磁共振成像(MRI)图像通常是静态的。但是现在,来自马泰医学研究院(Mātai)、史蒂文斯理工学院、斯坦福大学、奥克兰大学和其他机构的研究人员报告了一种成像技术,该技术可以实时、3D并以惊人的细节捕捉运动中的大脑,提供了一种潜在的诊断工具,可在威胁生命之前,检测出难以发现的状况,例如阻塞性脑部疾病和动脉瘤。


这项称为3D放大MRI或3D aMRI的新技术揭示了搏动的大脑运动,可以帮助研究人员无创地观察脑部疾病,并为阻塞脑部或阻塞脑液流动的微小变形或疾病提供更好的治疗策略。

研究人员研发新的成像技术 可直观显示难以发现的大脑状况

玛泰大学研究主任萨曼莎·霍尔兹沃思(Samantha Holdsworth),是奥克兰大学高级讲师,大脑研究中心首席研究员,史蒂文斯理工学院机械工程助理教授穆罕默德·库尔特(Mehmet Kurt)现在已发表了两篇有关aMRI的论文与斯坦福大学、加州大学圣地亚哥分校、皇后大学和西奈山伊坎医学院的合作。


在线发表在《医学磁共振》上的第一篇论文介绍了3D aMRI方法,并将其与2D aMRI的前身进行了比较。新方法使人脑运动的视觉效果令人惊叹,可以从各个方向看到。第二篇论文在线发表于《脑部多物理场》,对大脑在三维空间中移动时的振幅和方向进行可视化、验证和量化。验证和量化可确保软件处理反映真实运动的放大版本。


两篇论文中报道的方法可能对许多脑部疾病具有重要的临床见解。例如,已经提出了脑底两个区域,即脑桥和小脑的异常运动,作为Chiari I畸形的诊断标志,Chiari I畸形是导致脑组织伸入椎管的异常。


斯坦福大学的Holdsworth,Mahdi Salmani Rahimi,Itamar Terem和其他合作者开发了2D放大MRI,从而使MRI成像能够以前所未有的方式捕获大脑运动。3D放大MRI基于之前在2016年开发和发表的工作。aMRI算法使用了由麻省理工学院的Neal Wadhwa,Michael Rubinstein,Fredo Durand,William Freeman及其同事开发的视频运动处理方法。

研究人员研发新的成像技术 可直观显示难以发现的大脑状况

斯坦福大学的研究生,特里姆大学的特雷姆解释说,这种新方法在心脏跳动时放大了大脑的微观节律性搏动,从而可以观察到微小的活塞状运动,该运动小于人发的宽度。新的3D版本提供了更大的放大倍数,这使我们对大脑运动有了更好的可视性,并且准确性更高。


人脑的3D aMRI显示大脑的微小运动,其空前的空间分辨率为1.2mm3,大约是人的头发的宽度。实际动作被放大(放大,最多25倍),以使临床医生和研究人员可以详细查看动作。这些动画放大运动的惊人细节可能有助于识别异常,例如由包括血液和脑脊髓液在内的脊液阻塞所引起的异常。


Mehmet说,我们证明了3D aMRI可用于量化3D中固有的大脑运动,这意味着3D aMRI具有巨大的潜力,可以被放射科医生和临床医生用作临床工具,以补充患者治疗的决策。来自史蒂文斯理工学院的库尔特(Kurt),第二篇论文的高级作者补充说,我在史蒂文斯的实验室中,我们已经看到与西奈山的临床医生合作,在包括Chiari畸形I,脑积水和动脉瘤在内的各种临床状况中使用3D aMRI技术的变体的好处。


使用新的成像软件的许多研究项目正在进行中。霍尔兹沃思说,我们正在使用3D核磁共振成像,以了解是否可以找到有关轻度颅脑外伤对大脑影响的新见解。她补充说,马泰与奥克兰大学合作进行的一项研究正在进行中,使用了3D aMRI与脑部建模方法一起研究是否可以开发出一种无创的测量脑压的方法,这在某些情况下可能不需要脑外科手术。这在临床上可能是有价值的,例如,在特发性颅内高压患儿中经常需要侵入性脑压监测的人。


奥克兰大学解剖学和医学影像学系的副教授Miriam Sadeng是医生,也是这两篇论文的作者。他说,这种引人入胜的新型可视化方法可以帮助我们了解驱动流体流动的原因。它将使我们能够开发出大脑运作方式的新模型,这将指导我们如何维持大脑的健康并使其在疾病或失调中得以恢复。


史蒂文斯(Stevens)的库尔特(Kurt)实验室的研究生,第二篇论文的主要作者Javid Abderezaei说,通过计算模型验证该方法使我们对这项工作的潜在影响有了进一步的信心。令人兴奋的是,健康的大脑中占主导地位的移位模式与潜在的生理学在质量上相匹配,这意味着由脑部疾病引起的生理流的任何变化都应反映在我们测量的移位中。


观察大脑运动差异的能力可以帮助我们更好地理解各种脑部疾病。将来,该技术可能会扩展到在全身其他健康疾病中使用。


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