Журнал по МРТ FieldStrength
Исследования — май 2015 г.
Новые знания в области нейроисследований
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.
«Технология шумоподавления в ходе диффузионной визуализации (DWI) позволяет достичь разрешения, подобного результатам Connectome Project в течение 13 минут».
Maxime Descoteaux является доктором наук, профессором компьютерных наук, директором развития платформы визуализации (PAVI), а также директором лаборатории Sherbrooke Connectivity Imaging Laboratory (SCIL). Он также является ведущим специалистом в области анализа и обработки изображений медицинского качества, экспертом по диффузионной магнитно-резонансной томографии, обработке и визуализации с целью выявления связей волокон белого вещества мозга.
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).
Конкретные и общие задачи
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».
Быстрое выполнение диффузионной визуализации высокого разрешения
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».
«Конечной целью является поиск новых биомаркеров определенных заболеваний, например нейродегеративных заболеваний, аутизма и психических расстройств»
Шумоподавление для повышения уровня качества
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.
«Большее число вен или более крупные вены по своему существу будут производить более сильные сигналы BOLD. Поэтому следует быть внимательным при сравнении двух активных участков одного пациента или нескольких пациентов».
Коррекция значения плотности сосудов
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.
Одновременное выполнение ЭЭГ-фМРТ
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.
«Существует множество средств конвертирования форматов DICOM-NIfTI, но намного удобней выполнять конвертацию прямо на панели управления».
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.
«В конечном итоге, хочется обеспечить воспроизводимость данных. Доступ к исходным данным является единственным способом, который позволяет точно увидеть происходящее».
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
Оформите подписку на FieldStrength
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
