Concurrent High-Speed fMRI and Diffusion Tensor MRSI

并行高速 fMRI 和扩散张量 MRSI

基本信息

  • 批准号:
    9810031
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 17.65万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-06-10 至 2021-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Summary/Abstract Recent advances in MR spectroscopic imaging (MRSI), diffusion tensor imaging (DTI) and functional MRI (fMRI) have the potential to enhance the clinical utility of presurgical mapping to aid in the diagnosis, treatment planning and surgical resection of brain neoplasms. Diffusion tensor spectroscopic imaging (DTSI) can provide unique information on intracellular properties, such as viscosity, cell swelling, restriction in subcellular structures, and cytoplasmic streaming that may help to characterize infiltration and inflammatory processes. DTSI complements recently developed Q-space trajectory imaging (QTI) of tissue water, which can measure tumor specific abnormalities in microscopic anisotropy and isotropic heterogeneity not seen in linearly encoded diffusion tensor imaging (DTI). Resting state fMRI (rsfMRI) is a promising task-free whole brain approach complementing task-based fMRI (tfMRI) and extending mapping of eloquent cortex to patients with impairment. Evaluating the individual and joint tissue and functional specificity of these advanced MRSI technologies and their clinical utility for presurgical mapping in patients with brain tumors is of considerable interest. However, integration of DTSI with QTI and fMRI is been hampered by long scan times and motion sensitivity of DTSI, which prevents routine clinical use. The primary objective of this proposal is to develop a method to reduce motion sensitivity of DTSI using single-shot encoding, to integrate DTSI and high-speed fMRI into a single pulse sequence to reduce long scan times in multi-modal presurgical mapping, and to validate this approach in healthy adults and in patients with brain tumors. A secondary objective is to assess the individual and joint sensitivity and specificity of DTSI and QTI for tissue characterization. Our preliminary results using Proton-Echo-Planar-Spectroscopic-Imaging (PEPSI) at 3 Tesla demonstrate (a) the feasibility of mapping the age dependence of metabolite diffusion in children and adults, (b) presurgical mapping with high-speed fMRI and fast short TE 3D MRSI in patients with brain tumors, and (c) proof-of-concept of simultaneous fMRI and MRSI in a single scan. The rationale of this research is that multi-modal presurgical mapping provides complementary biomarkers for improving sensitivity and specificity of characterizing tumor tissue status and tumor boundaries in relation to eloquent cortex, complementing surgical decision making and prediction of functional and oncological outcomes. If successful, this research will promote integration of advanced MRSI into clinical brain mapping protocols to study novel tissue-specific biomarkers and their association with pathology.
摘要/摘要 磁共振波谱成像 (MRSI)、扩散张量成像 (DTI) 和功能 MRI 的最新进展 (fMRI)有潜力增强术前绘图的临床效用,以帮助诊断、治疗 脑肿瘤的计划和手术切除。扩散张量光谱成像 (DTSI) 可以提供 关于细胞内特性的独特信息,例如粘度、细胞肿胀、亚细胞结构的限制, 和细胞质流可能有助于表征浸润和炎症过程。 DTSI 补充了最近开发的组织水 Q 空间轨迹成像 (QTI),可测量肿瘤 线性编码中未见的微观各向异性和各向同性异质性的特定异常 扩散张量成像(DTI)。静息态功能磁共振成像(rsfMRI)是一种有前途的无任务全脑方法 补充基于任务的功能磁共振成像(tfMRI),并将雄辩皮层的映射扩展到有损伤的患者。 评估这些先进 MRSI 技术的个体和关节组织及功能特异性, 它们在脑肿瘤患者术前绘图中的临床应用引起了人们的极大兴趣。然而, DTSI 与 QTI 和 fMRI 的集成受到长扫描时间和 DTSI 运动敏感性的阻碍,这 妨碍常规临床使用。 该提案的主要目标是开发一种方法来降低 DTSI 的运动灵敏度,使用 单次编码,将 DTSI 和高速 fMRI 集成到单个脉冲序列中,以减少长扫描 多模态术前测绘的时间,并在健康成人和患有以下疾病的患者中验证这种方法 脑肿瘤。第二个目标是评估 DTSI 的个体和联合敏感性和特异性,以及 用于组织表征的 QTI。我们使用质子回波平面光谱成像的初步结果 (PEPSI) 在 3 特斯拉证明 (a) 绘制代谢物扩散的年龄依赖性的可行性 儿童和成人,(b) 使用高速 fMRI 和快速短 TE 3D MRSI 对患有以下疾病的患者进行术前测绘 脑肿瘤,以及 (c) 在单次扫描中同时进行 fMRI 和 MRSI 的概念验证。这样做的理由 研究表明,多模式术前标测可提供补充生物标志物以提高敏感性 以及表征肿瘤组织状态和肿瘤边界与雄辩皮层相关的特异性, 补充手术决策以及功能和肿瘤结果的预测。 如果成功,这项研究将促进将先进的 MRSI 整合到临床脑图谱协议中,以 研究新的组织特异性生物标志物及其与病理学的关联。

项目成果

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    7937796
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    2009
  • 资助金额:
    $ 17.65万
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    BB/V006738/1
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    2020
  • 资助金额:
    $ 17.65万
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    422882
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 17.65万
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  • 资助金额:
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  • 资助金额:
    $ 17.65万
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    Research Grants
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