扩散磁共振图像的大脑微结构成像研究综述

微结构成像是基于扩散磁共振成像在活体内表征人脑组织微结构特性的技术,现已被广泛应用于神经科学研究和临床应用中.微结构成像模型将不同组织特性和磁共振信号相关联以估算组织的微观特性,本文首先介绍微结构成像的研究现状及不足,之后从信号模型与多隔室模型两个角度综述了经典的大脑微结构成像方法,总结这两类模型存在的优点及不足,并介绍微结构量化分析方法,最后对微结构成像技术进行总结和展望.

龙门山断裂带多参数深部结构成像与地震成因研究

通过反演大量的纵、横波地震数据,获得了沿龙门山断裂带及周边区域的深部三维精细结构,结合前人二维大地电磁探测研究成果,提出龙门山断裂带地壳形变与深部速度结构和导电率不均匀性有关,探讨了2008年汶川和2013年芦山地震的诱发和产生与流体侵入及地壳形变的密切关系.本研究发现,2008年汶川地震发生在高速度、高泊松比和低电导率的区域,2013年芦山地震则位于高速度、低泊松比和低电导率的发震层.在上地壳中,四川前陆盆地的低速、低泊松比和低阻异常与松潘一甘孜地块的高速、高泊松比和高阻异常形成了鲜明的对比.在龙门山断裂带下方的两个低速和低阻块体,将龙门山断裂带分成南、中和北三段.我们的研究认为,这两个异常体与来自松潘甘孜地块的下地壳和(或)上地幔的局部熔融或流体侵入到龙门山断裂带的脆弱区有关.基于对汶川和芦山地震的余震分布特征及震源区的地震波速度、泊松比及电阻率参数分析,揭示了龙门山断裂带深部剧烈的地壳形变与流体应力积累对2008年汶川和2013年芦山地震的触发及其地震破裂过程具有重要的控制作用.

朝鲜半岛南部三维地壳速度结构成像

对多震相走时层析成像方法进行改进和优化,使用朝鲜半岛陆地和近海的地震记录,对朝鲜半岛南部(34.5°N～39°N,125°E～130°E)进行地震波走时反演,获得了本研究区的三维速度结构成像结果.分析了沉积层、基底、上地壳、康腊面、下地壳和莫霍面的特征.研究了不同地质区的深部结构的主要差别、主要断裂特征、海陆交界的地壳特征等.可以发现京畿山地与沃川褶皱带、太白山褶皱带、临津江褶皱带深部结构的差异尤为明显.

基于扩散磁共振的脑组织微结构成像研究综述

微结构成像是为了改善传统扩散磁共振成像的一些缺点而发展的一种新技术。微结构成像范式旨在建立组织结构特性与体素级磁共振信号相联系的模型,以此来估计并绘制微结构属性。目前该技术正在实现从实验室研究到临床应用研究的转变。首先介绍扩散磁共振成像并分析传统技术存在的主要问题,然后阐述微结构成像原理;随后,对受阻与受限制复合扩散模型、神经突起方向离散度与密度成像等微结构成像中常用的多隔室模型研究现状展开综述,包括模型组成、模型优化和临床应用等方面,重点在于深度学习算法应用于微结构成像参数拟合的研究现状。最后,对微结构成像技术发展趋势进行展望。

高分辨MR结构成像幼儿皮层特征参数与智力发育相关性的初步研究

目的:应用基于高分辨MRI结构成像(sMRI)、表面基础形态测量学(SBM)的皮层测量方法,分析幼儿148个脑区的皮层厚度(CT)、皮层表面积(SA)及平均曲率(AV)等参数,探讨皮层厚度等皮层形态学参数与幼儿智力发育水平的相关性。方法:对13例健康幼儿受试者进行智力发育水平评分。采用Siemens 3.0T MR机对所有纳入对象进行高分辨率的3DT1脑结构图像采集。使用基于SBM的方法获取每个被试者148个脑区的CT、SA、AV等参数,逐一对每个脑区皮层参数与幼儿智力发育水平评分进行相关性分析。结果:对受试者大脑半球皮层参数与智力量表评分的相关性分析中发现,SA与智力量表评分存在相关性的脑区集中于语言及社交相关区,即额下回脑沟局部区域,大部分呈负相关,如右脑额下回SA与量表中适应性评分的相关系数r=-0.646(P=0.017),与量表中语言评分的相关系数值r=-0.576(P=0.039);AV与智力量表评分存在相关性的脑区集中于视听、高级整合功能区的颞下回及顶下区,大部分呈负相关,如颞下回AV与量表中精细动作评分的相关系数r=-0.716(P=0.002);而CT与智力量表评分相关的脑区主要为语言区及与人脸识别相关的侧副横沟前部脑区,呈负相关,如右脑侧副横沟前部CT与量表中语言评分的r值为-0.765(P=0.002)。结论:基于高分辨率MRI并采用SBM测量的幼儿皮层参数与基于智力量表的幼儿智力评分间存在相关性的脑区分布比较广泛,由此可知幼儿大脑结构发育受内在生理因素影响,这与幼儿的智力发育水平、社会适应能力有直接关系。利用这种方法可以对幼儿脑皮层结构进行评估,并可进一步推测幼儿的基本发育状况。

南北地震带北段上地幔速度结构成像(Ⅰ)——方法与原理

本文详细讨论了利用P_n波走时资料对莫霍面的慢度场层析成像的方法与原理。在地震波慢度场的非均匀分布相对背景场为一挠动量的情况下,其走时为背景场分量与挠动场分量的线性迭加,因此,从观测走时中可提取出相对背景场的异常量。对走时异常分量的表达式作适当的变换即可得出拉冬变换形式,运用反投影重建或拉冬逆变换,可以直接求出慢度场的分布。

品行障碍脑功能结构成像研究进展

品行障碍(CD)是儿童青少年期最常见的一种心理行为问题。CD患者存在与情绪的识别处理、奖赏加工、认知控制与决策等有关的皮质和皮质下脑区结构、功能和连接的异常。本文主要对CD患者的功能MRI、结构MRI和扩散张量成像研究进展进行综述。

膝骨关节炎疼痛患者的脑结构和静息态功能磁共振成像研究进展

膝骨关节炎(knee osteoarthritis,KOA)是一种非常普遍且容易致残的关节疾病,疼痛是其主要临床症状且病理机制复杂。随着神经影像技术在KOA疼痛研究中的应用和发展,中枢神经系统被认为在KOA疼痛的发生、发展过程中起着关键的作用。MRI技术是研究中枢神经系统的尖端技术,被广泛用于疼痛的脑中枢重塑研究,能够较为直观地显示KOA疼痛患者脑结构和功能的改变。本文将脑结构MRI(structural MRI,sMRI)及静息态功能MRI(resting-state functional MRI,rs-fMRI)技术对KOA疼痛相关研究进行综述,主要包括对KOA疼痛患者脑灰质体积和皮质厚度的改变,白质微结构完整性的异常和rs-fMRI对KOA疼痛患者的脑低频振幅(amplitude of low frequency fluctuation,ALFF)、局部一致性(regional homogeneity,ReHo)、功能连接(functional connectivity,FC)和脑网络改变方面的研究。旨在评估神经影像标志物与KOA疼痛之间的关联,丰富对KOA疼痛患者脑sMRI和rs-fMRI影像改变的认识。

青少年抑郁症性别差异的磁共振脑结构成像研究进展

抑郁症是一种严重危害青少年身心健康的慢性精神疾病,临床表现主要为明显、持久的情绪低落。青春期是重性抑郁症(major depressive disorder,MDD)发作的高峰期,也是脑组织发育的重要时期。青少年患抑郁症可能会对大脑结构的发育成熟进程产生负面影响,导致大脑的形态和功能发生改变^([1,2]),从而增加成年期抑郁复发和产生心理障碍的风险,因此研究青少年抑郁症具有重要意义。

磁共振成像影像导航及靶区选择在经颅磁刺激治疗中的应用

背景:在经颅磁刺激临床实际应用中,是否能准确瞄准刺激脑区可影响经颅磁刺激的实际治疗效果。近年来,随着神经导航系统、移动式增强现实技术的发展,以及多种不同模态磁共振成像数据分析方法的出现,刺激靶区定位的准确性和靶区选择的优化有望得到进一步的提高。目的:综述基于磁共振成像的影像导航定位原理及在经颅磁刺激中的应用,归纳不同模态磁共振成像数据分析在指导经颅磁刺激靶区选择上的作用。方法:应用计算机在PubMed、中国知网和万方数据库检索相关文献,以“transcranial magnetic stimulation,coil positioning,neuronavigation,augmented reality,magnetic resonance imaging,经颅磁刺激,线圈定位,神经导航,增强现实,核磁共振成像,原理”为主要检索词,最终纳入63篇文献进行分析。结果与结论:①传统经颅磁刺激线圈放置方法中,“5 cm规则”、国际脑电10-20定位法最为常用,这些方法具有简便、经济的优点,但过于依赖操作者的经验,存在不同操作者的技术差异。②基于立体定向技术发展而来的神经导航系统是目前可视化程度及准确度最高的辅助经颅磁刺激线圈放置的引导方式,它通过MRI数据采集、脑三维重建、头模配准及立体几何定位等步骤来实现可视化定位,具有较高的临床治疗及科研应用价值,但因其设备较为昂贵,目前在医疗机构中尚未普及。③对于不同层次的医疗单位,移动式移动式增强现实技术不失为一种经济、高效的神经导航系统替代方案,它通过磁共振成像数据采集、构建二维/三维图像、虚拟图像与真实脑图像叠加来实现头皮下脑组织可视化定位,具有直观性强、成本低廉的优势,可在基层医疗单位推广应用。④尽管相对脑电10-20定位策略,可视化定位的临床疗效优越性目前尚未充分体现,但随着研究者对人脑多种不同模态磁共振成像扫描数据的挖掘,有望进一步优化经颅磁刺激治疗靶区选择的策略,提高经颅磁刺激治疗应答率和个性化程度,这在将来是极具潜力和挑战的研究方向。

正常成人脑部结构、静息态功能和弥散张量磁共振成像的可重复性分析

目的:评价正常成人脑部结构、静息态功能和弥散张量磁共振成像采用同台扫描仪和不同扫描仪的可重复性。方法:6名健康志愿者纳入研究,分别在2台不同扫描仪上进行同天检查以及间隔1周的重复一次检查,扫描图像为3D T1W结构像、静息态功能像(rs⁃fMRI)和弥散张量像(DTI)。对于3D T1W结构像,定量分析7个感兴趣区的体积。对于rs⁃fMRI,分析5个功能网络中的时间信噪比(tSNR)变化。对于DTI,分析胼胝体膝部、胼胝体体部、胼胝体压部及全脑在不同条件下部分各向异性分数(FA)。使用组内相关系数(ICC)评价不同条件下扫描结果的可重复性。结果:对于3D T1W结构像,同台扫描仪在各个脑区测量体积中均具有较好至非常好的可重复性,除右侧杏仁核外(ICC=0.73),两不同扫描仪在各个脑区测量体积的机器间的可重复性均非常好。对于rs⁃fMRI,同台扫描仪在感觉运动网络中的tSNR均表现出最高的可重复性(扫描仪1:ICC=0.85;扫描仪2:ICC=0.87);两不同扫描仪间的tSNR可重复性处于中等至好。对于DTI,同台扫描仪均具有较好的可重复性;除胼胝体膝部(GCC)的FA值外(ICC=0.45),两不同扫描仪间均具有非常好的可重复性。结论:在同台扫描仪上,3D T1W结构像、rs⁃fMRI及DTI具有较好至非常好的可重复性,然而,进行rs⁃fMRI网络分析及DTI脑区定量分析时,需要考虑不同扫描仪间的差异性。

基于多模态MRI对肥胖患者脑结构及功能的研究

目的 探讨静息状态下肥胖患者脑结构及功能改变的特点。方法 本研究为前瞻性。研究对象为2022年6月—2023年12月内分泌门诊随机获得的肥胖者,按纳入和排除标准纳入32名为肥胖组;同期招募25名年龄、性别及受教育年限相匹配的健康人为对照组(HC组)。收集肥胖者的临床和影像资料及HC组的影像和匹配的健康资料。影像检查,颅脑容积采用矢状面磁化快速梯度回波序列,静息态fMRI采用多频段平面回波序列,获得指标包括灰质体积值、分数低频振幅值(fALFF)和功能连接值(FC),两组间这些数值的比较使用两独立样本t检验。将组间fALFF有差异的脑区设为ROI,计算两组FC值并行独立样本t检验,得到组间FC差异脑区。上述组间比较结果均使用错误发现率(FDR)校正,检验水准:P<0.05,体素水平阈值:P=0.001。使用RESTPLUS软件的Utilities功能分别提取组间差异有统计学意义脑区的灰质体积值、fALFF值和FC值,并分别与肥胖患者的BMI行Pearson相关性分析。结果 (1)与HC组相比,肥胖患者右侧小脑8叶、左侧小脑6叶、左侧豆状核壳、右侧眶部额上回、左侧内侧额上回、右侧内侧和旁扣带脑回区域的灰质体积减小(P均<0.05),且肥胖患者BMI与左侧豆状核壳的体积值呈负相关(r=-0.52,P<0.005)。(2)与HC组相比,肥胖患者左侧小脑8叶、双侧海马旁回、双侧丘脑、左侧豆状核壳、左侧中央前回、左侧顶下缘角回的fALFF值升高(P均<0.05);同时右侧小脑Crus2区、右侧背外侧额上回、左侧额中回的fALFF值降低(P均<0.05);且肥胖患者BMI与左侧小脑8叶、左侧海马旁回、左侧丘脑的fALFF值呈正相关(r值分别为0.57、0.45、0.49,P均<0.05),与右侧小脑Crus2区的fALFF值呈负相关(r=-0.5,P均<0.05)。(3)肥胖组fALFF值异常升高脑区的峰值MNI坐标为种子点,分别绘制半径为3 mm的球形ROI,获得FC的显著变化脑区,与HC组相比,肥胖患者左侧小脑8叶-右侧颞中回、左侧小脑8叶-左侧颞下回、左侧小脑8叶-右侧枕下回、左侧小脑8叶-右侧豆状核壳、左侧小脑8叶-左侧豆状核壳、右侧海马旁回-右侧小脑9叶、左侧丘脑-右侧楔前叶、左侧顶下缘角回-右侧楔前叶FC强度增加(P均<0.05);且肥胖患者BMI与左侧小脑8叶-右侧枕下回、右侧海马旁回-右侧小脑9叶的FC强度呈正相关(r值分别为0.37、0.48,P均<0.05)。结论 肥胖者大、小脑部分脑区灰质体积减小,部分脑区功能受损。这些变化主要发生在大脑奖赏、执行控制和情绪评估等系统相关脑区。脑结构及功能相关指标有望成为肥胖的神经影像标记,为肥胖及其并发症的发现与治疗提供新的思路。

重度抑郁症患者杏仁核的磁共振成像研究进展

重度抑郁症(major depressive disorder,MDD)是一种严重的精神障碍性疾病,主要表现为情绪低落、兴趣和快感丧失以及出现自杀倾向等。杏仁核是情绪加工和调节的关键区域之一,在MDD的发病机制中起着重要作用。MRI技术的应用揭示了MDD患者杏仁核在结构、功能和代谢等方面的变化,对于MDD的早期诊断、疾病监测和疗效评估具有重要的临床意义。因此,本文将对不同MRI技术在MDD杏仁核中的相关研究予以综述,以期为深入解析MDD的病理机制及发展诊疗策略提供支持。

东非大裂谷的地壳和上地幔密度结构

利用卫星重力场数据和小波多尺度分析方法对东非大裂谷进行三维密度结构成像,取得了东非大裂谷地壳和上地幔多个深度等效层上的密度扰动图像,为东非大裂谷岩石圈结构和动力学的研究提供了重要佐证。结果表明,东非大裂谷中段的西支裂谷与东支裂谷的幔源熔体同源,但是西支裂谷发育较不充分、形成较晚。东非大裂谷的动力学模式为熔流体上涌的树形分叉模式,其要点包括:(1)低密度流体在软流圈大面积上涌;(2)流体在岩石圈继续上涌,部分转化为基性岩浆岩,平面面积缩小;(3)进入地壳后上涌熔流体分叉成多支,平面总面积进一步缩小;(4)熔流体上涌到上地壳后仅在裂谷带活动,反映为火山链和玄武岩带。

扩散磁共振成像振荡梯度自旋回波原理及其在脑胶质瘤中的应用进展

脑胶质瘤作为成人最常见的恶性中枢神经系统肿瘤,具有高病死率及侵袭性强的特点。脑胶质瘤的肿瘤分级及遗传表型异质性将影响治疗方案制订及预后,治疗后疗效评估及肿瘤复发早期诊断有助于提高患者生存期。基于振荡梯度自旋回波(oscillating gradient spin echo,OGSE)的扩散MRI是一种新型扩散MRI技术,它通过探测细胞直径、细胞密度、细胞内外体积分数等微结构特征,在脑胶质瘤影像诊断上具有广阔的应用前景。本文就OGSE成像的技术原理、OGSE成像在脑胶质瘤分类分级、分子分型预测、疗效评估、鉴别诊断中的研究进展及OGSE成像的应用现状进行综述,为脑胶质瘤的术前诊断及术后评估提供新思路。

脑结构及功能成像技术在精神分裂症高危人群临床转归预测和治疗效果评估中的应用进展

健康人群发展为精神分裂症之前有一个较长的“前驱期”,处于此期的人群为精神分裂症高危人群,若不及早进行干预治疗,1年内将有三分之一的高危人群发展为精神分裂症。通过脑结构及脑功能成像技术MRI、PET获取脑结构、功能数据,再结合临床资料可判断精神分裂证高危人群是否转归为精神分裂症。PET检查显示更多的纹状体多巴胺合成,MRI检查显示脑灰质体积增大以及额叶区大脑活动增加是药物治疗精神分裂症产生积极反应的潜在标志。MRI检查显示,前额叶皮层中灰质体积增大和厚度增加的精神分裂症患者非药物治疗效果好。

脑震荡后综合征的磁共振成像研究进展

脑震荡后综合征(postconcussional syndrome,PCS)是脑外伤后最常见的慢性后遗症。PCS的损伤机制涉及多种神经病理生理过程,目前尚不明确。越来越多的磁共振成像技术,例如,扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)、灌注加权成像(perfusion weighted imaging,PWI)、氢质子磁共振波谱成像(hydrogen proton magnetic resonance spectroscopy,1H-MRS)等被用于探究PCS从急性期到慢性期的神经病理生理变化与临床症状的关系。本文根据患者受伤的不同时期及其疾病进展进行纳入,对多种高级MRI手段在PCS中的应用进行综述,从不同角度了解其潜在神经病理机制,更好地服务于疾病的诊疗及预后。

帕金森病伴疼痛患者大脑皮层厚度改变的结构MRI研究

目的基于高分辨率结构MRI技术探讨帕金森病(Parkinson’s disease,PD)伴疼痛患者大脑皮层厚度(cortical thickness,CT)的异常改变及其与疼痛评分的相关性,揭示PD疼痛的神经解剖基础。材料与方法本研究于2020年9月至2022年3月招募了经苏州大学附属第二医院神经内科确诊的82例PD患者及附近社区的29例无痛正常对照(normal control,NC)志愿者。采集所有受试者的人口学、临床资料以及结构MRI图像。采用非运动症状问卷和视觉模拟评分法(Visual Analog Scale,VAS)对PD患者分别进行疼痛筛查和疼痛程度评估。依据VAS评分将PD患者分为PD伴疼痛(PD patients with pain,PDP)组41例和PD不伴疼痛(PD patients without pain,nPDP)组41例。CT分析步骤如下:采用计算解剖学工具箱12(Computational Anatomy Toolbox 12,CAT12)软件包对结构像进行预处理获得全部被试者的全脑CT图;统计分析采用one-way ANOVA及post-hoc事后检验。统计结果采用无阈值聚类增强(threshold-free cluster enhancement,TFCE)及错误发现率(false discovery rate,FDR)进行多重比较校正,阈值设为P<0.05。最后,提取PDP组差异脑区的CT值与VAS评分进行偏相关性分析。结果One-way ANOVA分析发现PDP组、nPDP组及NC组间CT值存在差异的脑区包括右侧额上回、右侧额中回下部及右侧额下回三角部。Post-hoc事后分析显示,与nPDP组相比,PDP组的右侧额中回下部及右侧额下回三角部CT值减低(P=0.033、0.007)。与NC组相比,PDP组的右侧额上回、右侧额中回下部及右侧额下回三角部CT值均减低(P<0.001)。偏相关分析未发现PDP组的右侧额中回下部及右侧额下回三角部CT值与VAS评分存在显著相关(P=0.088)。结论右侧前额叶区域(额中回及额下回)的CT减低可能是PD伴疼痛患者的神经解剖基础,该区域可能通过调节疼痛感知以及与疼痛相关的情绪/情感、认知加工等方面参与了PD疼痛的发生。

地质材料结构与功能射线成像方法与技术

地质材料结构与功能射线成像是采用射线对地球自然物质进行结构与功能成像,是研究地质材料物质组分、结构、特性与功能的重要手段,是认知地质现象、过程与动因的重要途径。在分析射线成像方法的基础上,分别梳理地质材料表面结构成像、三维结构成像与原位结构成像方法技术及适用条件,提出了地质材料功能成像方法与技术,并指出了地质材料结构与功能射线成像适用条件与发展趋势:(1)可见光、红外射线束和电子束射线等可实现地质材料表面的高精度成像;(2)X射线、γ射线和中子射线能量较高,可穿透地质材料实现三维成像;(3)地质材料的颗粒、矿物与基质等三维内部结构的静态成像研究已经比较成熟;地质材料原位(温度、应力和空隙压力等物理场)条件下的结构进行成像,是近年来地质材料结构成像的发展趋势;对地质材料的生成富集、储集、渗流等功能及过程进行射线成像是未来地质资源能源开发的重大需求,目前仍处于初步探索阶段。

基于结构光的钢轨表面缺陷高对比度成像技术

针对钢轨反光率差异导致的缺陷成像对比度差及亮度极不均匀问题,提出一种基于结构光激励和无监督学习的软硬件协同感知方法。首先设计周期线性条纹光源激励,利用结构光从硬件端增强缺陷成像的对比度。为综合高对比度的局部缺陷信息并克服全局亮度失衡,进一步设计无监督深度学习模型融合各子图,生成亮度均匀的高对比度钢轨表面缺陷成像。实验结果表明:该方法硬件系统结构简单,成本低,所设计的多图融合模型效果良好,同时具备应对局部信息缺失的鲁棒性,解决了钢轨表面反射差异导致缺陷成像对比度差的问题。