面向阿尔茨海默病的多模态多尺度脑生物力学

目的阿尔茨海默病(AD)是最常见的神经退行性疾病,随着社会老龄化程度的加深,给社会和个人造成沉重负担。当前针对AD的诊断和评估主要采用对脑脊液中Aβ蛋白开展穿刺化验,或用注射核素采用PET成像方法对葡萄糖代谢或特异蛋白开展检测,尚缺乏无创简便的早期诊断和随访方法。研究表明,脑组织生物力学特性变化与退行性疾病密切相关。在不同尺度下采用生物力学理论和方法对AD的进展开展相关机制和表征开展研究,有助于AD早期诊断和治疗。方法在组织层面,采用磁共振弹性成像(MRE)技术对早期认知障(MCI)碍患者的脑生物力学特性开展在体测量,分析组织黏弹力学特性及其全脑分布的网络特征对MCI的诊断效能。在微观细胞层面,对Aβ蛋白影响下,采用原子力显微镜(AFM)对神经元细胞的力学特性变化开展测量,并基于显微成像的细胞骨架特征开展细胞力学建模,并针对Aβ蛋白诱导的力学变化开展机制分析。结果脑组织剪切模量在老年组显著下降,且MCI患者的脑组织弹性模量对比健康老年人也具有显著下降特征。全脑弹性模量的分布呈现小世界属性,对比健康对照其图网络结构在MCI患者中具有显著变化。神经元细胞在Aβ蛋白诱导下也呈现出软化特征,其细胞骨架结构也呈现空间分布的差异。神经元细胞的力学模型分析表明Aβ蛋白诱导的骨架变化是其总体力学特性变化的重要原因。结论生物力学特性在宏观和微观尺度下可以作为AD的生物标记,并揭示其发生机制。

磁共振弹性成像及其在脑疾病中的应用

磁共振弹性成像(magnetic resonance elastography,MRE)是一种通过外界激励将剪切波动传递到所测量的软组织中,采用磁共振成像记录波动位移,并基于波动特征对软组织的力学参量进行估计的方法.脑组织的力学参量,尤其是粘弹参量与其生长、老化和疾病密切相关.本综述首先介绍MRE的理论原理以及软组织粘弹性的物理意义和表示方法,并以脑组织MRE为例说明MRE的技术方法及其扫描过程.其次,针对脑肿瘤和神经退行性疾病等典型的脑疾病,介绍MRE在临床研究中的应用,说明粘弹参量作为脑科学基础研究和疾病诊断的新生物标志物的意义.最后,对MRE在脑疾病和脑科学的应用相关研究热点开展了讨论.

脑组织生物力学与纤维结构的频率特征

目的脑组织的生物力学特性对脑疾病的诊断和治疗评估具有重要意义。利用磁共振成像技术可以无创非介入地采集人脑组织的纤维结构和生物力学特性信息。而这种多模态的联合采集分析可以帮助揭示脑组织纤维结构与脑组织生物力学中的频率特性间的关系。方法计划采集30名健康受试者的磁共振图像数据。实验共分为两个部分,第1部分是自研的磁共振弹性成像(MRE),整个MRE过程中会分别采集20、40、60 Hz 3种外部振动频率下的脑组织剪切模量。

基于位移场拟合与深度学习预测的弹性成像反演算法

目的磁共振弹性成像(MRE)能够记录组织位移,并由反演算法得到组织的弹性模量分布图。在目前常用的反演算法中,基于有限元模型的非线性反演算法(NLI)能够在噪声较大的情况下计算不规则生物组织的力学性质分布。但是这种方法的准确度依赖于有限元模型的构建,且将在迭代优化的过程中消耗大量时间。

振动对脑血流量的影响探究

目的目前,对脑组织磁共振弹性成像(MRE)的研究表明,颅骨与大脑的相对运动可以影响大脑的形变并在一定程度上揭示了轻度创伤性脑损伤(mTBI)的力学机制,但颅骨与大脑的相对运动是否对脑血流量(CBF)有影响仍待探究。使用MRE振动器使颅骨与大脑产生相对运动,使用动脉自旋标记(ASL)探究振动前后(颅骨与大脑产生相对运动)CBF的变化。

MR弹性成像对慢性乙型肝炎肝纤维化的诊断价值

目的探讨MR弹性成像(MRE)和DWI对慢性乙型肝炎肝脏纤维化的诊断价值。方法前瞻性收集2017年7月至12月苏州大学附属第一医院,肝病病程超过6个月且乙肝表面抗原阳性的24例慢性乙型病毒性肝炎患者。所有患者均行超声瞬时弹性检查及常规MRI、MRE和DWI检查,超声和MRI检查时间间隔不超过1周。测量肝脏的超声弹性值,并在MRI图像上测量相应肝脏MRE弹性值及ADC值。按FibroTouch推荐分级阈值进行MRE肝脏纤维化严重程度分组,分别为无或轻度肝纤维化(F0~1级)组、显著肝纤维化(F2~3级)组、肝硬化(F4级)组。采用Spearman相关性分析评价肝脏超声弹性值与MRE弹性值、ADC值间的相关性。采用单因素方差分析评价MRE肝脏纤维化严重程度分组间MRE弹性值及ADC值的差异,利用ROC评价MRE弹性值、ADC值鉴别诊断肝纤维化及肝硬化的效能。结果24例患者均顺利完成超声弹性检查及MRI检查,图像质量良好。无或轻度肝纤维化组、显著肝纤维化组和肝硬化组3组间的肝脏MRE弹性值分别为(2.32±0.31)、(3.43±1.05)、(4.77±0.68)kPa,差异有统计学意义(F=61.690,P<0.01);上述3组患者的肝脏ADC值分别为(1.31±0.14)×10^-3、(1.23±0.15)×10^-3、(1.22±0.12)×10^-3mm^2/s,差异无统计学意义(F=1.074,P=0.360)。3组患者的肝脏超声弹性值分别为(5.61±1.05)、(9.56±0.57)、(17.25±3.55)kPa,肝脏超声弹性值与MRE弹性值呈正相关(r=0.858,P<0.01),而与ADC值间不具有相关性(r=-0.326,P=0.120)。MRE弹性值诊断≥F2级和F4级肝纤维化的ROC下面积分别为0.96、1.00,而ADC值的ROC下面积均不足0.70,分别为0.67、0.62。结论MRE可作为评估慢性乙型肝炎引起的肝纤维化及肝硬化的无创影像检查手段,而DWI在评价肝脏纤维化方面的作用有限。