Method Article

Manyetik Rezonans Görüntüleme-Arteriyel Spin Etiketleme Kullanılarak Serebral Fonksiyonel Bölge Tabanlı Serebral Kan Akış Atlasının Yapımı ve Uygulaması

DOI:

10.3791/66853

⸱

May 31st, 2024

 ,  , 
1Department of Radiology, Dongzhimen Hospital, Beijing University of Chinese Medicine, 2Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd.

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma, serebral fonksiyonel bölgeler için serebral kan akışı (CBF) atlasını türetmek için manyetik rezonans görüntüleme-arteriyel spin etiketleme görüntülerini entegre etti. Tipik sağlıklı ve kronik serebral iskemi CBF atlaslarının karşılaştırılması, bölgesel CBF dağılımlarında önemli farklılıklar ortaya çıkardı ve fonksiyonel CBF'nin hızlı, noninvaziv değerlendirmelerinin tanı ve terapötiklerin değerlendirilmesine yardımcı olmasını sağladı.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Serebral durumlar genellikle hassas tanı ve izleme gerektirir ve ileri görüntüleme teknikleri gerektirir. Mevcut modaliteler, geri dönüşümlü doku hasarının erken belirtilerini yeterince tespit edemeyebilir, bu da serebral kan akışındaki (CBF) değişiklikleri yüksek özgüllük ve duyarlılıkla ölçebilen yenilikçi tanı araçlarına olan ihtiyacın altını çizmektedir. Bu çalışma, beynin tüm ana fonksiyonel bölgelerini kapsayan kapsamlı CBF atlasları geliştirmek için üç boyutlu arteriyel spin etiketlemeyi (3D-ASL) yapısal MRG ile bütünleştirir. Bu yenilikçi manyetik rezonans görüntüleme-arteriyel spin etiketleme (MRI-ASL) metodolojisi, bölgeye özgü CBF'yi ölçmek için hızlı ve invaziv olmayan bir yol sağlar ve farklı fonksiyonel bölgelerdeki CBF seviyelerinin ayrıntılı bir görünümünü sunar. Kronik serebral iskemi (CCI) hastaları ile sağlıklı denekler arasındaki karşılaştırma, birincisi için oluşturulan CBF atlaslarındaki serebral fonksiyonel bölgeler boyunca önemli ölçüde azalmış CBF'yi ortaya çıkardı. Bu yaklaşım, sağlıklı dağılımlara göre kritik alanlarda CBF'deki eşzamanlı düşüşleri analiz ederek CCI'nin verimli bir şekilde tanımlanmasına izin vermekle kalmaz, aynı zamanda uzunlamasına CBF atlasları aracılığıyla tedavi yanıtlarının ve rehabilitasyon ilerlemesinin izlenmesini de sağlar. MRI-ASL tekniği kullanılarak geliştirilen CBF atlası, serebral teşhis ve hasta bakımı alanında yeni bir ilerlemeyi temsil etmektedir. Bu yöntem, bölgesel CBF seviyelerini normatif standartlarla karşılaştırarak, klinisyenlerin serebral rahatsızlıkları olan hastalara kişiselleştirilmiş bakım sağlamasını sağlayarak tanı yeteneklerini geliştirir.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nörogörüntüleme alanında, serebral fonksiyonu ve patolojiyi değerlendirmek için kesin, invaziv olmayan araçlar arayışı çok önemlidir. Bunlar arasında, serebral kan akışı (CBF), beyin dokusunun metabolik taleplerini ve sağlık durumunu yansıtan hayati bir gösterge olarak durmaktadır1. Geleneksel yaklaşımlar genellikle ampirik değerlendirmeler gerektirir ve görüntüleri yorumlamak ve patolojik değişiklikleri ayırt etmek için klinisyenlerin uzmanlığına büyük ölçüde güvenir2. Bununla birlikte, manyetik rezonans görüntüleme (MRI) tekniklerindeki gelişmeler, özellikle arteriyel spin etiketleme (ASL)3, CBF'yi daha fazla doğruluk ve nesnellik ile ölçmek için umut verici bir yol sunmaktadır 4,5.

Bu çalışma, serebral fonksiyonel bölgeler arasında kapsamlı bir CBF atlası oluşturmak için üç boyutlu ASL'yi (3D-ASL) yapısal MRG ile entegre eden öncü bir metodoloji sunmaktadır6. Bu yeni yaklaşımdan yararlanarak, klinisyenler sadece CBF'nin küresel bir perspektifini elde etmekle kalmaz, aynı zamanda serebral perfüzyon paternlerinin incelikli bir şekilde anlaşılmasına olanak tanıyan belirli fonksiyonel alanları da inceleyebilirler 7,8. Çözünürlükteki bu iyileşme, enterpolasyonlu voksellerin kullanımından ziyade görüntüleme ekipmanındaki teknolojik ilerlemenin doğrudan bir sonucudur. Bugün piyasada bulunan ana akım MRI cihazlarının çoğunun tipik olarak 1,5 mm'den daha iyi görüntüleme hassasiyeti sunduğunu belirtmekte fayda var9. Görüntüleme teknolojisindeki bu gelişmeler, daha ayrıntılı ve doğru CBF değerlendirmelerinin yolunu açmıştır. Bu, genellikle erken evre patolojilerle ilişkili CBF'deki ince değişiklikleri tespit etme çözünürlüğünden yoksun olan geleneksel görüntülemeden bir paradigma kaymasını temsil eder10.

Bu metodolojinin doğuşu, kronik serebral iskemi (CCI) ve diğer nörolojik bozukluklar dahil olmak üzere serebral durumların ortaya çıkardığı tanısal zorlukları ele alma zorunluluğunda yatmaktadır11,12. Bu koşullar, terapötik müdahaleleri etkili bir şekilde yönlendirmek için kesin ve zamanında değerlendirmeler gerektirir13,14. Bu çalışma, sağlıklı bireyler ve CCI'li hastalar arasındaki CBF atlaslarını karşılaştırarak, bölgesel CBF dağılımlarındaki önemli eşitsizlikleri ortaya çıkararak hastalık patolojisi ve potansiyel tedavi yolları hakkında bilgi vermektedir.

Bu MRG-ASL yaklaşımının faydası, teşhisin ötesine uzanır, terapötik değerlendirmeyi ve hastalık ilerlemesinin izlenmesini kapsar15. Boylamsal CBF atlasları, tedavi yanıtlarını ve rehabilitasyon sonuçlarını izlemede umut vaat eder ve klinisyenlere kişiselleştirilmiş hasta yönetimi için paha biçilmez araçlar sağlar. Ayrıca, ince CBF değişikliklerini ayırt etme yeteneği, yaklaşmakta olan doku anormallikleri için erken bir biyobelirteç görevi görebilir ve nörolojik hasarı geri dönüşümsüz hale gelmeden önce hafifletmek için proaktif müdahaleleri mümkün kılar16.

Bu metodoloji gelişmiş bir aracı temsil etse de, iyileştirme ve genişletme için çeşitli yollar dikkate alınmayı hak eder. Tarama protokollerinin standartlaştırılması, CBF normalizasyon teknikleri ve çok denekli sağlıklı CBF atlaslarının oluşturulması, tanısal doğruluğu ve klinik faydayı artırmaya yönelik çok önemli adımlardır. Çeşitli serebral patolojiler arasında işbirlikçi çabalar, yaygın klinik benimseme için bu yaklaşımı doğrulamak ve iyileştirmek için gereklidir.

Bu çalışma, MRG'den türetilen CBF atlaslarının klinisyenlere serebral fonksiyon ve patoloji hakkında derin bilgiler sunduğu yeni bir yaklaşım sunmaktadır. Bu metodoloji, görüntüleme grubu ile klinik yorumlama arasındaki boşluğu doldurarak, sayısız nörolojik durumun tanı ve yönetiminde devrim yaratma potansiyeline sahiptir ve her hastanın benzersiz ihtiyaçlarına göre uyarlanmış hassas tıbbın geleceğini müjdeler.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma, Pekin, Çin'deki Pekin Dongzhimen Hastanesi Kurumsal İnceleme Kurulu tarafından onaylanmıştır. Aşağıdaki parametrelerle 3D arteriyel spin etiketleme (3D-ASL) için turbo gradyan spin ekosuna (TGSE) dayalı darbeli ASL (PASL) dizisi ile bir MRG tarayıcısı kullanıldı: TR 4000 ms, TE 25 ms, bolus süresi 700 ms, inversiyon süresi 1990 ms. Bu araştırmada kullanılan yazılım araçları Malzeme Tablosu'nda listelenmiştir.

1. Veri toplama ve hazırlama

NOT: Parametrelerdeki varyans, araştırma yaklaşımından etkilenmez. Dijital tıbbi görüntüleme verilerini depolamak için hem DICOM hem de NIFTI formatları kullanılır ve DICOM, klinik görüntüleme cihazlarından elde edilen olağan çıktıdır. Bununla birlikte, araştırma faaliyetlerinde hesaplama kolaylığı için NIFTI formatı sıklıkla tercih edilir. DICOM'dan NIFTI'ye dönüştürmek basit ve yaygın bir uygulamadır17. Bu çalışmada, gerçek DICOM verileri elde edilmiş ve NIFTI formatına dönüştürülmüştür. Veriler 1.5 Tesla MRI tarayıcısı kullanılarak elde edildi. Bu çalışmanın çapraz görüntü kayıt sürecinde, sıvı zayıflatılmış inversiyon geri kazanımı (FLAIR) dizisi esas olarak kullanılmış ve CBF görüntüleri ile kaynaştırılmıştır. Bu çalışmada kullanılan CBF Atlas aracı (Table of Materials) ticari bir yazılımdır.

  1. Verileri belirlenen çalışma dizinine kopyalayın.
    1. Tüm NIFTI verilerini özelleştirilmiş bir çalışma dizinine kopyalayın.
      NOT: Çalışma dizini, işletim sisteminde ve MATLAB'da aynıdır. Araştırma, Sağ Anterior Superior (RAS) oryantasyon standardını takip eder.
    2. MATLAB'ın mevcut çalışma dizinindeki verileri barındıran dizine gidin ve FLAIR verilerini çalışma alanına yüklemek için niftiread işlevini kullanın. FLAIR dizisinin boyutlarını kontrol etmek için boyut işlevini kullanın. FLAIR dizisini görüntülemek için Flair_Slice komutunu çağırın ( Şekil 1'de gösterildiği gibi). Belirli komutları aşağıdaki gibi kullanın:
      FLAIR_XLF = niftiread('FLAIR_XFL.nii');
      Boyut(FLAIR_XLF)
      Flair_Slice(FLAIR_XLF);
    3. FLAIR dizisi için etkileşimli grafik kullanıcı arayüzünün (GUI) bir görüntüsü için Şekil 1'e bakın. Farklı dizilere hızlı bir şekilde göz atmak için alt kaydırma çubuğunu kullanın.
  2. CBF görüntülerini hızlı bir şekilde kontrol edin.
    1. CBF verilerini çalışma alanına yüklemek için niftiread işlevini kullanın. CBF dizisinin boyutlarını kontrol etmek için boyut işlevini kullanın. CBF dizisini görüntülemek için CBF_Slice komutunu çağırın ( Şekil 2'de gösterildiği gibi). Belirli komutları aşağıdaki gibi kullanın:
      CBF_XLF = niftiread('CBF_XFL.nii');
      Boyut(CBF_XLF)
      CBF_Slice(CBF_XLF);
    2. CBF dizisinin etkileşimli bir GUI ekran görüntüsü için Şekil 2'ye bakın. Farklı dizilere hızlı bir şekilde göz atmak için alt kaydırma çubuğunu kullanın.
      NOT: Şekil 2'de, CBF değer aralığı genellikle 0-120 mL / 100 g / dk'dır. Şekil 2 , farklı CBF seviyelerini farklı renklerde temsil etmek için bir renk haritası kullanır.

2. FLAIR dizisinden serebral fonksiyonel bölgelerin segmentasyonu

NOT: FLAIR sekansı hem yapısal görüntüleme görevi görür hem de mükemmel patolojik tanı yetenekleri sağlar. Bu nedenle, FLAIR'in CBF ile birleştirilmesi kliniklerde önemli bir tanısal değere sahiptir. Bu çalışma, FLAIR dizisinden majör serebral fonksiyonel bölgeleri segmentlere ayırmaktadır.

  1. Çalışma alanında, FLAIR_Segment işlevini çağırın ve Şekil 3'te gösterildiği gibi, serebral fonksiyonel bölgeler segmentasyonunun üç düzlemli görünümlerini otomatik olarak oluşturmak için önceden eğitilmiş 3B U-Net tabanlı görüntü segmentasyon programını çalıştırın. Şekil 3'teki her renk farklı bir fonksiyonel bölgeyi temsil eder.
  2. Farklı serebral fonksiyonel bölgelerin gerçek zamanlı incelemesi için artı işareti etkileşimini kullanın (Şekil 3). Yeniden yapılandırılmış beyin anatomisinin rastgele bir 3D incelemesi için artı işaretinin ortasına tıklayın ve sürükleyin.
    NOT: Şekil 3'teki GUI, üç düzlemli görünümlerin gri tonlamalı yoğunluk aralığının, kontrastının ve parlaklığının ayarlanmasını da sağlar.
  3. Parlaklık ve kontrast seviyelerinin gerçek zamanlı olarak değiştirilmesi için farenin sol düğmesini görüntülerin herhangi bir bölgesi üzerinde basılı tutun ve sürükleyin. Ayarlamaları onaylamak ve sonlandırmak için fare düğmesini bırakın.

3. Serebral fonksiyonel bölgeler boyunca CBF dağılımının üç düzlemli görünümleri

NOT: Farklı serebral fonksiyonel bölgeler boyunca CBF dağılımının incelenmesi, hasta durumlarının kesin klinik yargılarını kolaylaştırır. Şekil 3'teki fonksiyonel bölge çerçevesi altında, CBF dizisinden tam CBF değerlerinin dahil edilmesi ve bunların üç düzlemli görünümlerde sunulması, kapsamlı doktor incelemesine izin verir.

  1. Şekil 4'te gösterilen ve işlevsel bölgeler arasında CBF uzamsal dağılımını gösteren üç düzlemli GUI görünümünü oluşturmak için CBF_triplanar işlevini çağırın. İlgilenilen bölgelerdeki CBF dağılımının incelenmesine izin vermek için artı işaretini hareket ettirin.
  2. CBF değerlerini herhangi bir konumda görüntülemek için GUI'nin sağ üst köşesindeki Veri İpuçları düğmesine tıklayın.
  3. Parlaklık ve kontrast seviyelerinin gerçek zamanlı olarak değiştirilmesi için farenin sol düğmesini görüntülerin herhangi bir bölgesi üzerinde basılı tutun ve sürükleyin. Ayarlamaları onaylamak ve sonlandırmak için fare düğmesini bırakın.

4. Başlıca serebral fonksiyonel bölgelerde CBF atlası

NOT: Farklı fonksiyonel bölgeler arasındaki CBF olasılık dağılımlarının normalleştirilmesi, deneğin serebral fonksiyonel bölgelerindeki CBF seviyelerini ifade eden Serebral Fonksiyonel Bölgeler CBF Atlası'nı oluşturur.

  1. Şekil 4'te gösterilen CBF uzamsal dağılımını bir CBF Atlası'na dönüştürmek için CBF_Atlas fonksiyonunu çağırın (Şekil 5'te gösterildiği gibi).
    NOT: Şekil 5'te, x ekseni farklı serebral fonksiyonel bölgeleri temsil eder ve y ekseni farklı CBF seviyelerini temsil eder; Farklı renkler, farklı olasılık seviyelerini gösterir (renk ne kadar kırmızıysa, o kadar fazla voksel bulunur).
  2. Kısmi görüntüleri ölçeklendirmek için Şekil 5'te gösterilen GUI'nin sağ üst köşesindeki Yakınlaştır/Uzaklaştır düğmesine tıklayın.
    NOT: Şekil 5'teki eğri, bölgeler arasında ortalama CBF'yi birbirine bağlar.

5. Sağlıklı denekler ve CCI hastaları arasındaki CBF_Atlas açısından önemli farklılıklar

NOT: Bölüm 1-4'te açıklanan aynı işlem kullanılarak, CCI hastaları için farklı serebral fonksiyonel bölgelerdeki ortalama CBF değerleri elde edilebilir.

  1. Sağlıklı bir denekten bir CCI hastasına karşı CBF eğrisinin karşılaştırmalı bir grafiğini oluşturmak için CBF_Compare fonksiyonunu kullanın (Şekil 6).
  2. Hastanın CBF eğrisi (siyah renkli) ve sağlıklı eğrisi (kırmızı renkli) arasındaki önemli farkları gözlemleyin (Şekil 6). Hastada daha belirgin CBF damlaları olan fonksiyonel bölgeleri belirleyin. Adım 3.3'ü entegre ederek, hastanın diğer bölgelere göre daha kötü performans gösterdiği bölgeleri yeniden inceleyin.
    NOT: Adım 3.3, hastanın CBF seviyelerinin üç boyutlu uzayda görüntülenmesine izin verir, yani doktorlar, CBF'yi hastanın herhangi bir pozisyonunda incelemek için Şekil 4'te gösterilen üç düzlemli GUI görünümünü kullanabilir. Burada, CBF düşüşünün derecesi, CCI hastaları için farklı yerlerde değişir. Doktorlar, önemli CBF düşüşü olan beyin bölgelerine odaklanmak için Şekil 4'ü tekrar ziyaret edebilirler.
  3. Uzaklaştırma, yakınlaştırma, genel görünüme dönme ve seçilen pikselin koordinatlarını işaretleme gibi işlevlere erişmek için GUI'nin sağ üst köşesindeki simgeleri (Şekil 5) kullanın.
    NOT: Aynı prensibi kullanarak, aynı hastadan alınan tedavi öncesi ve tedavi sonrası sonuçlar, zaman içindeki klinik etkinliği değerlendirmek için Şekil 6'daki yaklaşım kullanılarak da karşılaştırılabilir.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu araştırma, serebral kan akışı (CBF) kantifikasyonunu ve atlas yapım metodolojisini doğrulamak için 1,5 T MRI tarayıcısı kullanılarak elde edilen gerçek hasta verilerini kullanır. Ön işleme adımları, FLAIR yapısal görüntülerini (Şekil 1), CBF görüntülerini (Şekil 2) ve üç düzlemli kaynaşmış görüntüleri (Şekil 3 ve Şekil 4) içeriyordu.

Serebral fonksiyonel bölgeler, önceden eğitilmiş bir derin öğrenme modeli kullanılarak FLAIR taramalarından bölümlere ayrıldı (Şekil 3). ASL-CBF görüntüleri daha sonra FLAIR alanıyla hizalanacak şekilde kaydedildi. Bölge etiketlerinin karşılık gelen CBF değerleriyle birleştirilmesi, bölümlere ayrılmış alanlar arasında CBF dağılımını gösteren üç düzlemli görünümler oluşturdu (Şekil 4).

Daha ileri işlemler, sağlıklı denek (Şekil 5) ve CCI hastası (Şekil 6) için bir CBF atlası oluşturdu. X ekseni bölgeleri, y ekseni CBF seviyelerini ve renk yoğunluğu olasılığı yansıtır. Eğri, ortalama bölgesel CBF'yi gösterir. İki CBF atlasının karşılaştırılması, CCI hastasındaki tüm serebral fonksiyonel bölgelerde sağlıklı deneğe kıyasla CBF'nin önemli ölçüde azaldığını ortaya koydu.

Bu teknik, küresel ve bölgesel çözünürlük seviyelerinde normal ve anormal CBF dağılımını başarılı bir şekilde ayırt etti. MRG-ASL görüntülemeye dayalı 3D serebral fonksiyonel bölgeler CBF atlaslarının oluşturulması, çeşitli serebral patofizyolojilerin yardımcı tanısı için önemli bir potansiyele sahiptir.

figure-results-1
Şekil 1: FLAIR dilim görünümü için etkileşimli grafik kullanıcı arayüzü. Şekil, FLAIR dilimlerini görüntülemek için GUI'yi göstermektedir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-2
Şekil 2: CBF dilim görünümü için etkileşimli grafik kullanıcı arayüzü. Şekil, CBF dilimlerini görüntülemek için GUI'yi göstermektedir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-3
Şekil 3: FLAIR görüntüleme dizisine dayalı serebral fonksiyonel bölgelerin segmentasyonu. Serebral fonksiyonel bölgelerin ekstraksiyonu ve FLAIR dizisine dayalı tridüzlemer görünümler. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-4
Şekil 4: Serebral fonksiyonel bölgeler boyunca CBF uzamsal dağılımının üç düzlemli görünümleri. Serebral bölgeler arasında CBF dağılımını gösteren üç düzlemli görünümler. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-5
Şekil 5: Serebral fonksiyonel bölgeler CBF Atlas. Bölgeye özgü CBF düzeylerinin olasılık dağılımı ile oluşturulan CBF atlası. Bu çalışma, 32 bölgenin yaygın olarak kullanılan bir segmentasyonunu benimsemektedir. Bu bölgeler arka plan, sol serebral beyaz cevher, sol serebral korteks, sol lateral ventrikül, sol inferior lateral ventrikül, sol beyincik beyaz cevheri, sol beyincik korteksi, sol talamus, sol kaudat, sol putamen, sol pallidum, üçüncü ventrikül, dördüncü ventrikül, beyin sapı, sol hipokampus, sol amigdala, sol accumbens bölgesi, sol ventral DC, sağ serebral beyaz madde, sağ serebral korteks, sağ lateral ventrikül, sağ inferior lateral ventrikül, sağ serebellum beyaz cevheri, sağ serebellum korteksi, sağ talamus, sağ kaudat, sağ putamen, sağ pallidum, sağ hipokampus, sağ amigdala, sağ accumbens alanı ve sağ ventral DC'dir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-6
Şekil 6: Serebral fonksiyonel bölgelerin karşılaştırılması CBF Atlas. Karşılaştırma, bir CCI hastasında sağlıklı bir deneğe kıyasla serebral fonksiyonel bölgeler arasında CBF'nin önemli ölçüde azaldığını ortaya koymaktadır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Anahtar adımlar (bölüm 3 ve 4), CBF'nin serebral fonksiyonel bölgeler arasındaki dağılımını ölçen CBF Atlası'nın oluşturulmasının temelini oluşturur. Adım 4.2, yeni bir tekniğe öncülük ederek her beyin bölgesi için CBF seviyelerini açıkça tanımlar. Bu, doktorlara yalnızca hasta CBF'sinin küresel bir görünümünü sağlamakla kalmaz, aynı zamanda bireysel fonksiyonel bölgelerin kantitatif ölçümlerini de sağlar. Adım 5.1, CBF Atlas'ın CCI'yi sağlıklı kontrollerden ayıran önemli klinik tanı yardımcı programına sahip olduğunu göstermektedir.

Çeşitli teknik iyileştirmeler, esas olarak MRI-ASL görüntülemeyi kullanarak bu umut verici protokolü geliştirebilir. Tarama doğruluğu, CBF normalizasyonu ve yapısal ve CBF görüntülerinin senkronizasyonu ile ilgili standardizasyon gereklidir. Ek olarak, genişletilmiş kohortlar aracılığıyla tanısal bir temel olarak çok konulu sağlıklı bir CBF Atlası oluşturmak, daha fazla araştırmayı garanti eder. Klinik işbirlikleri yoluyla çeşitli serebral patofizyolojilerde CBF atlas paternlerinin biriktirilmesi de gelecekteki önemli çalışmaları temsil etmektedir.

Mevcut bir sınırlama CBF'dir, paha biçilmez olsa da, beyin koşulları için tek biyobelirteç değildir18,19. Beyin omurilik sıvısında fosforile tau proteini (p-tau), elektroensefalografi (EEG) ve serebral metabolik hızlar (örneğin, glikoz metabolizma hızı) gibi diğer hayati klinik belirteçlerin entegre edilmesi teşhisi artırabilir.

Her fonksiyonel beyin bölgesi için CBF dağılımının doğru bir şekilde hesaplanması ve bir atlas şeklinde sunulması, beyin fonksiyonel yapısal görüntülemenin üç boyutlu uzayda CBF dizileri ile hizalanmasını ve her bölge için CBF dağılımının hesaplanmasını gerektirir. Bu çaba, çalışmamızın ana yeniliğini temsil etmektedir. Beyin fonksiyonel bölgelerini temsil eden x ekseni ve her bölge için CBF dağılımını gösteren y ekseni ile elde edilen CBF atlası, hastalarda tedavi öncesi ve sonrası sonuçların karşılaştırılmasına olanak tanır ve sağlıklı ve hastalıklı gruplar arasında kantitatif karşılaştırmalar yapılmasını sağlar20. Bu, CBF'nin değerlendirilmesini deneyimsel yargıya dayanmak yerine daha kesin hale getirir (bölgeler arasında CBF dağılımının doğru bir şekilde karşılaştırılmasını sağlar)21.

Ayrıca, uzunlamasına CBF atlaslarının tedavi etkinliğini izleme ve zaman içinde nörolojik durumların ilerlemesini izleme potansiyeli, kişiselleştirilmiş tıp için umut verici bir yol sunmaktadır. Klinisyenler, sağlıklı serebral fonksiyonel bölgeler içinde CBF dağılımının bir temelini oluşturarak, terapötik müdahalelerin etkisini daha doğru bir şekilde ölçebilir ve hasta bakımı ile ilgili bilinçli kararlar verebilir.

Sonuç olarak, MRI-ASL görüntülemeyi kullanarak CBF Atlas'ın geliştirilmesi, serebral durumlar için tanı ve tedavi ortamını iyileştirmeye yönelik umut verici bir adımdır. Bu teknik, serebral kan akışı dinamiklerinin daha kapsamlı bir şekilde anlaşılmasına katkıda bulunma potansiyeline sahiptir ve bireysel hastanın serebral perfüzyon modellerine dayalı müdahaleleri uyarlamayı amaçlayan hassas tıp yaklaşımlarının geliştirilmesini destekleyebilir. Bu araştırma için gelecekteki yönergeler arasında metodolojinin iyileştirilmesi, protokollerin standartlaştırılması ve CBF atlaslarının nöroloji ve ötesindeki potansiyelini tam olarak gerçekleştirmek için klinik doğrulamaların genişletilmesi yer almaktadır.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

CBF Atlas V1.0 yazılım aracı, Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co., Ltd.'nin bir ürünüdür. Bu yazılım aracının fikri mülkiyet hakları şirkete aittir. Yazarların beyan edebilecekleri herhangi bir çıkar çatışması yoktur.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma, Pekin, Çin'deki Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd.'nin Ar-Ge departmanından önemli destek ve modelleme yardımı aldı.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
CBF AtlasAkıllı EntropiCBF Atlas V1.0Pekin Akıllı Entropi Bilimi ve Technology Co Ltd.
Tiroid Hastalığı için Modelleme
MATLABMathWorks2023BHesaplama ve görselleştirme
MRI CihazıSiemensAmria 1.5 TMRI tarayıcı

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Rodriguez, G., et al. Regional cerebral blood flow in chronic stroke patients. Stroke. 24 (1), 94-99 (1993).
  2. Kwok, C. H. R., et al. Cognition and cerebral blood flow after extracranial carotid revascularization for carotid atherosclerosis: A systematic review. Clin Ther. 45 (11), 1069-1076 (2023).
  3. Togao, O., et al. Arterial spin labeling-based MR angiography for cerebrovascular diseases: Principles and clinical applications. J Magn Reson Imaging. , (2023).
  4. Haidar, H., Majzoub, R. E., Hajeer, S., Abbas, L. A. Arterial spin labeling (ASL-MRI) versus fluorodeoxyglucose-PET (FDG-PET) in diagnosing dementia: a systematic review and meta-analysis. BMC Neurol. 23 (1), 385(2023).
  5. Xu, Y., Tan, G., Chen, D., Liu, J., Zhou, Z., Liu, L. Arterial spin labeling perfusion MRI applications in drug-resistant epilepsy and epileptic emergency. Acta Epileptol. 5, 23(2023).
  6. Xie, H., et al. Abnormalities of cerebral blood flow and the regional brain function in Parkinson's disease: a systematic review and multimodal neuroimaging meta-analysis. Front Neurol. 14, 1289934(2023).
  7. Tenberg, A., et al. Dysautonomia and activity in the early stroke recovery period. Neurol Sci. 45 (6), 2505-2521 (2024).
  8. Joshi, D., Prasad, S., Saini, J., Ingalhalikar, M. Role of arterial spin labeling (ASL) images in Parkinson's disease (PD): A systematic review. Acad Radiol. 30 (8), 1695-1708 (2023).
  9. Mohamed, A. Z., Kwiatek, R., Fante, P. D., Calhoun, V. D., Lagopoulos, J., Shan, Z. Y. Functional MRI of the brainstem for assessing its autonomic functions: From imaging parameters and analysis to functional atlas. J Magn Reson Imaging. , (2024).
  10. Vanherle, L., Matuskova, H., Don-Doncow, N., Uhl, F. E., Meissner, A. Improving cerebrovascular function to increase neuronal recovery in neurodegeneration associated to cardiovascular disease. Front Cell Dev Biol. 8, 53(2020).
  11. Fujimura, M., Tominaga, T. Significance of cerebral blood flow analysis in the acute stage after revascularization surgery for Moyamoya disease. Neurol Med Chir (Tokyo). 55 (10), 775-781 (2015).
  12. Østergaard, L., et al. The role of the microcirculation in delayed cerebral ischemia and chronic degenerative changes after subarachnoid hemorrhage. J Cereb Blood Flow Metab. 33 (12), 1825-1837 (2013).
  13. Mankoo, A., et al. The role of the autonomic nervous system in cerebral blood flow regulation in stroke: A review. Auton Neurosci. 246, 103082(2023).
  14. Yang, X., Qiang, Q., Li, N., Feng, P., Wei, W., Hölscher, C. Neuroprotective mechanisms of glucagon-like peptide-1-based therapies in ischemic stroke: An update based on preclinical research. Front Neurol. 13, 844697(2022).
  15. Ho, M. -L. Arterial spin labeling: Clinical applications. J Neuroradiol. 45 (5), 276-289 (2018).
  16. Sforza, M., Bianchini, E., Alivernini, D., Salvetti, M., Pontieri, F. E., Sette, G. The impact of cerebral vasomotor reactivity on cerebrovascular diseases and cognitive impairment. J Neural Transm (Vienna). 129 (11), 1321-1330 (2022).
  17. Elhadad, A., Jamjoom, M., Abulkasim, H. Reduction of NIFTI files storage and compression to facilitate telemedicine services based on quantization hiding of downsampling approach. Sci Rep. 14 (1), 5168(2024).
  18. Gonzalez-Ortiz, F., Kac, P. R., Brum, W. S., Zetterberg, H., Blennow, K., Karikari, T. K. Plasma phospho-tau in Alzheimer's disease: towards diagnostic and therapeutic trial applications. Mol Neurodegener. 18 (1), 18(2023).
  19. Magliozzi, R., et al. CSF parvalbumin levels reflect interneuron loss linked with cortical pathology in multiple sclerosis. Ann Clin Transl Neurol. 8 (5), 534-547 (2021).
  20. Kawano, H., et al. Aging and sex differences in brain volume and cerebral blood flow. Aging Dis. , (2023).
  21. Jia, R., Solé-Guardia, G., Kiliaan, A. J. Blood-brain barrier pathology in cerebral small vessel disease. Neural Regen Res. 19 (6), 1233-1240 (2023).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Cerebral Blood FlowArterial Spin LabelingFunctional Brain RegionsCBF AtlasMagnetic Resonance ImagingChronic Cerebral IschemiaRegion Specific CBFBrain DisordersNoninvasive ImagingLongitudinal CBF Atlas

Related Articles