New methods to quantify axonal magnetic properties and myelin integrity using MRI

使用 MRI 量化轴突磁性和髓磷脂完整性的新方法

基本信息

  • 批准号:
    2883541
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Myelin is a key component of brain function and structure, specifically in white matter (WM). It is an insulating layer of lipids and proteins covering many of the brain's axons that aids in the transmission of action potentials. If compromised it disrupts the axons' ability to transmit information which reduces the brain's ability to function. Myelin is especially of interest when considering illnesses such as multiple sclerosis (MS), which involves the demyelination of nerves within the brain and spinal cord. Therefore developing methods to accurately quantify myelin status is of high clinical importance.Current methods of mapping myelin non-invasively using Magnetic Resonance Imaging (MRI) rely on the magnetic field inhomogeneities induced by myelin's paramagnetic properties. Susceptibility tensor imaging (STI) is a MRI technique that maps the magnetic field inhomogeneities induced by myelin, providing a non-invasive way of assessing myelination. However, STI requires a complex acquisition where a patient is physically rotated inside the scanner in order to obtain information about the myelin anisotropy and orientation. This means that STI is not always applicable to the wider clinical environment. An alternative approach is quantitative susceptibility mapping (QSM) which also maps the field inhomogeneities induced by myelin, but it cannot characterize the myelin anisotropy and orientation. This project will establish a novel paradigm by developing Magnetic Susceptibility Interference MRI (MSI): exploiting magnetic field gradients typically used to sensitize the MRI signal to water diffusion in conventional diffusion-weighted MRI (dMRI) to probe the microscopic magnetic field gradients induced by the local microstructure and distribution of myelin susceptibility. Our objectives are:(a) Developing MSI's core: a biophysical model describing the effects on measured dMRI signals of the interference of diffusion-sensitizing magnetic field gradients with the myelin-induced microscopic field inhomogeneities(b) Developing computational tools to estimate myelin anisotropic susceptibility by inverting the forward model in (a) using simulation-based/likelihood-free machine learning methods(c) Demonstrating MSI using a unique dataset of STI/dMRI data acquired in-vivo in healthy and demyelinating rat brains(d) Demonstrating MSI in humans by optimising the acquisition and analysing new data collected in healthy volunteers and MS patients at 7T in the Cardiff University Brain Research Imaging Centre (CUBRIC).The proposed research will develop brand new imaging techniques that will have a transformative impact on understanding key constituents of brain function and provide a whole new avenue of research programmes aimed at characterising tissue state in-vivo. A non-invasive methodology to quantify in-vivo the brain WM state, myelin formation during normal and abnormal development and myelin breakdown in disease will allow for new insights into the basic understanding of brain physiology. The unique dataset of dMRI/STI/MSI data will offer a precious resource for understanding and extracting new clinically relevant information from medical images, which is of great value to the Medical Imaging research area. Potential for accurate quantification of how and how much brain WM myelination changes over time due to disease or other factors has implications for medical diagnosis, precision medicine, disease-modifying drug discovery, personalized treatment, monitoring or a more in-depth understanding of how such factors affect the brain.
髓磷脂是大脑功能和结构的关键组成部分,特别是在白质(WM)中。它是一层由脂质和蛋白质组成的绝缘层,覆盖在大脑的许多轴突上,有助于动作电位的传递。如果受损,它会破坏轴突传递信息的能力,从而降低大脑的功能。髓磷脂在考虑多发性硬化症(MS)等疾病时尤其令人感兴趣,多发性硬化症涉及大脑和脊髓内神经的脱髓鞘。因此,开发准确量化髓磷脂状态的方法具有重要的临床意义。目前利用磁共振成像(MRI)对髓磷脂进行非侵入性定位的方法依赖于髓磷脂顺磁性引起的磁场不均匀性。敏感性张量成像(STI)是一种MRI技术,可以绘制髓磷脂诱导的磁场不均匀性,提供了一种非侵入性评估髓鞘形成的方法。然而,STI需要一个复杂的采集过程,为了获得髓鞘各向异性和方向的信息,患者需要在扫描仪内进行物理旋转。这意味着性传播感染并不总是适用于更广泛的临床环境。另一种方法是定量敏感性作图(QSM),它也可以绘制髓磷脂诱导的场不均匀性,但它不能表征髓磷脂的各向异性和取向。本项目将通过开发磁化率干扰MRI (MSI)建立一个新的范例:利用传统扩散加权MRI (dMRI)中通常用于使MRI信号对水扩散敏感的磁场梯度来探测由局部微观结构和髓磷脂敏感性分布引起的微观磁场梯度。我们的目标是:(a)发展MSI的核心;描述扩散敏化磁场梯度与髓鞘诱导的微观场不均匀性干扰对测量的dMRI信号的影响的生物物理模型(b)开发计算工具,通过(a)使用基于模拟/无似是而非的机器学习方法反演正演模型来估计髓鞘各向异性敏感性(c)使用在健康和脱髓鞘大鼠大脑中获得的STI/dMRI数据的独特数据集来演示MSI (d)通过优化采集和分析在卡迪夫大学脑研究成像中心(CUBRIC)的7T健康志愿者和多发性硬化症患者中收集的新数据,展示人类的MSI。拟议的研究将开发全新的成像技术,这将对理解脑功能的关键成分产生革命性的影响,并为旨在表征体内组织状态的研究项目提供全新的途径。一种非侵入性的方法来量化体内脑WM状态,正常和异常发育期间的髓磷脂形成以及疾病中的髓磷脂分解,将使人们对脑生理学的基本理解有新的认识。独特的dMRI/STI/MSI数据集将为从医学图像中理解和提取新的临床相关信息提供宝贵的资源,对医学成像研究领域具有重要价值。由于疾病或其他因素,大脑WM髓鞘形成如何以及在多大程度上随着时间的推移而变化,这一潜力对医学诊断、精准医学、改善疾病的药物发现、个性化治疗、监测或更深入地了解这些因素如何影响大脑具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

吉治仁志 他: "トランスジェニックマウスによるTIMP-1の線維化促進機序"最新医学. 55. 1781-1787 (2000)
Hitoshi Yoshiji 等:“转基因小鼠中 TIMP-1 的促纤维化机制”现代医学 55. 1781-1787 (2000)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
LiDAR Implementations for Autonomous Vehicle Applications
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
生命分子工学・海洋生命工学研究室
生物分子工程/海洋生物技术实验室
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
吉治仁志 他: "イラスト医学&サイエンスシリーズ血管の分子医学"羊土社(渋谷正史編). 125 (2000)
Hitoshi Yoshiji 等人:“血管医学与科学系列分子医学图解”Yodosha(涉谷正志编辑)125(2000)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Effect of manidipine hydrochloride,a calcium antagonist,on isoproterenol-induced left ventricular hypertrophy: "Yoshiyama,M.,Takeuchi,K.,Kim,S.,Hanatani,A.,Omura,T.,Toda,I.,Akioka,K.,Teragaki,M.,Iwao,H.and Yoshikawa,J." Jpn Circ J. 62(1). 47-52 (1998)
钙拮抗剂盐酸马尼地平对异丙肾上腺素引起的左心室肥厚的影响:“Yoshiyama,M.,Takeuchi,K.,Kim,S.,Hanatani,A.,Omura,T.,Toda,I.,Akioka,
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:

的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('', 18)}}的其他基金

An implantable biosensor microsystem for real-time measurement of circulating biomarkers
用于实时测量循环生物标志物的植入式生物传感器微系统
  • 批准号:
    2901954
  • 财政年份:
    2028
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Exploiting the polysaccharide breakdown capacity of the human gut microbiome to develop environmentally sustainable dishwashing solutions
利用人类肠道微生物群的多糖分解能力来开发环境可持续的洗碗解决方案
  • 批准号:
    2896097
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
A Robot that Swims Through Granular Materials
可以在颗粒材料中游动的机器人
  • 批准号:
    2780268
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Likelihood and impact of severe space weather events on the resilience of nuclear power and safeguards monitoring.
严重空间天气事件对核电和保障监督的恢复力的可能性和影响。
  • 批准号:
    2908918
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Proton, alpha and gamma irradiation assisted stress corrosion cracking: understanding the fuel-stainless steel interface
质子、α 和 γ 辐照辅助应力腐蚀开裂:了解燃料-不锈钢界面
  • 批准号:
    2908693
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Field Assisted Sintering of Nuclear Fuel Simulants
核燃料模拟物的现场辅助烧结
  • 批准号:
    2908917
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Assessment of new fatigue capable titanium alloys for aerospace applications
评估用于航空航天应用的新型抗疲劳钛合金
  • 批准号:
    2879438
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Developing a 3D printed skin model using a Dextran - Collagen hydrogel to analyse the cellular and epigenetic effects of interleukin-17 inhibitors in
使用右旋糖酐-胶原蛋白水凝胶开发 3D 打印皮肤模型,以分析白细胞介素 17 抑制剂的细胞和表观遗传效应
  • 批准号:
    2890513
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
CDT year 1 so TBC in Oct 2024
CDT 第 1 年,预计 2024 年 10 月
  • 批准号:
    2879865
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Understanding the interplay between the gut microbiome, behavior and urbanisation in wild birds
了解野生鸟类肠道微生物组、行为和城市化之间的相互作用
  • 批准号:
    2876993
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship

相似国自然基金

复杂图像处理中的自由非连续问题及其水平集方法研究
  • 批准号:
    60872130
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    28.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
Computational Methods for Analyzing Toponome Data
  • 批准号:
    60601030
  • 批准年份:
    2006
  • 资助金额:
    17.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Novel diagnostic stimulation to quantify cortical excitability and guide epilepsy therapy
量化皮质兴奋性并指导癫痫治疗的新型诊断刺激
  • 批准号:
    10559958
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Democratizing embryo biomechanics: Development of robust and accessible methods to quantify sub-cellular mechanics in vivo
胚胎生物力学民主化:开发稳健且易于使用的方法来量化体内亚细胞力学
  • 批准号:
    10724783
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Fibrosis Beyond the Core: A New Application of MRI to Noninvasively Quantify Whole Kidney Fibrosis
超越核心的纤维化:MRI 无创量化全肾纤维化的新应用
  • 批准号:
    10796499
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Development of a handheld rapid air sensing system to monitor and quantify SARS-CoV-2 in aerosols in real-time
开发手持式快速空气传感系统,实时监测和量化气溶胶中的 SARS-CoV-2
  • 批准号:
    10854070
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Translating AI-based methods to quantify pathology in MS: Development, validation and implementation of a sustainable MRI analysis framework within a pan-Canadian network
转化基于人工智能的方法来量化多发性硬化症的病理学:在泛加拿大网络内开发、验证和实施可持续的 MRI 分析框架
  • 批准号:
    480232
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Operating Grants
A novel robotic wastewater analysis system to quantify opioid exposure and treatment in residential communities
一种新型机器人废水分析系统,用于量化住宅社区中阿片类药物的暴露和处理
  • 批准号:
    10549579
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Harnessing the gut microbiome to detect and quantify glycans
利用肠道微生物组来检测和量化聚糖
  • 批准号:
    10693304
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
An ultra-low-input RNase footprinting assay to quantify cytosolic and mitochondrial translation simultaneously
超低输入 RNase 足迹分析可同时量化胞质和线粒体翻译
  • 批准号:
    10344388
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Development of a point of care test-strip kit to quantify breastmilk nutrient profile
开发护理点试纸套件以量化母乳营养成分
  • 批准号:
    10481739
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Magnetic Susceptibility Interference MRI: developing new imaging methods to quantify axonal magnetic properties and myelin integrity
磁化率干扰 MRI:开发新的成像方法来量化轴突磁性和髓磷脂完整性
  • 批准号:
    BB/X005089/1
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了