磁共振弹性成像横观各向同性模型参量估计

目的磁共振弹性成像(MRE)技术能够无创测量人体软组织的力学特性。尽管目前研究多集中于各向同性模型,但针对脑白质和肌肉等横观各向同性组织,尚缺乏高效的参数估计方法。本研究采用行波分解模型,为横观各向同性弹性模型提供了一种新的闭式解析解,并在仿真和实验中验证了其有效性。方法从行波分解模型出发,结合横观各向同性模型中波的偏振和波速与传播方向以及纤维方向的关系,获得了横观各向同性参数和波场以及纤维方向的直接关系,并得到参数的直接解析解。并设计了前置低通滤波器做预处理,以及多频率多测量的融合,最终得到稳定的横观各向同性参数估计方法。结果本文通过异质性仿真实验验证了算法在参数估计和异质性结构识别的准确性。牛肉弹性成像和动态流变测试进一步证实了算法的可靠性,本方法结果与离体测试结果相符。在人脑磁共振弹性成像中,该方法准确恢复了白质区域的力学参数分布。结论本研究从行波分解的角度出发,提出了一种快速准确的横观各向同性弹性模型反演方法。仿真和实验验证表明,该方法能够有效估计异质性复杂纤维组织的各向异性力学参数,为深入理解生物组织的力学特性及相应疾病的监测提供了新的视角和工具。

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.

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。