen beim Unternehmen. Die Autoren haben keine Interessenkonflikte anzugeben.

Die Schlüsselschritte (Abschnitte 3 und 4) bilden die Grundlage für die Erstellung des CBF-Atlas, der die CBF-Verteilung in den zerebralen Funktionsregionen quantifiziert. Schritt 4.2 beschreibt explizit die CBF-Spiegel für jeden Gehirnbereich und leistet damit Pionierarbeit für eine neue Technik. Damit erhalten Ärzte nicht nur einen globalen Überblick über die CBF von Patienten, sondern auch quantitative Messungen einzelner Funktionsregionen. Schritt 5.1 zeigt, dass der CBF-Atlas einen erheblichen klinisch-diagnostischen Nutzen hat, der CCI von gesunden Kontrollen unterscheidet.
Mehrere technische Verfeinerungen könnten dieses vielversprechende Protokoll verbessern, hauptsächlich durch den Einsatz von MRT-ASL-Bildgebung. Eine Standardisierung in Bezug auf Scangenauigkeit, CBF-Normalisierung und Synchronisation von Struktur- und CBF-Bildern ist erforderlich. Darüber hinaus rechtfertigt die Erstellung eines gesunden CBF-Atlas mit mehreren Probanden als diagnostische Grundlage über erweiterte Kohorten weitere Untersuchungen. Die Akkumulation von CBF-Atlasmustern über verschiedene zerebrale Pathophysiologien hinweg durch klinische Kooperationen stellt ebenfalls eine wichtige zukünftige Arbeit dar.
Eine aktuelle Einschränkung ist, dass CBF, obwohl von unschätzbarem Wert, nicht der einzige Biomarker für Gehirnerkrankungen ist18,19. Die Integration anderer wichtiger klinischer Marker wie phosphoryliertes Tau-Protein (p-Tau) in die Zerebrospinalflüssigkeit, Elektroenzephalographie (EEG) und zerebrale Stoffwechselraten (z. B. Glukosestoffwechsel) könnte die Diagnostik verbessern.
Um die CBF-Verteilung für jede funktionelle Hirnregion genau zu berechnen und in Form eines Atlas darzustellen, muss die funktionelle strukturelle Bildgebung des Gehirns mit den CBF-Sequenzen im dreidimensionalen Raum abgeglichen und die CBF-Verteilung für jede Region berechnet werden. Diese Bemühungen stellen die wichtigste Innovation unserer Studie dar. Der resultierende CBF-Atlas, wobei die x-Achse die funktionellen Regionen des Gehirns und die y-Achse die CBF-Verteilung für jede Region darstellt, ermöglicht den Vergleich der Ergebnisse vor und nach der Behandlung bei Patienten und ermöglicht quantitative Vergleiche zwischen gesunden und kranken Gruppen20. Dies macht die Bewertung von KBF präziser (was einen genauen Vergleich der CBF-Verteilung über Regionen hinweg ermöglicht), anstatt sich auf Erfahrungsurteile zu verlassen21.
Darüber hinaus bietet das Potenzial von CBF-Längsatlanten zur Überwachung der Behandlungswirksamkeit und zur Verfolgung des Fortschreitens neurologischer Erkrankungen im Laufe der Zeit einen vielversprechenden Weg für die personalisierte Medizin. Durch die Festlegung einer Ausgangsbasis für die CBF-Verteilung in gesunden zerebralen Funktionsregionen können Ärzte die Auswirkungen therapeutischer Interventionen genauer einschätzen und fundierte Entscheidungen über die Patientenversorgung treffen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entwicklung des CBF-Atlas unter Verwendung von MRT-ASL-Bildgebung ein vielversprechender Schritt zur Verbesserung der diagnostischen und therapeutischen Landschaft für zerebrale Erkrankungen ist. Diese Technik hat das Potenzial, zu einem umfassenderen Verständnis der Dynamik des zerebralen Blutflusses beizutragen und kann die Entwicklung von präzisionsmedizinischen Ansätzen unterstützen, die darauf abzielen, Interventionen auf der Grundlage der individuellen zerebralen Perfusionsmuster des Patienten anzupassen. Zu den zukünftigen Richtungen dieser Forschung gehören die Verfeinerung der Methodik, die Standardisierung von Protokollen und die Erweiterung klinischer Validierungen, um das Potenzial von CBF-Atlanten in der Neurologie und darüber hinaus voll auszuschöpfen.

Im Bereich der Neurobildgebung ist die Suche nach präzisen, nicht-invasiven Instrumenten zur Beurteilung der Gehirnfunktion und der Pathologie nach wie vor von größter Bedeutung. Unter diesen ist der zerebrale Blutfluss (CBF) ein wichtiger Indikator, der die metabolischen Anforderungen und den Gesundheitszustand des Hirngewebes widerspiegelt1. Traditionelle Ansätze beinhalten oft empirische Beurteilungen, die sich stark auf die Expertise von Klinikern stützen, um Bilder zu interpretieren und pathologische Veränderungen zu erkennen2. Fortschritte in der Magnetresonanztomographie (MRT), insbesondere bei der arteriellen Spinmarkierung (ASL)3, bieten jedoch einen vielversprechenden Weg zur Quantifizierung von CBF mit größerer Genauigkeit und Objektivität 4,5.
Diese Studie stellt eine bahnbrechende Methodik vor, die dreidimensionale ASL (3D-ASL) mit struktureller MRT integriert, um einen umfassenden CBF-Atlas über zerebrale Funktionsregionen hinweg zu erstellen6. Durch die Nutzung dieses neuartigen Ansatzes können Ärzte nicht nur eine globale Perspektive der CBF erhalten, sondern auch in bestimmte Funktionsbereiche eintauchen, was ein nuanciertes Verständnis der zerebralen Perfusionsmuster ermöglicht 7,8. Diese Verbesserung der Auflösung ist ein direktes Ergebnis des technologischen Fortschritts bei bildgebenden Geräten und nicht der Verwendung interpolierter Voxel. Es ist erwähnenswert, dass die meisten der heute auf dem Markt erhältlichen Mainstream-MRT-Geräte in der Regel eine Bildgenauigkeit von mehr als 1,5 mm bieten9. Diese Fortschritte in der Bildgebungstechnologie haben den Weg für detailliertere und genauere CBF-Bewertungen geebnet. Dies stellt einen Paradigmenwechsel gegenüber der konventionellen Bildgebung dar, bei der es oft an der Auflösung mangelt, um subtile Veränderungen der CBF im Zusammenhang mit Pathologien im Frühstadium zu erkennen10.
Die Genese dieser Methodik liegt in der Notwendigkeit, die diagnostischen Herausforderungen anzugehen, die sich aus zerebralen Erkrankungen ergeben, einschließlich chronischer zerebraler Ischämie (CCI) und anderer neurologischer Erkrankungen11,12. Diese Bedingungen erfordern genaue und rechtzeitige Beurteilungen, um therapeutische Interventionen effektiv zu steuern13,14. Durch den Vergleich von CBF-Atlanten zwischen gesunden Personen und Patienten mit CCI deckt diese Studie signifikante Unterschiede in der regionalen CBF-Verteilung auf und bietet Einblicke in die Krankheitspathologie und mögliche Behandlungsmöglichkeiten.
Der Nutzen dieses MRT-ASL-Ansatzes geht über die Diagnose hinaus und umfasst die therapeutische Bewertung und Überwachung des Krankheitsverlaufs15. CBF-Längsschnittatlanten sind vielversprechend bei der Verfolgung von Behandlungsreaktionen und Rehabilitationsergebnissen und bieten Klinikern unschätzbare Werkzeuge für ein personalisiertes Patientenmanagement. Darüber hinaus kann die Fähigkeit, subtile CBF-Veränderungen zu erkennen, als früher Biomarker für drohende Gewebeanomalien dienen und proaktive Interventionen zur Milderung neurologischer Schäden ermöglichen, bevor sie irreversibel werden16.
Obwohl diese Methodik ein fortschrittliches Instrument darstellt, sollten mehrere Möglichkeiten zur Verfeinerung und Erweiterung in Betracht gezogen werden. Die Standardisierung von Scanprotokollen, CBF-Normalisierungstechniken und die Erstellung gesunder CBF-Atlanten für mehrere Personen sind entscheidende Schritte zur Verbesserung der diagnostischen Genauigkeit und des klinischen Nutzens. Gemeinsame Anstrengungen über verschiedene zerebrale Pathologien hinweg sind unerlässlich, um diesen Ansatz für eine breite klinische Anwendung zu validieren und zu verfeinern.
Diese Studie stellt einen neuartigen Ansatz vor, bei dem MRT-abgeleitete CBF-Atlanten Klinikern tiefe Einblicke in die Gehirnfunktion und -pathologie bieten. Durch die Überbrückung der Lücke zwischen der Bildgebungsgruppe und der klinischen Interpretation hat diese Methodik das Potenzial, die Diagnose und Behandlung einer Vielzahl von neurologischen Erkrankungen zu revolutionieren und eine Zukunft der Präzisionsmedizin einzuläuten, die auf die individuellen Bedürfnisse jedes Patienten zugeschnitten ist.

<table><tbody><tr><td>CBF Atlas</td><td>Intelligente Entropie</td><td>CBF Atlas V1.0</td><td>Beijing Intelligente Entropie Wissenschaft & Technik Technology Co Ltd. Modellierung für Schilddrüsenerkrankungen</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks</td><td>2023B</td><td>Computing und Visualisierung</td></tr><tr><td>MRT-Gerät</td><td>Siemens</td><td>Amria 1,5 T</td><td>MRT-Scanner</td></tr></tbody></table>

konstruktion und anwendung eines zerebralen funktionellen regionenbasierten zerebralen blutflussatlas unter verwendung von magnetresonanztomographie-arterienspinmarkierung

Construction and Application of Cerebral Functional Region-Based Cerebral Blood Flow Atlas Using Magnetic Resonance Imaging-Arterial Spin Labeling

Hirnerkrankungen erfordern oft eine präzise Diagnose und Überwachung, die fortschrittliche bildgebende Verfahren erforderlich macht. Die derzeitigen Modalitäten können frühe Anzeichen einer reversiblen Gewebeschädigung möglicherweise nicht ausreichend erkennen, was den Bedarf an innovativen Diagnoseinstrumenten unterstreicht, die Veränderungen des zerebralen Blutflusses (CBF) mit hoher Spezifität und Sensitivität quantifizieren können. Diese Studie integriert die dreidimensionale arterielle Spin-Markierung (3D-ASL) mit struktureller MRT, um umfassende CBF-Atlanten zu entwickeln, die alle wichtigen funktionellen Regionen des Gehirns abdecken. Diese innovative Methode der Magnetresonanztomographie - arterielle Spinmarkierung (MRT-ASL) bietet eine schnelle und nicht-invasive Möglichkeit zur Quantifizierung von regionenspezifischer CBF und bietet einen detaillierten Überblick über die CBF-Spiegel in verschiedenen funktionellen Regionen. Der Vergleich zwischen Patienten mit chronischer zerebraler Ischämie (CCI) und gesunden Probanden ergab in den konstruierten CBF-Atlanten für erstere eine signifikant verminderte CBF in den zerebralen Funktionsregionen. Dieser Ansatz ermöglicht nicht nur die effiziente Identifizierung des CCI durch die Analyse gleichzeitiger Abnahmen des CBF in kritischen Bereichen im Vergleich zu gesunden Verteilungen, sondern ermöglicht auch die Verfolgung des Behandlungsansprechens und des Rehabilitationsfortschritts durch longitudinale CBF-Atlanten. Der mit der MRT-ASL-Technik entwickelte CBF-Atlas stellt einen neuen Fortschritt auf dem Gebiet der zerebralen Diagnostik und Patientenversorgung dar. Durch den Vergleich regionaler CBF-Spiegel mit normativen Standards verbessert diese Methode die diagnostischen Fähigkeiten und ermöglicht es Klinikern, Patienten mit zerebralen Erkrankungen individuell zu versorgen.

Diese Untersuchung verwendet tatsächliche Patientendaten, die mit einem 1,5-T-MRT-Scanner erfasst wurden, um die Quantifizierung des zerebralen Blutflusses (CBF) und die Methodik der Atlaskonstruktion zu validieren. Die Vorverarbeitungsschritte umfassten FLAIR-Strukturbilder (Abbildung 1), CBF-Bilder (Abbildung 2) und triplanare fusionierte Bilder (Abbildung 3 und Abbildung 4).
Zerebrale funktionelle Regionen wurden aus FLAIR-Scans unter Verwendung eines vortrainierten Deep-Learning-Modells segmentiert (Abbildung 3). Die ASL-CBF-Bilder wurden dann registriert, um sie mit dem FLAIR-Raum abzugleichen. Durch das Fusionieren der Bereichsbeschriftungen mit den entsprechenden CBF-Werten wurden triplanare Ansichten generiert, die die CBF-Verteilung über segmentierte Bereiche zeigen (Abbildung 4).
In der weiteren Verarbeitung wurde ein CBF-Atlas für den gesunden Probanden (Abbildung 5) und den CCI-Patienten (Abbildung 6) erstellt. Die x-Achse kennzeichnet Regionen, die y-Achse bezeichnet CBF-Niveaus und die Farbintensität spiegelt die Wahrscheinlichkeit wider. Die Kurve zeigt den mittleren regionalen CBF. Der Vergleich der beiden CBF-Atlanten zeigte eine signifikant reduzierte CBF in allen zerebralen Funktionsregionen des CCI-Patienten im Vergleich zum gesunden Probanden.
Mit dieser Technik wurde erfolgreich zwischen normaler und abnormaler CBF-Verteilung auf globaler und regionaler Auflösungsebene unterschieden. Die Konstruktion von 3D-zerebralen Funktionsregionen CBF-Atlanten auf Basis der MRT-ASL-Bildgebung birgt ein erhebliches Potenzial für die assistierte Diagnose verschiedener zerebraler Pathophysiologien.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66853/66853fig01.jpg"> Abbildung 1: Interaktive grafische Benutzeroberfläche für die FLAIR-Slice-Ansicht. Die Abbildung zeigt die GUI zum Anzeigen von FLAIR-Slices. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66853/66853fig01large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66853/66853fig02.jpg"> Abbildung 2: Interaktive grafische Benutzeroberfläche für die CBF-Slice-Ansicht. Die Abbildung zeigt die GUI zum Anzeigen von CBF-Slices. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66853/66853fig02large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66853/66853fig03.jpg"> Abbildung 3: Segmentierung zerebraler funktioneller Regionen basierend auf der FLAIR-Bildgebungssequenz. Extraktion zerebraler funktioneller Regionen und triplanare Ansichten basierend auf der FLAIR-Sequenz. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66853/66853fig03large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66853/66853fig04.jpg"> Abbildung 4: Triplanare Ansichten der räumlichen Verteilung von CBF über zerebrale Funktionsregionen. Triplanare Ansichten, die die CBF-Verteilung in den Hirnregionen zeigen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66853/66853fig04large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66853/66853fig05.jpg"> Abbildung 5: Zerebrale funktionelle Regionen CBF-Atlas. CBF-Atlas, konstruiert durch die Wahrscheinlichkeitsverteilung regionsspezifischer CBF-Niveaus. In dieser Studie wird eine häufig verwendete Segmentierung von 32 Regionen verwendet. Zu diesen Regionen gehören der Hintergrund, die linke zerebrale weiße Substanz, die linke Großhirnrinde, der linke laterale Ventrikel, der linke untere laterale Ventrikel, die linke weiße Substanz des Kleinhirns, die linke Kleinhirnrinde, der linke Thalamus, der linke Schwanz, das linke Putamen, das linke Pallidum, der dritte Ventrikel, der vierte Ventrikel, der Hirnstamm, der linke Hippocampus, die linke Amygdala, der linke Accumbens-Bereich, die linke ventrale DC, die rechte zerebrale weiße Substanz, die rechte Großhirnrinde, rechter lateraler Ventrikel, rechter inferiorer lateraler Ventrikel, rechter Kleinhirn-Weißer, rechter Kleinhirnkortex, rechter Thalamus, rechter Caudatus, rechter Putamen, rechter Pallidum, rechter Hippocampus, rechter Amygdala, rechter Accumbens-Bereich und rechter ventraler DC. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66853/66853fig05large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66853/66853fig06.jpg"> Abbildung 6: Vergleich der zerebralen Funktionsregionen CBF-Atlas. Der Vergleich zeigt eine signifikant reduzierte CBF in allen zerebralen Funktionsregionen bei einem CCI-Patienten im Vergleich zu einem gesunden Probanden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66853/66853fig06large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>

Diese Studie integrierte Magnetresonanztomographie - arterielle Spin-Markierungsbilder, um einen zerebralen Blutflussatlas (CBF) für zerebrale Funktionsregionen abzuleiten. Der Vergleich typischer gesunder und chronischer zerebraler Ischämie-CBF-Atlanten ergab signifikante Unterschiede in den regionalen CBF-Verteilungen, die eine schnelle, nicht-invasive Beurteilung der funktionellen CBF ermöglichten, um die Diagnose und Bewertung von Therapeutika zu unterstützen.

Konstruktion und Anwendung eines zerebralen funktionellen regionenbasierten zerebralen Blutflussatlas unter Verwendung von Magnetresonanztomographie-Arterienspinmarkierung

Cerebral conditions often require precise diagnosis and monitoring, necessitating advanced imaging techniques. Current modalities may not adequately ...

Der auf MRT basierende CBF-Atlas bietet eine nicht-invasive Möglichkeit, die zerebrale Blutflussverteilung im Bereich der funktionellen Hirnregion darzustellen, und dient möglicherweise als wichtiges Instrument im Bereich der Hirnerkrankungen. Die Integration hochwertiger kanonischer Indikatoren aus der Bildgebung mit physiologischen Strukturen und biochemischen Markern liefert Ärzten präzisere diametrale Informationen. Multimodale Fusion pro Bildschirm, KI-basierte Bildgebungserkennung und medizinische Hauptverarbeitung in der radiologischen Bildgebung.Die einzige Möglichkeit, die CBF-Verteilung im Bereich der funktionellen Hirnregion des Patienten sicher zu steuern, ist die erste bei der klinischen Diagnose und Anwendung von Hirnerkrankungen. Der auf zerebralen Funktionsregionen basierende zerebrale Blutflussatlas unter Verwendung von Magnetresonanztomographie-arterieller Spin-Markierung bietet die technischen Vorteile und die genaue Gewinnung detaillierter CBF-Informationen in funktionellen Hirnregionen des Patienten.

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Konstruktion und Anwendung eines zerebralen funktionellen regionenbasierten zerebralen Blutflussatlas unter Verwendung von Magnetresonanztomographie-Arterienspinmarkierung (Video) | JoVE Journal

Konstruktion und Anwendung eines zerebralen funktionellen regionenbasierten zerebralen Blutflussatlas unter Verwendung von Magnetresonanztomographie-Arterienspinmarkierung

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