Developing a Cerebral Blood Flow Atlas for Blood Flow Mapping
JoVE Encyclopedia of Experiments
Neurowetenschap
0 weergaven • 3:38 min • May 29th, 2025
Begin with a cerebral blood flow, or CBF map generated by magnetic resonance imaging-arterial spin labeling, a noninvasive method for measuring blood flow in the brain tissue.
Obtain a structural brain image and, using computational tools, segment the cerebral regions into functional regions.
Generate triplanar views, showing cross-sectional images of the brain in three planes, with each segmented region displayed in distinct colors to represent functional areas.
Integrate the CBF data with the segmented regions to map blood flow values to specific brain areas.
Bright colors indicate high blood flow, while warm shades represent low levels.
Use algorithms to process the CBF data and create an atlas for comparing blood flow levels across brain regions.
The fluctuating red line highlights the average CBF across regions, quantifying blood flow.
The atlas colors correspond to the color bar and represent the probability of blood flow levels in specific brain regions-red indicates a high probability, while blue indicates a low probability.
To begin, obtain patient data in neuroimaging informatics technology initiative, or NIFTI format. In a customized working directory, go to the directory housing the data within MATLAB's current working directory, and using the NIFTI read function, load the fluid-attenuated inversion recovery, or FLAIR, into the workspace. With this size function, check the dimensions of the FLAIR sequence. Then, call the FLAIR slice command to view the FLAIR sequence of the brain.
Using the bottom scroll bar, browse the different sequences. Then, similarly load and assess cerebral blood flow or CBF sequences. In the workspace, call the FLAIR segment function and run the pre-trained 3D U-Net-based image segmentation program to automatically generate triplanar views of cerebral functional regions segmentation.
Each color represents a distinct functional region. For real-time inspection of different cerebral functional regions, click and drag the center of the crosshair for an arbitrary 3D examination of the reconstructed brain anatomy. Press and drag the left mouse button over any region of the images for real-time modification of brightness and contrast levels. Release the mouse button to confirm and finalize the adjustments.
Call the CBF triplanar function to generate the triplanar graphic user interface view, displaying CBF spatial distribution across functional regions. Move the crosshair to allow examination of CBF distributions in regions of interest. Then, click the Data Tips button on the top right corner of the interface to display the CBF values at any position.
Press and drag the left mouse button over any region of the images for real-time modification of brightness and contrast levels. Release the mouse button to confirm and finalize the adjustments. Run the CBF Atlas function to convert the CBF spatial distribution into a CBF Atlas. Click the Zoom in/out button in the top right of the interface.
Overzicht
Dit artikel beschrijft een methode voor het visualiseren van de cerebrale bloedstroom (CBF) met behulp van magnetic resonance imaging-arteriële spinlabeling. De benadering integreert structurele hersenbeeldvorming met computationele segmentatie om de bloedstroom in functionele hersenregio's in kaart te brengen.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Medische Beeldvorming
- Analyse van Hersenfuncties
Achtergrond
- De cerebrale bloedstroom is cruciaal voor het begrijpen van de hersenfunctie.
- Magnetic resonance imaging-arterial spin labeling is een niet-invasieve techniek.
- Segmentatie van hersengebieden helpt bij de functionele analyse.
- Visualisatietechnieken verbeteren de interpretatie van neuro-imaginggegevens.
Doel van de studie
- Om een methode te ontwikkelen voor het visualiseren en analyseren van de CBF in de hersenen.
- Om een atlas op te stellen voor het vergelijken van bloedstroomniveaus tussen verschillende hersengebieden.
- Om real-time inspectie van cerebrale functionele regio's te faciliteren.
Gebruikte methoden
- Genereren van CBF-kaarten met behulp van MRI-arteriële spinlabeling.
- Segmentatie van hersengebieden in functionele zones met behulp van computationele tools.
- Creëren van triplanaire weergaven om de hersenanatomie en de bloedstroom te visualiseren.
- Real-time aanpassingen van de helderheid en het contrast van beelden voor een betere visualisatie.
Belangrijkste resultaten
- Regio's met een hoge bloedstroom worden aangegeven met felle kleuren, terwijl een lage stroom in warme tinten wordt weergegeven.
- De atlas biedt een visuele weergave van de waarschijnlijkheden van de bloedstroom over verschillende hersenregio's.
- Real-time datatips maken het mogelijk om CBF-waarden op specifieke locaties te onderzoeken.
- De methode maakt een gedetailleerde analyse van de distributies van de cerebrale bloedstroom mogelijk.
Conclusies
- De ontwikkelde methode vergroot het begrip van de dynamiek van de cerebrale bloedstroom.
- Integratie van CBF-gegevens met functionele segmentatie verbetert de neuroimaging-analyse.
- Deze benadering kan worden toegepast in klinische en onderzoeksomgevingen voor studies naar hersenfuncties.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de industrie
Deze methode maakt kwantitatieve mapping van de cerebrale bloedstroom over functioneel gedefinieerde hersengebieden mogelijk, wat targetvalidatie in CNS-medicijnontwikkeling ondersteunt door hemodynamische responsen te koppelen aan neurale activiteitspatronen. De atlasgebaseerde benadering vergroot het voorspellende vertrouwen in preklinische modellen door reproduceerbare, regio-specifieke hemodynamische readouts te leveren die kunnen worden gebruikt om mechanistische hypothesen te de-risken. Het faciliteert translationele continuïteit van ontdekking naar preklinische studies door bloedstroommetingen over experimentele condities te standaardiseren.
Strategische toepassingen in BioPharma R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk door veranderingen in de bloedstroom te koppelen aan specifieke functionele hersengebieden.
- Operationele waarde: Ondersteunt biologische risicoreductie door middel van kwantitatieve, reproduceerbare hemodynamische profilering van target-interactie.
Screening & assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Bereidt gevalideerde biologische systemen voor op downstream-workflows door baseline-profielen van de cerebrale bloedstroom vast te stellen.
- Operationele waarde: Verbetert de standaardisatie en schaalbaarheid van assays via geautomatiseerde segmentatie en triplanaire visualisatie van bloedstroomverdelingen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Sluit aan bij translationele biomarkerstrategieën door ziekterelateerde hemodynamische signaturen over functionele regio's te verschaffen.
- Operationele waarde: Waarborgt continuïteit van ontdekking tot preklinische validatie door cross-studievergelijking van bloedstroomatlassen mogelijk te maken.
Pipeline- & workflowintegratie
De methode past binnen het ontdekkingscontinuüm, van vroege toetsing van doelwit-hypothesen tot preklinische validatie, waarbij kwantitatieve hemodynamische gegevens de basis vormen voor go/no-go-beslissingen.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing en pathway-verduidelijking door bloedstroompatronen te koppelen aan functionele hersensegmentatie.
- Screening: Zorgt voor assay-gereedheid via reproduceerbare, kleurgecodeerde bloedstroommapping over gesegmenteerde regio's.
- Analytics: Genereert kwantitatieve metingen van afhankelijke variabelen (CBF-waarden) die statistische vergelijking van condities en behandelingseffecten mogelijk maken.
- Translationeel onderzoek: Verbindt met preklinische continuïteit door een gestandaardiseerd kader te bieden voor bloedstroomanalyse over verschillende modellen.
- Enterprise Reuse: Functioneert als een herbruikbaar neuro-imagingplatform voor consistente hemodynamische profilering over meerdere projecten.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen door mechanistische ambiguïteit bij de validatie van CNS-targets te verminderen.
- Operationele waarde: Verbetert de standaardisatie en reproduceerbaarheid van bloedstroommetingen tussen laboratoria en tijdstippen.
- Strategische waarde: Ondersteunt betere go/no-go-beslissingen door objectieve hemodynamische gegevens te leveren voor portfoliotriage.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling mogelijk via kwantificeerbare, regio-specifieke bloedstroombiomarkers.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in neuroimaging-analyse en computationele workflows op basis van MATLAB.
- Is afhankelijk van MRI-instrumentatie voor arteriële spinlabeling en een NIFTI-compatibele data-infrastructuur.
- Maakt cross-team standaardisatie van segmentatieprotocollen en kleur coderingsconventies noodzakelijk.
- Houdt rekening met aanpassingen bij het toepassen van de atlas op verschillende soorten of ziektemodellen.
- Wordt beperkt door de noodzaak van hoogwaardige structurele en perfusie MRI-gegevens om nauwkeurige segmentatie en kwantificering van de bloedstroom te waarborgen.
Veelgestelde vragen over biofarmaceutica
Contrast Enhanced Imaging Ultrasound voor de Beoordeling van Spinal Cord Blood Flow in Experimentele Spinal Cord Injury
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Cerebral Blood Flow-Based Resting State Functionele connectiviteit van het menselijk brein met behulp van optical diffuse correlatie spectroscopie
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Functionele transcraniële doppler echografie voor het monitoren van cerebrale bloedstroom
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Een methode voor 2-Photon Imaging van de bloedstroom in de neocortex door middel van een Cranial Window
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Functional Imaging of Cerebral Blood Flow Using Transcranial Doppler Ultrasound
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Diffuse Correlation Spectroscopy to Measure Cerebral Blood Flow in a Human Subject
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Niet-invasieve Parenchymale, Vasculaire en Metabole Hoogfrequent Ultrasound en Fotoakoestisch Rat Deep Brain Imaging
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Blood Flow Imaging met Ultrafast Doppler
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Menselijke foetale bloedstroomkwantificering met magnetische resonantie beeldvorming en bewegingscompensatie
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Constructie en toepassing van cerebrale functionele regio-gebaseerde cerebrale bloedstroomatlas met behulp van magnetische resonantiebeeldvorming - arteriële spin-labeling
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Laatst bijgewerkt: 29 augustus 2026