脑缺血动物模型的脑氧摄取分数MRI定量分析及后处理优化研究

Cerebral vascular disease is now the leading cause of disability in human kind. The presence of increased oxygen extraction fraction (OEF) has been proven to be a powerful and independent risk factor for subsequent stroke. Positron emission tomography remained the only way for measurement of OEF, but the high cost and limited availability inhibited its clinical use. We have worked out gradient echo sampling spin echo sequence (GESSE), which proved to be a noninvasive MR technique to estimate OEF quantitatively on an analytical model. We further investigated a more efficient sequence named asymmetric SE-EPI (ASE). However, the analytical model needs to be improved, and its accuracy under the pathological conditions needs to be tested as well. By using animal models with cerebral hypoperfusion and hyperperfusion, this project is designed to test the accuracy of OEF measurement with the standard results of blood gas analysis. Meanwhile, the estimation of OEF will be improved by optimizing the analytical model with modern signal processing technology. Based on the pathological results of canine infarct models, the correlation between OEF and pathological changes will be established to define the predictive value of OEF in the stroke. In conclusion, our project will provide a new method to evaluate brain hemodynamic, and offer theoretical evidence and technical support for the clinical use of OEF measurement.

脑血管病目前排在人类致残性疾病的首位。脑氧摄取分数（OEF）增高可以作为一个预示发生卒中的独立危险因素，有较大的临床应用价值。目前检测OEF的方法只有PET，在临床上难以普及。我们通过研究，设计了GESSE序列，可以通过数学模型计算OEF，从而实现了利用MRI无创测量OEF，并进一步开发了快速序列ASE。但是数学模型本身仍待改进，并且病理条件下测量的准确性还有待验证。本课题在以往工作的基础上，通过犬脑低灌注及高灌注模型，以经同步血气分析计算出的OEF为标准，验证在病理条件下定量检测OEF的准确性；同时拟将现代信号处理技术融合到OEF测量中，应用频域分析等方法，改进优化数学模型；以犬脑梗塞模型的病理学观测结果为依据，确立OEF变化与组织学变化的关系，探讨OEF在缺血性脑卒中的预测作用。本课题将为脑血流动力学的测量提供新方法，并进一步为OEF的临床应用提供理论依据和技术支持。

脑血流动力学状态的评价是梗塞危险性评估的一个重要方面，是近年来国际上研究的热点。氧摄取分数（Oxygen Extraction Fraction ，OEF）是一个重要的血流动力学参数，反映了脑组织氧代谢的状况。PET测量的OEF异常上升区域被认为是半暗带的金标准。OEF增高已经被公认为证明存在脑血流动力学损害的金标准。OEF的准确测量将会为临床提供一种有效的脑缺血的病生理状态的监测手段。利用脱氧血红蛋白在磁场中会引起局部磁场T2*变化的特性，ASE序列采集脑组织的该类信号，通过数学模型解算出脑组织OEF值。本项目致力于通过观察梗塞动物缺血脑组织的病理生理变化与OEF变化之间的关系，来阐明脑组织缺血损伤时OEF的变化规律及阈值范围。.本研究的主要内容包括：利用ASE序列测量犬脑高碳酸血症引起的血氧代谢变化；用ASE序列测量犬脑缺血模型的脑实质OEF值及其与病理学变化的相互关系；脑缺血动物模型的脑氧摄取分数的MRI定量分析及后处理优化。.实验结果表明，在犬可控性高碳酸血症时，ASE测量的脑组织OEF值能够反映吸入二氧化碳导致的脑血流量增加而继发的OEF下降；以TTC染色作为评价半暗带和梗塞核心的金标准，梗塞后2小时的OEF阈值分别为0.646和0.399，梗塞核心的OEF值随着梗塞时间的延长而上升，而半暗带的OEF阈值则基本保持不变。OEF后处理优化实验分析显示，基于Bayesian估计的自适应阈值小波去噪方法能显著提高图像的信噪比。.本课题的研究成果可以进一步应用于临床，为脑血流动力学的测量提供新方法，对急性及慢性脑血管性病变的脑组织氧代谢状态作出评价。