小鼠锰离子增强脑成像（MEMRI）数据分析算法研究及应用

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) has been widely used for the investigation of human brain function. Imaging experiments of animals play an important role in the study of brain function, for example, new drug development, mechanism investigation and so on. However, anaesthesia is requisite in imaging experiment of animals. Therefore, the brain function of animal can hardly be studies using fMRI. Recently, manganese（Mn2+）-enhanced magnetic resonance imaging (MEMRI) employ the Mn2+ as the imaging tracer.The animals were keeping sober or given stimulate after Mn2+ injection. In the meantime, Mn2+ are gathered in the active functional regions, where the image intensity is high in MEMRI. Therefore, the anaesthesia influence of the brain function could be eliminate in MEMRI imaging. When the MEMRI has been used widely in brain function stuides of animal, how to perform data analysis has been more and more important. Therefore, in this study, data analysis method and platform of MEMRI imaging of mouse brain will be established. And the modal of Alzheimer's Disease will be used to evaluate the constructed method and platform.

功能磁共振成像（fMRI）技术已经广泛应用于人脑功能的研究中，并取得了大量重要的研究成果。动物实验在许多探索性的脑功能研究中具有不可替代的作用，如新药的研发、发病机制的研究等。然而，活体动物在进行脑成像时必须对其进行持续的麻醉，因此，fMRI难以对其正常的脑功能活动进行研究。近几年发展起来的锰增强磁共振成像技术（MEMRI）使用锰离子作为示踪剂，在注射药物后的一段时间内保持被试动物正常的生理活动或给予其任务刺激，在此期间功能活动越活跃的区域锰离子的沉积就越多，其图像强度就越高。因此，MEMRI记录的是被试动物清醒状态下的脑功能活动，完全消除了麻醉对神经系统的影响。随着MEMRI越来越多的应用于动物脑功能研究中，如何对成像数据进行有效的数据分析成为亟待解决的问题。因此，本课题将以小鼠为研究对象，建立适用于小鼠MEMRI脑成像的数据分析算法及软件平台；并使用阿兹海默症疾病动物模型进行算法评估。

功能磁共振成像（fMRI）技术已经广泛应用于人脑功能的研究中，并取得了大量重要的研究成果。动物实验在许多探索性的脑功能研究中具有不可替代的作用，如新药的研发、发病机制的研究等。然而，活体动物在进行脑成像时必须对其进行持续的麻醉，因此，fMRI难以对其正常的脑功能活动进行研究。近几年发展起来的锰增强磁共振成像技术（MEMRI）使用锰离子作为示踪剂，在注射药物后的一段时间内保持被试动物正常的生理活动或给予其任务刺激，在此期间功能活动越活跃的区域锰离子的沉积就越多，其图像强度就越高。因此，MEMRI记录的是被试动物清醒状态下的脑功能活动，完全消除了麻醉对神经系统的影响。随着MEMRI越来越多的应用于动物脑功能研究中，如何对成像数据进行有效的数据分析成为亟待解决的问题。因此，本课题以小鼠为研究对象, 采用MEMRI成像技术，完成建立了小鼠多模态标准脑模板，包括T2加权的脑结构模板、T1加权的脑结构模板、全局给药的锰离子增强MEMRI标准脑模板；完成建立了小鼠脑组织分割模板，包括灰质、白质、脑脊液的组织概率图；完成建立了小鼠脑地图集，能够区分707个精细的脑组织结构；并改进了多模态图像配准算法，实现了脑模板与脑地图集空间的精确统一。最终，基于已建立的脑模板及脑地图集，完成建立了小鼠MEMRI脑成像的数据分析方法，包括逐像素统计分析算法、基于感兴趣区MEMRI通路自动提取算法、脑网络分析算法；并使用5XFAD转基因小鼠的跟踪MEMRI成像进行了算法的评估和验证。本项目共发表SCI文章8篇，中文核心文章1篇，申请专利一项；并完成了小鼠多模态脑成像数据分析平台。本项目所建立的小鼠多模态数据分析方法及软件平台已经通过邮件注册的方式免费对外发布，并通过国内外学术会议、培训班等方式对外宣传，截至目前已有十余家国内单位注册使用，并以为数十家国内单位进行数据分析的技术服务。该软件平台能够为大范围的小鼠脑成像研究提供客观可靠的数据分析及数据挖掘，能够有效的促进动物在体脑成像研究。