מבוא ל-MRItative MRI ו- Brain Micro Structure

התחדשות מגנטית (MRI) כבר מזמן אבן הפינה של הדמיה במוח לא פולשנית, אבל MRI קונבנציונלי מספק רק ניגוד איכותני בין סוגי הרקמות. טכניקות MRI קוונטית (qMRI) ללכת צעד נוסף, מדידת פרמטרים פיזיים ספציפיים של רקמות ביחידות מוחלטות.זה מאפשר השוואות ישירות בין נבדקים, נקודות זמן וסורקים.

עקרונות היסוד של הפיזיקה של MRI

(ה) כל טכניקות ה-MRI מסתמכות על התנהגות מימן גרעיני (פרוטונים) בשדה מגנטי חזק (ראה:0B0HzFLT:1) של פרוטונים יש נכס מכני קוונטי הנקרא ספין, אשר נותן להם רגע מגנטי (i) בהיעדר שדה חיצוני (T) 7.10.

כדי ליצור אות, הדופק רדיו ⁇ (RF) מוחל בתדר Larmor. הדופק הזה לסובב את NMV הרחק מן ציר ארוך החלפתdinal לתוך המטוס transverse. זווית הסיבוב (זווית משולש) תלוי amplitude ומשך הדופק RF.לאחר הדופק מפסיק, ה-V עובר שני תהליכי הרפיה עצמאיים:

  • (FLT:0) רגיעה (Spin-lattice רפיה): 1:1 שחזור של מגנטיזציה לטווח ארוך כמו פרוטונים משחררים אנרגיה לסביבה שמסביב (הלטירס) T1 הוא הזמן קבוע עבור הקומה האקספוננציאלית הזאת.
  • (FLT:0)T2 הרפיה (Spin-spin) : אנדרפול ( 1:1:1) את דעון של מגנטיזציה הפוכה עקב phasing של ספינים שנגרמו על ידי אינטראקציות בין פרוטונים שכנים.

דעיכה נוספת, T2*, עולה משדה מגנטי מקומי הומוגניות והוא קצר יותר מאשר T2. אות RF הנפלט (ריק דיונון או הד) מזוהה על ידי סלילי מקלט וקודד מרחבי באמצעות ⁇ שדה מגנטי. עוצמת האות נמדד ב voxel תלויה בצפיפות פרוטון (PD), T1, T2, ו-T2 * Quantitative MRI באמצעות פרמטרים אלה באמצעות פרמטרים מבודדים רצף של מחסומים מכוונים.

טכניקות MRI אסטרטגיות

Diffusion MRI (DMRI)

Diffusion MRI מודד את גודל הפיזור האקוורטי (Brownian) של מולקולות מים בתוך הרקמות.האפקט הטבולי (ADC) משקף את גודל הפיזור, בעוד דיפוזיה של פיזור (DTI) מודלים את התכליתיות.בחומר לבן, צפיפות מים ספציפית טבולית מעדיף לאורך axons (סטיורציה מכניסטית) ו-Dypfusiond (Dicial diffusions) של ⁇ s) בכיוונים מרובים, כולל מוטציות (Dicial סטיות) כגון פיזור אופטיקה (Dicial סגסוגת (Doxy) ⁇ s) כגון סגסוגת ctras (Doxy) פיזור אופטיקה (Doxy) פיזור אופטיקה (Dypfusion) פיזור פיזור פיזור אופטימנטליגנטימיציפית (Doxy) פיזור פיזור פיזור אופטיקה (Doxy) כולל סגסוגת פיזור פיזור סגסוגת יותר (Doxy) ו-Doxy) כגון פיזור פיזור אופטיקה (Doxy) פיזור אופטיקה (Doxy (Doxy) ו-Doxy) פיזור פיזור פיזור פיזור פיזור אופטיקה מוגבלת יותר (Doxy) כגון

T1 ו-T2 Mapping

מיפוי קוונטי של T1 ו- T2 זמני הרפיה מניב מפות פרמטר (נקראות "מפות") שהן עצמאיות מהגדרות הסורקים. T1 מיפוי לעתים קרובות משתמשות בשיקום או רצפים של סטיות משתנה. T2 ממפה בדרך כלל משתמשות ברצףי ספין-אוב (T1) רגישים לרקמות: T1 הוא קצר יותר בשומן או חומר לבן-שלישבן מאשר בתנודות נוזל- TSF (TSF) ו- TSF.

העברת מגנטיזציה (MTI)

MTI מנצל את החלפת המגנטיזציה בין פרוטונים מים חינם ופרוטונים הקשורים מאקרומולקולות (למשל, Myelin, חלבונים) דופק RF מחוץ לזיכרון RF סלקטיבית את הפרוטונים היבשים, אשר לאחר מכן להעביר משקעים למים חופשיים באמצעות החלפת מים כימיים ואינטראקציות dipole-Dol-התוצאה של ירידה במים חופשיים - יחס מגנטיזציה (Mrecularation) והפרעות מרובות של מאקרו-מינליות (mectin) משמש לריכוזיות.

דרישות מיצוי (QSM)

QSM מודד את הרגישות המגנטית של רקמת, אשר תלויה בנוכחות חומרים פרגנטיים (למשל, ברזל, deoxyhemoglobin) וחומרים diaמגנטיים (למשל, Myelin, סידן) על ידי עיבוד תמונות שלב מרצף ⁇ -echo, QSM מייצרת מפות של רגישות מקומית.טכניקה זו היא בעלת ערך במיוחד עבור זיהוי המוח במחלות עצביות (greraine) ואפקטים עמוקים של סרטן המוח.

הפיזיקה שמאחורי Diffusion MRI

Diffusion MRI מסתמך על התופעה של ספין-דיפציה עצמית במים בנוכחות של ⁇ שדה מגנטי.רצף הדופק הבסיסי הוא הדופק ספין הד (PGSE), שפותח במקור על ידי Stejskal ו-Tner. שני הדופקים זהים ⁇ (התאורה ⁇ , הפרדה ⁇ ) ממוקמים על כל צד של הדופק של 180 מעלות recusing.

(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]

ברקמות אנזוטרופיות כמו חומר לבן, ADC יחיד אינו מספיק.DTI רוכש תמונות בעלות משקל דיפוזיה לפחות שש כיוונים שאינם קולינאריים כדי לשחזר 3×3 diffusion Tenor. ערכי האגגן של ה-Ror (λ1, λ2, λ2, λ3) ו eigenvectors לתאר את הגודל והכיוון של דפירוזיום.

  • (FLT:0) זוועות (FAIRLT): 1:1 מדד של קוהרנטיות כיוון (0=איזוטרופיה, 1= Anisotropic מושלמת)
  • (הופנה מהדף ⁇ )0 (MD): ממוצע ערכי אגניים, המייצג את גודל ההיתוך הכולל
  • (ב) λ1, λ1, רגיש לאמינות אקסוניאלית (AD): λ1, רגיש ל-Axonal Identity
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

עם זאת, DTI מניח Gaussian diffusion, שהוא oversimplification במיקרו-סביבה מורכבת של מודלים מתקדמים יותר עבור התנהגות לא-Gaussian. לדוגמה, דיפוזיה kurtosis diffusion (DKI) מעריך את התוספת של kurtosis (ההההתחילה מגוסטנסיות), מתן רגישות נוספת לרקמות hetereity noDDI משתמש מודל רב-מחזורי (peric) אך מצמצם יותר, אך מ-Cinated) וטכניקות CSF-inory) אך דורשות (Digrative CSF.

הבחירה של B-value היא קריטית. עבור הדמיה במוח, טווח B-value טיפוסי מ 1000 s / mm2 (DTI) עד 2000-3000 s / mm2 (DKI) ואפילו גבוה יותר עבור NODDI. גבוה b-values לשפר את הרגישות לצמצום הפיזור אך להפחית את יחס האות-to-noise (SNR) חומרת ⁇ - הם ⁇ s ampudeduded ו-values-pated-pable ל-pated-pated-pated-pfusion-pable מאוד כדי ל-pfusion קצר מאוד.

זמן הפחתת זמן ו-Tissue Micro Structure

T1 ו-T2 הרפיה נשלטים על ידי הסביבה המולקולרית המקומית.עבור רגיעה T1 (Spin-lattice), יעילות העברת האנרגיה תלויה בקצב של מולקולות מים ביחס לתדירות Larmor. Water הקשורה למאקרומולקולות או מוגבל בחללים צרים (למשל, בין שכבות הלילנין) מראה מהר יותר הרפיה (קיצור T1 עקב איטי יותר ויותר ממטרה ואינטראקציות מהירות (T1) עם מים).

T2 הרפיה (spin-spin) תוצאות מדה של מגנטיזציה transverse בשל וריאציות שדה מקומי. שטח בקנה מידה קטן הומוגניות מתנועה מולקולרית לגרום irversible T2 לרקמה, תאיזציה של מים - לדוגמה, בתוך mtra-axonal, עודף אקסון, ומימי הליטין - אינטגרטיביים מרובי-F2 שלי יש תכונות קצרות מאוד).

T1 ו-T2 הם גם תלוי שדה-הצמיחה.בתחומים גבוהים יותר (7T לעומת 3T), T1 עולה בעוד T2 יורד מעט, המשפיע על ניגודיות שדה הומוגניות הוא הכרחי במיפוי כמותי.טכניקות כמו DESPOT1 (ההנחה של איזון יחיד של T1) או זווית תפנית משתנה מאפשרת מיפוי מהיר.

מיפוי קוונטי של זמני הרגיעה מצא שימוש נרחב במחקר שינויים החומר הלבן.לדוגמה, במספר רב של sclerosis, T1 ו-T2 להאריך את ההארכה demyelinating lesions, בעוד T1 מקצר יכול להתרחש במבנים עשירים בברזל כמו כנופיות בסטיקה.במחלת אלצהיימר, T2 מוגברת באזורי ההיפקמפוס עם פתולוגיה של קומפוסטרציה, T2, מספק מיקרו-חמצני, ו-קומית של טביעה.

העברת מגנטיות וחילופי כימיקלים

העברת מגנטיזציה (MT) הדמיה היא טכניקה חזקה עבור תוכן מקרומולקולארי.אפקט MT הוא לכמת על ידי השוואת תמונות שנרכשו עם וללא דופק של ריצוף מחוץ לרסון. יחס העברת המגנטיזציה (MTR) מחושב כמו:

(ב) ⁇ (ב"ג) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כאשר S0 הוא האות ללא היסוס ו SFLT:0satsatFLT:1 הוא האות לאחר היסוס. A נמוך MTR מציין את השלמות המקרו-מולקולרית מופחתת, לעתים קרובות בשל demyelination. in Brain, חומר לבן יש גבוה יותר MTR ( ⁇ 40–50%) מאשר חומר אפור (30–35%), המשקפת את הדמיון העצום שלו אינו מספק את הערך המוחלט של Min.

העברת ריצוף כימי (CEST) היא הרחבה של MT אשר מטרות ספציפיות protons (למשל, amide, amine, קבוצות הידרוקסל) על metabolites.לדוגמה, amide proton transfer (APT) מזהה חלבונים ניידים ו peptides בגידולים, סיוע בהבדל של גלימות גבוהות מדרגה נמוכה יותר של שיטות CEST.

יישומים במחלת נוירולוגי

טכניקות MRI קוונטיות שינו את ההערכה של הפרעות נוירולוגיות. in the FLT:0 [multiple sclerosis (MS) ראשי תיבות של DTI ו- MT הדמיה לזהות נזק מיקרו-מבנה בחומר לבן בעל ערך רגיל (NAWM) זמן רב לפני שיקויים קונבנציונליים מופיעים.M. הפחתה ב-NAWM צופה התקדמות נכות.T1 ו-T2 יכולים למפות סטיות חריפה של חומר דלקתיוריאנטים עמוקים ממקרי עצבות, אשר מטיפוסים אפורים.

ב-FLT:0 [Alzheimer's disease (AD)FLT 1, diffusion MRI מראה מוגבר דיפרנציות והפחתה של anisotropy ב hippocampus ו cingulum, המשקפת שינויים מוקדמים degenerative. Quantitative T1 ו-T2 Map נקשרה ל- amyloid-beta ול deuposition במודלים של החיה qMRI מופחתת בטכניקות הדמיה של ה-CDC.

ב-FLT:0 (inbrainsigsFLT:1, דימות דיפוזיה במשקל (DWI) עם ADC מיפוי מסייע להבחין רמה גבוהה של גלימות ברמה נמוכה - נמוך ADC בגידולים ברמה גבוהה בשל צפיפות גבוהה יותר של תאים מוגברים. Perfusion MRI (ניגוד רגישות דינמי, DSC) מניב נפח דם יחסי (CV) אשר להעריך ביעילות רבה יותר נוגדנים עצמיים טיפול תרופתי לעומת פיזור דם נמוך יותר.

Stroke is another area where qMRI plays a critical role. Perfusion-diffusion mismatch (using DWI and PWI) identifies salvageable penumbra. Quantitative maps of T₂ and T₂* help distinguish hemorrhagic from ischemic stroke and evaluate edema progression. Advanced diffusion models like DKI have been shown to detect microstructural damage in chronic stroke beyond the infarct core.

לבסוף, המחלה של הנטינגטון:0 (Neuroodegenerative מחלות) 1 (FLT:1 ⁇ ) כמו מחלת פרקינסון, מחלת הנטינגטון, ו אמפטרוטרופיק מאוחר יותר (ALS) להפיק תועלת מ- qMRI. QSM מגלה הצטברות ברזל ב ⁇ substantia nigra ו putamen in פרקינסון's, סיוע אבחון. DTI מטריטוס בקורטיסטופינל עם מוגבלות עם שיטות אלה הם משולבים יותר.

כיוונים עתידיים ואתגרים

תחום ה-MRI המוח הכמותי ממשיך להתפתח במהירות.מגמה מרכזית אחת היא דחיפה לכיוון (FLT:0ultra-High-field MRIFLT:1 (7T ומעבר) גבוה יותר חוזקות שדה לשפר את SNR ורזולוציה מרחבית, המאפשר הדמיה של שכבות קוטרטרה-גבוהות, nuclei subcortical, וחבילות קטנות לבנות.

(FLT:0)Machine Learning (ML)FLT:1cio מוחל יותר ויותר על כמות MRI.מודלים למידה עמוק יכול להאיץ מיפוי פרמטר מהנתונים המכוסים, denoise low-SNR רכישות, ואפילו לחזות תכונות מיקרו-תרבותיות ישירות מתמונות גולמיות. ML מבוסס פלח של מפות QMRI מאפשר פיזור אוטומטי של מבנים ועומסי סגסוגת קוונטית יש גם כן מייצרת דיוק כפול:

(FLT:0)StandardizationFLT:1 נשאר ahurdle. Quantitative MRI ערכים שונים על פני סורקים ואתרים בשל הבדלים בחומרה, רצפי הדופק, ושיקום. Initiatives כמו Quantitative Imaging Biomarkers Alliance (QIBA) והחברה הבינלאומית לזיכרון מגנטי ברפואה (ISM) פועלים על מנת לפגוע בפרוטוקולים, קידודים וטכניקות קידודים אלה חייבים לספק קונצנזוס קליני.

כיוון מבטיח אחר הוא (FLT:0)multiparametric הדמיהFLT:1, שבו כמה פרמטרים qMRI משולבים לתוך מקבץ יחיד או ביומרקר. לדוגמה, T1, T2, MT, ו diffusion נתונים ניתן לשלב כדי ליצור "סימן" של הזדקנות נורמלית באלצהיימר, נפח מורכב של חומר מורכב, דיפוזה, ומדיום מנבא הופך להפחתה קוגניטיבית של כל פרמטרים.

לבסוף, מנגנונים מנוגדים של FLT:0 מנגנונים מנוגדים של מנגנוני העברת חומרים כימיים וגזים היפרקויים (למשל, 129Xe) פותחים חלונות חדשים ל- pH, חילוף החומרים ומיקרו-מבנה, בעוד אלה נשארים ברובם כלי מחקר, הם מצביעים על עתיד עשיר אפילו עבור הדמיה כמותית של המוח.

מסקנה

טכניקות MRI קוונטיות בנויות על עקרונות פיזיים קפדניים - רסיס, דיפוזיה, העברת מגנטיזציה, רגישות מגנטית. על ידי המרת עקרונות אלה במדידות מדויקות, QMRI מאפשר לחוקרים ולרופאים לחקור את הסביבה המיקרו-מבנית של המוח החי ללא הליכים פולשניים.שילוב של דיפוזיה דיפוזיה, מיפוי, MTI ו- QSM מציעה תצוגה מקיפה של בריאות במחלות רבות החל ממגוון רחב יותר של ניתוח עצבי, שיפור נתונים, ובסופו של חומרת, שיפור משמעותי יותר, שיפור משמעותי יותר, שיפור משמעותי יותר, שיפור משמעותי של חומרת משקל, ובדיקה מהירה יותר, ובדיקה מהירה יותר, אבחון, שיפור מערכת החיסון, ובדיקה מהירה יותר, שיפור משמעותי יותר, שיפור משמעותי של חומרת המוח, שיפור משמעותי, שיפור משמעותי יותר, שיפור משמעותי של חומרת המוח, ובדיקה של חומרת המוח, שיפור משמעותי של חומרת של חומרת המוח, שיפור משמעותי יותר, שיפור משמעותי של חומרת המוח שלנו, שיפור משמעותי יותר, שיפור משמעותי יותר, אבחון המוח, שיפור משמעותי יותר, אבחון המוח, אבחון מערכת החיסון, שיפור משמעותי יותר, שיפור משמעותי יותר, שיפור משמעותי יותר, אבחון, אבחון מערכת החיסון, אבחון מערכת החיסון, שיפור משמעותי יותר, סימולציה, שיפור משמעותי יותר, שיפור משמעותי יותר, שיפור משמעותי