Журнал по МРТ FieldStrength
Исследования — май 2015 г.
Исследователи университета Université de Sherbrooke (Шербрук, Квебек, Канада) применяют такие технологии, как технология шумоподавления, усовершенствованная трактография и метод одновременного выполнения ЭЭГ-фМРТ, которые позволяют лучше понять основные функции мозга в здоровом состоянии и при развитии заболевания.
Kevin Whittingstall является доктором наук, доцентом кафедры радиологии Шербрукского университета в Квебеке (Канада), а также заведующим кафедрой в рамках программы Canada Research Chairs в области нейроваскулярного сцепления. Основной областью его научных интересов является развитие неинвазивных инструментов для измерения и интерпретации функций и структуры головного мозга у людей и животных. В частности, работа в рамках его лабораторных исследований сконцентрирована на исследовании баланса между нейронной активностью и кровоснабжением мозга (нейроваскулярное сцепление) и на том, как нарушения данного баланса связаны с заболеваниями головного мозга (например, с опухолями головного мозга).
Maxime Descoteaux, доктор наук и директор лаборатории Sherbrooke Connectivity Imaging Laboratory (SCIL), фокусируется на исследовании нейронных связей, включая процесс разработки алгоритма, моделирования и канал обработки. Он выделяет две основные задачи в рамках визуализации нервной системы: понимание микроструктуры белого вещества, а также крупных связей в головном мозге. «На локальном уровне стоит задача понять, что представляет собой МР-сигнал в одном вокселе, особенно в белом веществе. В организме человека присутствуют тысячи аксонов, эритроцитов и клеток других типов, например глиальных клеток, средняя величина которых входит в один МР-сигнал. Таким образом, есть много возможностей для локального моделирования с целью получения данных о важных характеристиках на основе этих сигналов, — говорит доктор Descoteaux. — Конечной целью является поиск новых биомаркеров определенных заболеваний, например, нейродегеративных заболеваний, аутизма и психических расстройств». «На более глобальном уровне одной из основных задач является составление карты коннектома человека. По мере составления схемы связей мозга мы получаем такое количество данных, что в результате нам требуется создать новые алгоритмы для анализа этих данных».
Один из текущих проектов доктора Descoteaux включает применение методов математического моделирования и интеллектуальных алгоритмов для оптимизации изображений, полученных в ходе диффузионно-взвешенной визуализации (DWI). Согласно ему, в случае DWI, как и в случае применения всех методов МР-сканирования, отношение «сигнал-шум» уменьшается, а время получения изображений увеличивается по мере уменьшения размера воксела, в результате чего DWI выполняется при пространственном разрешении, которое не в состоянии обеспечить высокую точность реконструируемых трактов и особенностей диффузии. Совместно с коллегами доктор Descoteaux опубликовал научный доклад в рамках встречи ISMRM (2015 г.), в котором представлены выводы о том, что применение методов шумоподавления в ходе DWI позволяет получить изображения высокого разрешения, сопоставимые с изображениями, которые были получены в рамках проекта о коннектоме человека Human Connectome Project. Доктор Descoteaux заявляет: «Различие заключается в том, что наш набор данных был получен в течение 13 минут на сканере мощностью 3,0 Тл без применения специального дорогостоящего оборудования, в то время как в рамках проекта на получение изображений ушло 1,5 часа с применением систем Connectome Project».
Применение метода нелокального пространственного и углового сопоставления блоков для подавления шумов на исходных необработанных изображениях, полученных в ходе диффузионно-взвешенной визуализации, позволяет уменьшить пространственное разрешение при получении изображений, а также получать изображения с разрешением, аналогичным разрешению проекта Human Connectome Project, с помощью стандартного МР-сканера Philips Ingenia 3.0T. Данные были получены с пространственным разрешением 1,2 x 1,2 x 1,2 мм в течение 13 минут: 40 диффузионно-взвешенных изображений всего головного мозга с фактором b 1000 и одно изображение с фактором b 0.
Изображение SWIp (изображение слева) используется для визуализации вен в коре головного мозга, а также подкорковых отделах. С помощью внутренних методов реконструкции схема плотности сосудов становится доступна для отдельного пациента, затем ее данные усредняются для группы людей (изображение справа). Области красного/зеленого цвета обозначают области с плотной васкуляризацией вен. В ходе лабораторных исследований такие изображения применяются для коррекции схем активности фМРТ (BOLD) с целью максимального уменьшения числа ложных результатов.
В сферу интересов доктора Whittingstall также входит степень корреляции ЭЭГ и фМРТ. Он заявляет: «Мы находимся в процессе исследования вопроса, позволяют ли изменения в определенном диапазоне частот ЭЭГ лучше объяснить изменения, наблюдаемые в сигнале BOLD. Или это некая комбинация множественных частотных диапазонов различных областей головного мозга». Инструменты в области нейроисследований для поддержки исследований Доктор Whittingstall применяет инструмент iViewBold для создания схемы функциональных областей и связей. «iViewBold позволяет мгновенно увидеть, выполняет ли пациент задание соответствующим образом и является ли он подходящим пациентом для анализа данных BOLD, — говорит он. — Проспективная коррекция движения также является полезным методом. Обычно в пакетах онлайн-анализа фМРТ не всегда учитываются данные совмещения в онлайн-режиме, однако система Philips позволяет выполнять коррекцию в режиме онлайн, в результате чего схемы фМРТ являются более надежным источником данных». Кроме того, команда специалистов совместно с Philips в данный момент производят оценку нового инструмента, который позволит отобразить движения пациента в процессе получения изображений фМРТ (в реальном времени). Для исследований используется 32-канальная катушка dS Head. «За очень короткий промежуток TR (менее двух секунд) нам удается получить отличное значение отношения «сигнал-шум» в зрительной коре головного мозга с помощью едва различимых визуальных раздражителей», — отмечает доктор Whittingstall.
Доктор Whittingstall вместе с доктором Descoteaux высоко ценят пакет инструментов в сфере нейроисследований, т. к. данные инструменты облегчают процесс изменения формата DICOM-изображений на NIfTI. «Существует множество средств конвертирования форматов DICOM-NIfTI, — говорит доктор Whittingstall, — но намного удобней выполнять конвертацию прямо на панели управления». Благодаря соглашению с компанией Philips об исследовательской работе научные работники также имеют доступ к среде программирования импульсов Paradise Pulse Programming, а также имитатору последовательностей. «Она напоминает виртуальный сканер, — говорит доктор Descoteaux. — Я могу подготовить необходимые протоколы дома, в результате я готов к выполнению исследования, как только я окажусь вблизи сканера». Высокая степень воспроизводимости Доктора Descoteaux и Whittingstall выбрали цифровую МР-систему Philips Ingenia после загрузки и анализа исходных данных различных этапов сканирования, выполненных на разных системах. «Очень приятно опубликовать полученные результаты, но, в конечном итоге, хочется обеспечить их воспроизводимость. Доступ к исходным данным является единственным способом, который позволяет точно увидеть происходящее»,— говорит доктор Whittingstall. Доктор Descoteaux также добавляет, что они также довольны результативностью системы Philips в рассматриваемых категориях, включающих отношение «сигнал-шум», стабильность фМРТ и угловое разрешение для данных диффузии.
Литература
1. St-Jean S, Gilbert F, Descoteaux M Connectome -like quality diffusion MRI in 13 minutes - Improving diffusion MRI spatial resolution with denoising ISMRM 2015
2. Vigneau-Roy N, Bernier M, Descoteaux M, Whittingstall K Regional variations in vascular density correlate with resting-state and task-evoked blood oxygen level- dependent signal amplitude Human Brain Mapping 2014, 35 (5), 1906-192
Благодаря нашей регулярной рассылке FieldStrength об МРТ вам доступны статьи с описанием последних тенденций и материалов, эффективных методов МРТ, клинических исследований, советов, применяемых в ходе исследования и т. д. Оформите подписку сегодня, чтобы получить доступ к нашей бесплатной рассылке FieldStrength об МРТ.
Следите за новостями технологии МРТ компании Philips
You are about to visit a Philips global content page
ContinueYou are about to visit the Philips USA website.
Я понимаю