肝细胞外间隙信息采集与成像分析方法的建立

Liver is a complex and multiple atrioventricular system. As the microenvironment of cells, extracellular space (ECS) is an irregular and porous media with nanometre size. Due to the complicated bundary of liver ECS, in vivo measuring and imaging of ECS is a difficult problem in medical informatics, and parametres of structure and functions could not be got with previous imaging method. In order to solve these problems, with the aid of tracer-based MRI measuring method, we administrate gadolinium-diethylene triamine pentaacetic acid (Gd-DTPA) via multiple approaches according to liver hydromechanical model, improve diffusion equation and its algorithm, and finally get a real-time three-dimensional visualization of liver interstitial fluid (ISF) drainage process in whole live liver. Moreover, by using these new techniques, the framework design of measurement and analysis system for liver ECS and dynamic process of ISF flow will be completed.

肝脏组织是复杂的多房室系统，其中细胞外间隙（extracellular space, ECS）是纳米尺度不规则形的多孔介质。由于肝ECS边界条件复杂，尺度远小于现有活体成像设备的图像采集基本体素单元，其活体测量与成像分析是医学成像分析领域尚未解决的难题。本课题采用磁共振示踪技术（Tracer-base MRI），根据肝微环境多房室流体力学特征进行建模，经多房室分别导入磁性分子探针后，应用MRI进行实时扫描，利用改良的扩散方程解与算法，借助图像处理和数据分析平台，获取肝ECS的微观结构参数，实现肝ECS内组织间液（interstitial fluid, ISF）引流的可视化，建立肝ECS信息采集与成像分析方法，为经ECS途径精准药物治疗提供新方向与新技术。

人体胸腹部疾病诊断和治疗对于生命和健康具有重要意义. 医学影像导引的介入消融和栓塞手术是重要的有效手段之一. 本项目对于医学介入手术中的肝细胞外间隙信息采集方法、动物实验专用线圈和配套MRI成像序列设计, 以及介入手术治疗方式、药物分子学、检测技术和指标数据等进行了深入研究. 同时, 医学介入治疗手术强烈依赖于医学导引影像的处理和分析, 利用自相似性处理、冲击扩散方程、稀疏低秩表示、卷积神经网络、活动轮廓方程和特征自适应处理等技术, 对于图像预处理、分割、配准融合和测量等进行了深入研究, 提出了若干实际可行的影像分析解决方案. 作为涉及医学、信息与数学的前沿性的交叉研究, 本项目完成的肝细胞外间隙结构与功能信息采集与成像分析方法, 高效多样的介入手术治疗方式和一体化综合图像处理和数据分析平台, 极大地促进了医学介入治疗理论和实践应用.