读文万卷025期:使用MRI形态学特征和表观弥散系数预测WHO II/III级胶质瘤分子状态;帕金森病的中脑的定量磁敏感成像

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1.Radiology:使用MRI形态学特征和表观弥散系数预测WHO II/III级胶质瘤分子状态

异柠檬酸脱氢酶(IDH)基因的变异,可用来定义绝大部分(>70%)慢生长型胶质瘤。对于胶质瘤的基因分型,目前尚缺乏可以稳定实现的MRI生物标记。基于T1、T1CE、T2和FLAIR序列,可以提取一系列肿瘤相关的解剖特征,但不足以作为可靠的生物标记。为此,来自伦敦大学学院神经病学部的John Maynard等人尝试加入DWI指标(如ADC,表观弥散系数),来提升影像特征的预测效果。

作者汇集了一批跨度10年(2008~2019)的病患数据(共计290被试,有完整的基因型信息),人工提取了这些被试的解剖特征,并计算了DWI指标:ADCmin、ADCmean、ADCnawm,也就是肿瘤区域的最小表观弥散系数、平均表观弥散系数、正常白质内的表观弥散系数。联合解剖特征和DWI指标,使用Logistic 回归模型进行预测,结果发现,基因型分类准确率可达80%以上。该文提示我们,在肿瘤分级与分类应用中,常用的序列是T1、T1CE、T2、FLAIR以及灌注相关的序列,或许加入DWI的信息,也能提供一定的帮助。

 

原文:World Health Organization Grade II/III Glioma Molecular Status: Prediction by MRI Morphologic Features and Apparent Diffusion Coefficient

DOI:10.1148/radiol.2020191832

 

2、Movement Disorders:帕金森病的中脑的定量磁敏感成像(Quantitative susceptibility mapping

图示:阈值P<0.05(基于体素的Bonferroni校正)的基于体素的t值图显示,QSM(列1和3)和R2*(列2和4)中的铁含量均增加。

背景:帕金森氏病的病理特征是黑质致密部中的多巴胺神经元丢失和铁超载。基于磁共振成像R2*的变化的研究发现,PD患者中脑铁含量增加。由于定量磁化率测绘是一种测量铁含量的新型MRI方法,因此本研究将其与R2*进行了比较,以评估PD中脑的变化。

方法:从47名PD患者和47名健康对照中获得了定量磁敏感成像和R2*图。通过在标准化空间中使用基于体素的方法和感兴趣区域的方法来分析中脑磁敏感性和R2*值,并与包括病程、统一的帕金森疾病分级量表(UPDRS)I、II和III得分以及左旋多巴等效的每日剂量在内的临床数据一起进行分析。所有研究都是在PD患者“服药”期间完成的。

结果:与对照组相比,PD患者的右中脑和左中脑的磁敏感性值均显著增加,位于与红色黑质对应的红色核的腹侧。该区域的磁敏感性值与疾病持续时间,UPDRS II和左旋多巴等效日剂量显著相关。相反,R2*仅在左侧外侧黑质致密部的较小区域显著增加,与临床参数无显著相关性。

结论:定量磁敏感成像的使用显示出与临床PD状态相关的显著性黑质变化比R2*更敏感。这些数据表明,定量磁敏感成像可能是评估PD中脑铁水平的优于R2*的成像生物标记。

 

原文:Quantitative Susceptibility Mapping of the Midbrain in Parkinson’s Disease

DOI:10.1002/mds.26417

 

3、Nature Communications:婴幼儿高级视觉皮层结构

人类心智和大脑的结构有多少在出生时就已经确定,又有多少是由经验产生的?针对此问题,麻省理工和剑桥大学的Ben Deen等人在Nature Communications杂志上发文,考虑了纹外视皮层的测试案例,这是一个高度系统的功能组织,几乎存在于每一个正常的成年人中,包括那些偏好行为显著的刺激类别的区域,如面孔、身体和场景。他们开发了一种新的方法,用功能磁共振成像(fMRI)扫描清醒婴儿,同时让婴儿观看多种视觉刺激。结果报告表明,4-6个月大婴儿的视觉皮层包含对抽象类别(面部和场景)有优先反应的区域,其空间组织类似于成年人。但是,婴儿和成人之间,跨多个视觉类别的精确反应曲线和活动模式有所不同。这些结果表明,视觉皮层中类别偏好的大规模组织在出生后的几个月内是和成年人类似的,但随后通过发育得以细化完善。

 

原文:Organization of high-level visual cortex in human infants

DOI: 10.1038/ncomms13995

 

4、NeuroImage:脊髓成像方法论述

本文记录了在2013年首届脊髓影像学会议的讨论意见,在会上脊髓影像学领域的专家学者对当时先进的脊髓研究方法与技术以及面临的挑战进行了交流与讨论。在脊髓影像学研究中最大的挑战就来源于脊髓本身,首先脊髓被骨骼重重包围,其次会受到周围脊柱与组织的运动的影响,最重要的就是其在横截面上过小的尺寸,都加大了脊髓成像中的困难,而且脊髓损伤患者常会植入金属用于固定患处而更加难以在核磁设备中进行采集。另一挑战则在于研究人员的匮乏,由于缺少大量研究人员进行脊髓的研究,即影响了脊髓影像学的研究进展,也由于缺乏需求而影响设备生产商对于相关设备研发的积极性。并在当时确定相对先进的研究方法,对潜在的理论与挑战进行讨论,分析这些方法在当时以及后来的发展中的潜在影响。在研究方法上提出将功能磁共振成像(fmri),弥散张量成像(dti)以及正电子发射断层成像(PET)等技术应用与脊髓研究的实例;在面对的挑战上,对于动作对于数据采集的影响以及解决方法,脊髓影像的配准方法等等方面展开讨论。基于这些研究人员的讨论结果,后续脊髓影像学的研究有了更加明确的发展方向。

 

原文:The current state-of-the-art of spinal cord imaging: Methods.

DOI:http://dx.doi.org/10.1016/j.neuroimage.2013.04.124

 

5、EMBO Molecular Medicine:18F-AV-1451 、CSF T-tau 和 P-tau 可作为阿尔兹海默的生物标志

Tau病理学是阿尔兹海默的关键特征,但是脑脊液tau和tau PET测量的关系尚不清楚。为了阐明阿尔茨海默中脑脊液(CSF)总tautotal-tau,T-tau)、磷酸化tauphosphorylated tau,P-tau)与tau PET受体18F-AV-1451之间的关系,研究者检查了30名认知健康的老年人(包含15名临床前AD),14名潜伏期AD和39名AD痴呆患者。通过腰椎穿刺获取脑脊液,同时采集MRI结构像和18F-AV-1451 PET。利用皮尔逊相关、线性回归模型等计算各指标间的关系。

结果发现:

(1)CSF T-tau和P-tau高度相关(R = 0.92,P <0.001),但它们与18F-AV-1451仅中等程度相关,且主要表现在AD痴呆患者中,潜伏期AD很少相关,对照组不存在显著相关。

(2) 18F-AV-1451与大脑萎缩和认知障碍密切相关,而CSF tau 仅与神经退行性变轻微相关,与认知障碍无相关。

(3)对于临床前AD,CSF tau会显著升高而18F-AV-1451保持正常。但是对于痴呆患者,疾病阶段18F-AV-1451会升高,CSF tau有的升高有的不升高。

因此得出结论:脑脊液T-tauP-tau主要表现为疾病状态的生物标志,因为对于很多AD病例中,在所有疾病阶段,它们似乎都增加了。相反,18F-AV-1451疾病阶段的生物标志,因为它在疾病的临床阶段会增加,并与脑萎缩和认知能力下降有关。

 

原文:18F-AV-1451 and CSF T-tau and P-tau as biomarkers in Alzheimer’s disease

DOI:10.15252/emmm.201707809

 

6、Psychological Medicine:个体差异与平均患者:使用标准模型表现ADHD的异质性

与一般的病例对照分析不同,一般的病例对照分析假设患者和对照组之间有明显的区别,因此引入了“普通患者”的概念,Thomas Wolfers等人则提出了一种全新的方法来模拟具有相同生物异质性精神障碍的人的个体差异,分别描述每个患者的生物学特性,从而深入了解持续性注意力缺陷多动障碍(ADHD)的不同特征。该研究采用一种标准的建模方法,绘制了参照整个生命周期中标准大脑结构变化的个体间差异,以检查病例对照分析掩盖个体间差异的程度。

在个体层面上,持续性ADHD经常偏离标准模型。并且多动症被试之间超过2%的重叠只在少数大脑位点被观察到。与健康的人相比,多动症参与者的小脑和海马体的灰质显著减少。通常的病例对照比较,掩盖了持续注意力缺陷多动症个体间的脑生物学差异。该研究的结果表明,“一般ADHD患者”的信息价值有限,这为在个体水平上探索ADHD生理差异的必要性和实现这一目标的实际手段提供了首证据。

 

原文:Individual differences v. the average patient: mapping the heterogeneity in ADHD using normative models

DOI:https://doi.org/10.1017/S0033291719000084

 

7、IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING MRA图像中颅内血管卷曲度的测量

异常的血管卷曲度、缠绕等特征的识别是临床疾病诊断的重要依据。已有的研究更多地是基于二维图像下,围绕血管的曲折度展开的。而对于三维图像中异常卷曲度的血管建模在医学图像处理中也很重要。

本研究首次提供了三维图像中颅内循环系统卷曲度的识别方式。我们对原有的二维图像下的卷曲度矩阵进行了拓展,并定义了卷曲度异常的三个临床特征。随后对本实验中采集得到的健康对照组和疾病组的三个临床特征进行分析,试图寻找具有异常血管卷曲度的区域。

本研究结果显示,三维的卷曲度能够更为有效地识别出血管形态的异常。基于曲率总和的卷曲度能够有效地识别出血管的缠绕现象,而这种螺旋状的结构与恶性肿瘤有关。

 

原文:Measuring Tortuosity of the Intracerebral Vasculature From MRA Images

DOI:10.1109/tmi.2003.816964 

 

8、NeuroImage 两岁前儿童视觉工作记忆的基础是功能性脑网络

 

视觉工作记忆(VWM,Visual working memory)是一种用来比较世界观和检测局部环境变化的中枢认知系统。这一系统在生命的前两年发展变化巨大。然而,我们对VWM在大脑层面的功能组织知之甚少。来自东英吉利亚大学的Reyes等人,在NeuroImage发文,使用功能性近红外光谱(fNIRS)技术,在77名婴儿中采集了19个皮层感兴趣区域(根据成人VWM相关文献选取)的神经活动,以探索VWM网络在早期发展中的空间组织。

结果显示,19个ROI中的6个有显著的任务特异性功能激活,本研究中激活的脑区和在成人fMRI研究中被确认为VWM网络的部分脑区存在空间一致性。工作记忆相关激活主要集中在双侧前顶叶内沟(aIPS)、左侧颞顶交界(TPJ)和左侧枕腹复合体(VOC)上,而视觉探索与右侧背外侧前额叶皮层、左侧TPJ和双侧IPS的激活有关。本研究的结果表明,一个分布式的脑网络是婴儿期VWM功能变化的基础

 

原文:The functional brain networks that underlie visual working memory in the first two years of life

DOI:doi.org/10.1016/j.neuroimage.2020.116971

 

9、皮层下核团参与唤醒的神经环路——来自fMRI的证据

休息期间的皮层活动会被广泛的、同步的电生理和血流动力学信号打断,但它们的行为相关性尚不清楚。在这里,本研究发现这些事件其实对应于皮层兴奋的瞬间下降,并与基底前脑和丘脑的活动变化有关。结合猕猴的fMRI和电生理学,首先确定fMRI瞬变与局域场电位(LFPs)向低频的频谱转移同时发生。将这些知识应用于人类连接体项目的fMRI数据,结果发现fMRI瞬变在躯体感觉皮质最强。令人惊讶的是,正性皮层连接的瞬变与负性连接的瞬变同时发生在与觉醒调节有关的局灶性皮层下区域,最明显的是基底前脑。这种皮层下区域的参与,与LFP频谱转移的典型模式相结合,表明通常观察到的fMRI皮层活动的广泛变化与短暂的唤醒下降有关。

 

原文:Liu, X., de Zwart, J.A., Schölvinck, M.L. et al. Subcortical evidence for a contribution of arousal to fMRI studies of brain activity. Nat Commun 9, 395 (2018). https://doi.org/10.1038/s41467-017-02815-3

 

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