RSNA2023中樞神經(jīng)影像學(xué)

胡爽,謝彥,閻肅,朱虹全,段冰芳,李詩卉,姚義好,石晶晶,張巨,張琪雅,張盈盈,侯明佳,朱文珍

腦卒中及腦血管疾病

1.腦卒中危險因素和預(yù)防

Cao等通過對102例接受經(jīng)血管介入治療的(EVT)急性缺血性腦卒中(AIS)患者進(jìn)行回顧性研究,引入一種新型評分系統(tǒng)評估靜脈側(cè)枝循環(huán)的狀態(tài)(4D-VCS),研究4D-VCS對出血轉(zhuǎn)化(HT)風(fēng)險的預(yù)測價值。研究發(fā)現(xiàn)較高的血栓負(fù)荷評分(CBS,OR:0.89)、良好的動脈側(cè)枝循環(huán)(4D-ACS,OR:0.53)和良好的靜脈側(cè)枝循環(huán)(4D-VCS,OR:0.83)與出血轉(zhuǎn)化風(fēng)險降低顯著相關(guān),而將4D-VCS與其他預(yù)測因子相結(jié)合的組合模型(4D-VCS+4D-ACS+CBS)預(yù)測價值最高,AUC為0.851。

Liu等納入150例60歲以下無傳統(tǒng)心腦血管危險因素的被試,使用頭頸聯(lián)合高分辨率MRI分析頸動脈幾何形態(tài)與大腦中動脈(MCA)動脈粥樣硬化之間的關(guān)系,研究發(fā)現(xiàn)MCA動脈粥樣硬化組的頸動脈分叉角更大(P=0.026),頸動脈分叉角度與MCA動脈粥樣硬化風(fēng)險因素獨(dú)立相關(guān)(OR=1.232,AUC=0.622),而頸動脈管腔面積和顱內(nèi)外頸內(nèi)動脈形態(tài)沒有顯著差異。

Kanazawa等對41例頸動脈狹窄患者行T1WI、T2WI和CEST-MRI掃描,T1WI和T2WI信號被定義為以肌信號為標(biāo)準(zhǔn)的斑塊信號強(qiáng)度,根據(jù)CEST-MRI數(shù)據(jù)計(jì)算出水相信號、磁化轉(zhuǎn)移(MT)、酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移(APT)和NOE效應(yīng)信號參數(shù),回歸分析CEST參數(shù)與T1WI、T2WI信號比的關(guān)系,并與動脈粥樣硬化斑塊病理結(jié)果進(jìn)行比較。研究發(fā)現(xiàn)T1WI信號比與水相信號(R=0.42)、APT信號 (R=0.35) 和NOE信號 (R=0.34)之間存在微弱的正相關(guān)性,而MT比率的影響則較小。CEST-MRI技術(shù)有望通過區(qū)分APT與NOE來評估動脈粥樣硬化斑塊。

Yan等納入因顱內(nèi)動脈粥樣硬化狹窄而發(fā)生急性腦梗死或缺血性腦卒中的73例(49例男性)2型糖尿病患者,將大腦中動脈M1-3、大腦前動脈A1-2和大腦后動脈P1-2的近端和遠(yuǎn)端斑塊計(jì)為負(fù)荷斑塊,使用泊松對數(shù)線性回歸模型或負(fù)二項(xiàng)式回歸模型,探討性別與顱內(nèi)斑塊負(fù)荷之間的關(guān)系,排除混雜因素后,男性顱內(nèi)總斑塊負(fù)荷和近端斑塊負(fù)荷分別比女性高1.422和1.590倍,治療后,女性患者的近端斑塊負(fù)荷顯著減少,男性/女性相對風(fēng)險為3.389,與男性相比,接受糖尿病治療的女性近端顱內(nèi)斑塊負(fù)荷顯著降低,提示降糖治療對女性近端顱內(nèi)斑塊負(fù)荷具有保護(hù)作用。

2.腦卒中診斷與治療

Khanafer等對21例蛛網(wǎng)膜下腔出血(SAH)后出現(xiàn)的腦血管痙攣(CVS)的患者,分別使用支架血管成形術(shù)和新的pRELAX牽引療法治療,評估兩者的效果和安全性。使用pRELAX牽引手法治療6例患者的13條血管,所有操作在技術(shù)上都是成功的,所有患者的血管造影都顯示有顯著改善。治療后的血管均未出現(xiàn)需要進(jìn)一步血管內(nèi)治療的復(fù)發(fā)性CVS。在治療區(qū)域沒有發(fā)現(xiàn)新的缺血,后續(xù)血管造影也沒有發(fā)現(xiàn)血管損傷。研究結(jié)果顯示,支架取出器血管成形術(shù)治療CVS是一種安全的治療方式,具有顯著的短期療效。

Sohn等開發(fā)驗(yàn)證了一種預(yù)測血栓切除術(shù)后出血轉(zhuǎn)變的機(jī)器學(xué)習(xí)模型,該模型使用三維CT數(shù)據(jù)提取特征,通過添加完全連接的層,用于預(yù)測出血轉(zhuǎn)化。研究納入202例缺血性卒中患者,其中109例(53.9%)發(fā)生了出血轉(zhuǎn)化,機(jī)器學(xué)習(xí)模型表現(xiàn)良好,平均AUC為 0.867,在測試數(shù)據(jù)集中AUC為0.911,優(yōu)于臨床變量的邏輯回歸模型,其在測試數(shù)據(jù)集中的AUC為0.705。

Jayaraman等納入59例伴有頸內(nèi)動脈(ICA)頸段和顱內(nèi)血管閉塞的急性大血管閉塞(ELVO)患者,4位經(jīng)驗(yàn)豐富的神經(jīng)放射科醫(yī)生評估患者的單相或多相 CTA,評估標(biāo)準(zhǔn)為對比劑是否進(jìn)入近端ICA、頸段ICA中的對比劑分層、頸段ICA遠(yuǎn)端的充盈(僅限多相CTA)以及是否存在假性閉塞的主觀評估,使用廣義混合模型檢驗(yàn)診斷準(zhǔn)確性,結(jié)果顯示單相比多相具有更高的敏感度(75.0% vs 53.9%),特異度方面差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(84.1% vs. 84.2%),說明多相 CTA 的加入并沒有顯著改善敏感度或特異度。

Iuliis等采用基于CTA的后循環(huán)血栓負(fù)荷評分(BATMAN)和后循環(huán)側(cè)支評分(PC-CS)分別對60例診斷為后循環(huán)卒中的患者進(jìn)行評估,比較兩種評估系統(tǒng)的預(yù)后價值和預(yù)測能力,應(yīng)用評分系統(tǒng)所需的時間相差無幾(90～100 s),兩種評分系統(tǒng)與出院時的預(yù)后(P值均為 0.034)和出院后3個月的預(yù)后(BATMAN評分P=0.0012;PC-CS評分P=0.0035)有良好的相關(guān)性,結(jié)果表明兩種評分均是可行且易于應(yīng)用的,BATMAN與出院后3個月的預(yù)后更相關(guān)。

3.腦血管病診斷和治療

Urick等使用Siemens NAEOTOM Alpha系統(tǒng)和Siemens SOMATOM Flash系統(tǒng)在140 kVp的單能量模式下對顱內(nèi)動脈瘤的仿真體膜進(jìn)行掃描。由經(jīng)過培訓(xùn)的神經(jīng)放射科醫(yī)師對圖像進(jìn)行定性評估,并對對比噪聲比(CNR)進(jìn)行定量評估,發(fā)現(xiàn)55 keV的虛擬單能量重建(VMR)和特定金屬偽影減少技術(shù)(IMAR)可獲得更高質(zhì)量的圖像,減少了顱內(nèi)血管的金屬偽影,并改善了CNR,為治療后的動脈瘤隨訪提供了無創(chuàng)的替代血管造影的方法。

Gottberg等納入102例患者研究了藥物涂層支架(DES)在難治性顱內(nèi)動脈狹窄(ICS)血管治療中的作用。在DES治療3個月和6個月對患者進(jìn)行隨訪、體格和神經(jīng)系統(tǒng)檢查以及數(shù)字減影血管造影,評估新發(fā)的缺血/RS、mRS的評分變化和再狹窄情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)術(shù)中、術(shù)后卒中和死亡以及再狹窄的風(fēng)險低于以往的隨機(jī)對照多中心試驗(yàn)結(jié)果,與裸金屬支架治療相比,DES用于治療藥物難治性ICS是一種可行且安全的治療選擇。

Urick等對疑似顱內(nèi)大血管閉塞患者的常規(guī)臨床光子計(jì)數(shù)CT(PCCT)掃描進(jìn)行評估,采用深度學(xué)習(xí)的方法對初始圖像分割,使用基于半自主閾值的方法進(jìn)行血管樹分割,以創(chuàng)建顱內(nèi)動脈的3D網(wǎng)格,使用HARVEY進(jìn)行計(jì)算流體動力學(xué)(CFD)模擬,使用內(nèi)部代碼處理計(jì)算,生成模擬傳統(tǒng)DSA的時間分辨圖像。結(jié)合高分辨率PCCT血管造影和CFD創(chuàng)建出無創(chuàng)的具有類似DSA時間分辨的圖像,最終實(shí)現(xiàn)對腦血管動力學(xué)的無創(chuàng)評估。

Yasar等對802例腦淀粉樣血管病(CAA)老年人大腦進(jìn)行離體多回波自旋MRI,將灰質(zhì)分為34個皮質(zhì)區(qū)和8個皮質(zhì)下區(qū),獲得每個區(qū)域的中位R2值。對所有大腦進(jìn)行詳細(xì)的病理學(xué)評分,評分內(nèi)容包括:CAA、β淀粉樣蛋白斑塊、神經(jīng)纖維結(jié)、梗死、微梗死、TDP 43病理學(xué)、海馬硬化、路易體、動脈粥樣硬化和小動脈硬化。在每個大腦區(qū)域中獨(dú)立進(jìn)行多元線性回歸,測量中位R2值與CAA評分的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)CAA與顳葉、額葉皮層以及皮層下結(jié)構(gòu)的R2升高獨(dú)立相關(guān)。

Kumar等對全國621家機(jī)構(gòu)接受卒中血栓切除術(shù)的34074例卒中患者(RAD=354,NEURO=267)再入院、死亡率、住院時間和急性護(hù)理后出院等方面的差異進(jìn)行放射學(xué)專科(RAD)或神經(jīng)學(xué)專科(NEURO)評估。結(jié)果發(fā)現(xiàn),入住RAD占主導(dǎo)地位的醫(yī)療機(jī)構(gòu)的患者30天再入院率、60天再入院率、90天再入院率和90天死亡率較低,這表明RAD與NEURO機(jī)構(gòu)之間的卒中血栓切除術(shù)結(jié)局存在差異。

Liu等招募50例健康成人分別在3.0 T和5.0 T MR儀器上進(jìn)行SWI檢查,使用主觀Likert 5分制評分和SNR、CNR評估圖像質(zhì)量,并使用3分制方法評估深髓靜脈[大腦大靜脈(VofG)、大腦內(nèi)靜脈(ICV)、前隔靜脈(ASV)和前隔靜脈(ASV)的流入靜脈]顯示的質(zhì)量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)5.0T MR圖像的SNR和CNR值均高于3.0T MR,但5.0T MR與3.0T MR圖像質(zhì)量主觀評分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在深髓靜脈的評價方面,3.0T MR和5.0T MR對于VofG和ICV的顯示較好,評分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,而5.0T MR 顯示ASV明顯優(yōu)于3.0T MR。

腦腫瘤

Sara等分析了203例5～18歲的小兒低級別神經(jīng)上皮腫瘤(PLGNT)患者的腦部 MRI 報告,利用放射學(xué)報告指導(dǎo)下的深度學(xué)習(xí)模型來預(yù)測PLGNT中BRAF融合或BRAF V600E突變,并識別關(guān)鍵文本特征以提高預(yù)測結(jié)果的可解釋性。該深度學(xué)習(xí)模型在測試集的平均AUC為0.864±0.075,對準(zhǔn)確分類PLGNT的遺傳標(biāo)記物有良好的性能。

Dario等納入分析了41例EB病毒(EBV)相關(guān)的原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤(PCNSL)的磁共振影像特征,發(fā)現(xiàn)多發(fā)性壞死(78.9%)和出血(85.7%)是EBV相關(guān)PCNSL影像診斷的MRI標(biāo)志物,細(xì)胞增生(67.6%)是PCNSL中常見的典型特征,而“偏心靶征”(18.0%)和“同心靶征”(15.0%)較少出現(xiàn),可與中樞神經(jīng)系統(tǒng)弓形蟲病相鑒別。

Yongsik等納入81例伴H3 K27改變的成人彌漫性中線膠質(zhì)瘤(DMG)和365名DMG兒童患者,兩組總生存期(OS)對比發(fā)現(xiàn)DMG成人患者的OS長于DMG兒童患者(30.3個月 vs. 12.0個月),Cox分析結(jié)果顯示確診年齡(危險比[HR]=0.95)、病變位于脊髓(HR=0.39)和非增強(qiáng)腫瘤的非全切除(HR=10.70)與較長的OS獨(dú)立相關(guān)。

Li等回顧分析了來自三個中心的475例局限性星形細(xì)胞瘤(CAGs)和彌漫性膠質(zhì)瘤(DGs)的MRI數(shù)據(jù),分別訓(xùn)練腫瘤和瘤周VOI、腫瘤整體VOI和腫瘤與瘤周交界VOI的放射組學(xué)模型,發(fā)現(xiàn)腫瘤與瘤周交界VOI放射組學(xué)模型有最佳區(qū)分性能,模型在訓(xùn)練集和驗(yàn)證集的AUC均超過0.80,而加入臨床特征的組合模型AUC達(dá)到0.94。研究證實(shí)瘤周區(qū)域的放射組學(xué)混合模型在鑒別膠質(zhì)瘤類型方面有更大的潛力。

Sanvito等回顧性分析了47例LITT治療BM的臨床資料,通過生存分析評估治療前影像學(xué)特征與PFS-L之間的相關(guān)性,并比較了治療前掃描、治療后早期、1年隨訪和≥2年隨訪之間表觀擴(kuò)散系數(shù)(ADC)的變化,發(fā)現(xiàn)治療前體積大、球形度低、灌注高的腦轉(zhuǎn)移瘤LITT失敗的風(fēng)險更大,符合反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的病變隨時間表現(xiàn)出特征性的指數(shù)收縮,并表現(xiàn)出總體ADC下降,隨后長期增加。

Kim等研究了568例確診為異檸檬酸脫氫酶(IDH)和O-6-甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(MGMT)啟動子甲基化狀態(tài)的新診斷膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者,評估了基于對比增強(qiáng)病變的GTR(CE-GTR)和NE-GTR與總生存率(OS)之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)NE-GTR對IDH野生型膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和MGMT啟動子甲基化陽性的患者更重要,與基于CE的GTR相比,基于NE的GTR改善了結(jié)果分層,并完善了基于分子的RPA分層。

Godov等對6例GBM患者進(jìn)行了全腦波譜成像(WBSI),通過對WBSI數(shù)據(jù)進(jìn)行場不均勻性和渦流校正、K空間再網(wǎng)格化、空間和傅立葉變換,標(biāo)記“腫瘤mask”和“正常mask”,獲得使用改進(jìn)的換能器陣列布局進(jìn)行TTFields遞送的“目標(biāo)體積”,從而發(fā)現(xiàn)WBSI衍生的代謝物圖譜更全面地反映了腫瘤的真實(shí)空間范圍,并為傳遞增強(qiáng)劑量的TTFields提供了更準(zhǔn)確的存活腫瘤細(xì)胞邊緣。

Moon等招募了65例IDH野生型膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者,這些患者接受了CCRT并獲得了術(shù)后即刻和間隔3個月的3次系列MRI掃描包括擴(kuò)散加權(quán)成像和動態(tài)磁化率對比成像,使用k-means聚類將來自腦血容量和表觀擴(kuò)散系數(shù)圖的體素分組到3個空間棲息地(高血管細(xì)胞、低血管細(xì)胞和非存活組織),通過比較一系列MRI掃描中高血管細(xì)胞和低血管細(xì)胞生境的變化,計(jì)算離散生境風(fēng)險評分,采用Kaplan-Meier法和Cox回歸分析評估TTP與生境風(fēng)險評分之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)CCRT術(shù)后的棲息地風(fēng)險評分是TTP的獨(dú)立預(yù)測因子,并成功地對IDH野生型膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者的TTP進(jìn)行了分層。

Choi等回顧了79例在全切除和替莫唑胺同步放化療后的隨訪MRI中出現(xiàn)了新的室管膜下強(qiáng)化(SE)的彌漫性膠質(zhì)瘤患者,進(jìn)行了單變量相關(guān)分析,以確定SE間期、基因突變之間的顯著變量,隨后使用顯著變量進(jìn)行多變量邏輯回歸。對于rCBV的附加值,在有和沒有rCBV的多元邏輯回歸模型之間進(jìn)行了對數(shù)秩檢驗(yàn),并獲得受試者工作特征下面積(AUROC),結(jié)果發(fā)現(xiàn)在區(qū)分新室管膜下強(qiáng)化的放射改變和LMD進(jìn)展時,較小、較長且rCBV較低的病變可預(yù)測消退。

Raghunand等對來自18例參與者的校準(zhǔn)、共配準(zhǔn)mpMRI圖像開發(fā)了一種基于規(guī)則的算法,將多參數(shù)MRI(mpMRI)上的大腦體素分配給不同的組織類型,在一個多變量模型中結(jié)合腫瘤內(nèi)組織類型體積,預(yù)測接受低分割再放療、貝伐單抗和彭布羅利珠單抗(“免疫放療”)治療復(fù)發(fā)性HGG(rHGG)的進(jìn)展時間(TTP),并對285例參與者進(jìn)行驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)CE與ET高度相關(guān),NET/NCR與多種組織類型中度相關(guān),使用每個時間點(diǎn)和CE及液體體積的模型預(yù)測給定掃描日期的30天內(nèi)是否會發(fā)生進(jìn)展的準(zhǔn)確率為82.5%。

腦認(rèn)知、記憶和運(yùn)動障礙

Gillen等通過研究納入74例腦小血管病伴輕度認(rèn)知障礙患者(CSVD-MCI)、79例腦小血管病無認(rèn)知障礙患者(CSVD-no MCI)和55例健康對照(HC),使用定量磁化率映射(QSM)來比較在基底節(jié)灰質(zhì)核團(tuán)中腦鐵沉積的差異,以及腦鐵沉積與運(yùn)動功能障礙之間的相關(guān)性。結(jié)果顯示,CSVD-MCI組患者基底節(jié)灰質(zhì)核團(tuán)中(包括殼核和尾狀核)的腦鐵沉積高于CSVD-no MCI組和健康對照組。多變量線性回歸分析表明,糖尿病是影響CSVD-MCI患者基底節(jié)灰質(zhì)核團(tuán)鐵沉積的因素,而年齡是影響CSVD-no MCI患者基底節(jié)灰質(zhì)核團(tuán)鐵沉積的因素。焦慮在左側(cè)殼核鐵沉積預(yù)測CSVD患者運(yùn)動功能障礙方面顯示出明顯的中介效應(yīng)。相關(guān)性分析結(jié)果表明,CSVD患者左側(cè)基底節(jié)灰質(zhì)核團(tuán)的鐵沉積與五次重復(fù)坐立測試(5R-STS)時間呈正相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)腦鐵沉積可能在CSVD-MCI患者中導(dǎo)致認(rèn)知和運(yùn)動功能障礙,并可能成為預(yù)測癡呆的定量成像標(biāo)志物。

Luan等納入30例阿爾茨海默病(AD)和26例年齡和性別匹配的健康對照(HCs),利用定量磁化率成像(QSM)探討AD患者腦鐵積累的變化,并應(yīng)用綜合成像轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法確定變化的轉(zhuǎn)錄和細(xì)胞相關(guān)性。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)AD患者的左側(cè)尾狀核QSM增加,而通過偏最小二乘法回歸(PLS)分析發(fā)現(xiàn)第一個PLS成分解釋了QSM變化的最高比例,基因表達(dá)圖譜與對照組QSM圖在空間上相關(guān)。基因本體論(GO)分析發(fā)現(xiàn)一些離子通道活動生物通路的富集,上調(diào)基因與小膠質(zhì)細(xì)胞(MG)顯著相關(guān),而下調(diào)基因與谷氨酸能神經(jīng)元(GLU)顯著相關(guān)。

Wibecan等納入在安全網(wǎng)學(xué)術(shù)醫(yī)療中心2018年3月1日至2022年2月28日進(jìn)行的所有門診頭部CT、頭部CTA和腦部MRI檢查的數(shù)據(jù),共包括1699例患者,分析認(rèn)知障礙(CI)成像檢查的不同種族群體間存在的差異。結(jié)果表明,黑人/非洲裔美國人進(jìn)行成像檢查時的平均年齡明顯大于其他種族組,同時,黑人/非洲裔美國人接受MRI檢查的比例也較低,為未來采取措施改善醫(yī)療保健公平性提供了有益信息。

膽堿能系統(tǒng)的退化是導(dǎo)致阿爾茨海默病臨床前期認(rèn)知障礙的重要因素。Hong等對41例客觀細(xì)微認(rèn)知功能下降(Obj-SCD)患者和61例健康對照者(HC)在基線、12個月、24個月和48個月的隨訪中進(jìn)行了淀粉樣蛋白PET和MRI掃描以進(jìn)行膽堿能梅納特基底核(NBM)分割和膽堿能通路追蹤。膽堿能系統(tǒng)的變化,包括NBM體積的變化和膽堿能通路的完整性。與基線時的HC相比,Obj-SCD患者的NBM容積下降,內(nèi)側(cè)膽堿能通路平均擴(kuò)散率(MD)增加,而外側(cè)通路沒有顯著差異。縱向分析結(jié)果表明隨著時間的推移,歸一化NBM體積和膽堿能通路MD均下降。另外,研究還發(fā)現(xiàn)NBM體積和膽堿能通路的變化與淀粉樣蛋白聚集和白質(zhì)高信號有關(guān)。

Zheng等對46例心力衰竭(HF)患者和32例年齡和性別匹配的健康志愿者使用PET/MR技術(shù)獲得了歸一化灰質(zhì)體積(GMV)圖像、歸一化CBF圖像、歸一化PET標(biāo)準(zhǔn)化攝取值比(SUVR)圖像和心臟磁共振參數(shù),以對HF患者腦部變化與認(rèn)知能力的相關(guān)性進(jìn)行表型分析。與對照組相比,心力衰竭患者的認(rèn)知能力明顯下降,雙側(cè)距狀皮質(zhì)、尾狀核、丘腦、海馬、楔前葉、扣帶后皮質(zhì)、舌回和嗅皮質(zhì)等區(qū)域腦代謝低下,雙側(cè)丘腦和海馬的GMV降低。低代謝腦區(qū)的 SUVR與認(rèn)知能力、舒張末期容積、每搏量、心輸出量和左心室質(zhì)量相關(guān)。研究表明心力衰竭患者的心臟功能障礙可能導(dǎo)致全身灌注減少,進(jìn)而誘發(fā)慢性腦灌注不足、新陳代謝和腦結(jié)構(gòu)變化,最終導(dǎo)致認(rèn)知障礙。

處于緩解期的免疫性血栓性血小板減少性紫癜(iTTP)患者的腦容量減少,持續(xù)性認(rèn)知障礙的發(fā)生率更高。Chen等采集了33例iTTP成年患者處于疾病緩解期的腦部 3D T1w-MRI圖像和神經(jīng)認(rèn)知測試(NIH ToolBox)結(jié)果,通過NeuroQuantTM獲得大腦形態(tài)測量結(jié)果,與年齡和性別匹配的普通人群相比,除小腦外,所有iTTP患者腦區(qū)體積明顯縮小(所有腦區(qū)P<0.05),Spearman雙尾檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)iTTP患者NIH ToolBox綜合總分與皮層灰質(zhì)總體積的歸一化體積呈正相關(guān)(P均<0.05)(R=0.43),以及與頂葉(R=0.43)、枕葉(R=0.44)和顳葉(R=0.36)相關(guān)。

Gupta等分析了PPMI數(shù)據(jù)庫的100例帕金森病(PD)患者和100例健康對照的3D T1WI圖像,使用基于深度學(xué)習(xí)的NeuroShield自動分割算法,計(jì)算顱內(nèi)容積(ICV)、白質(zhì)(WM)體積、灰質(zhì)(GM)體積以及深灰質(zhì)(dGM)體積,使用性別作為協(xié)變量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)GM或dGM體積在組間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,男性PD患者ICV增加且WM體積降低,未在女性中發(fā)現(xiàn)此種差異。該研究提示PD可能與遺傳因素或早期腦損傷的代償機(jī)制有關(guān)。

Park等研究了322例藥物治療無效的早期帕金森病患者,利用多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)體(DAT)成像和高分辨T1WI獲得脈絡(luò)叢(CP)體積參數(shù),調(diào)整癥狀出現(xiàn)年齡、性別、病程、體質(zhì)指數(shù)和白質(zhì)高信號強(qiáng)度體積等協(xié)變量后,根據(jù)CP體積進(jìn)行了Cox回歸和線性混合模型,評估了縱向運(yùn)動結(jié)果[左旋多巴誘導(dǎo)的運(yùn)動障礙進(jìn)展(LID)、療效減退、凍結(jié)步態(tài)(FOG)以及多巴胺能藥物劑量的縱向增加],發(fā)現(xiàn)CP體積與帕金森病患者較高的UPDRSIII基線值、較高的步態(tài)凍結(jié)風(fēng)險以及較快的多巴胺能藥物劑量增加有關(guān)。

Sadabad等對不同的機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)和深度學(xué)習(xí)(DL)方法診斷帕金森病作了系統(tǒng)性綜述,發(fā)現(xiàn)ML和DL診斷的敏感度、特異度、準(zhǔn)確性和 AUC均高于0.95,具有較好的檢測價值。

腦創(chuàng)傷

Chang等納入2017-2023年在網(wǎng)絡(luò)急救中心就診的1642例服用抗凝劑(AC)和抗血小板(AP)制劑的顱腦損傷患者,對初次檢查未發(fā)現(xiàn)顱內(nèi)出血的患者進(jìn)行重復(fù)CT掃描,發(fā)現(xiàn)與口服抗凝劑(DOAC)組相比,服用華法林或AP藥物組的顱內(nèi)出血發(fā)生率(3.6% vs 0.7%,RR 5.1,P<0.01)和死亡率(0.9% vs 0.0%)更高,接受和不接受阿司匹林治療的華法林/AP組的出血風(fēng)險均增加(使用阿司匹林:6.0% vs 1.7%,不使用阿司匹林:1.5% vs 0.2%),服用DOAC的患者同時服用阿司匹林,發(fā)生顱內(nèi)出血的風(fēng)險顯著增加(1.7% vs 0.16%,RR 10.8,P<0.01)。研究證實(shí)頭部外傷患者在服用AC/AP藥物和阿司匹林的同時,應(yīng)進(jìn)行重復(fù)檢查以排除顱內(nèi)出血的風(fēng)險。

Lipton等分析了148例成年業(yè)余足球運(yùn)動員擴(kuò)散張量成像和神經(jīng)突密度成像與兩年內(nèi)的頭球暴露水平的關(guān)系,通過混合效應(yīng)模型納入被試的年齡、性別、腦震蕩史和教育程度做為協(xié)變量,研究發(fā)現(xiàn)頭球高暴露與額葉WM區(qū)域的平均擴(kuò)散率(MD)、徑向擴(kuò)散率(RD)和軸向擴(kuò)散率(AD)增加,右上額葉白質(zhì)和上放射冠的定向彌散指數(shù)(ODI)降低有關(guān),表明更多的頭球暴露涉及白質(zhì)微結(jié)構(gòu)損傷。

Dogra等對輕度創(chuàng)傷性腦損傷(mTBI)使用靜息態(tài)功能磁共振觀察到的功能連接變化文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)性綜述,在5個數(shù)據(jù)庫中提取了66項(xiàng)研究的數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)mTBI組的受試者平均年齡為36.6歲,女性占48%,對照組的平均年齡為36.6歲,女性占45%。最常見的分析方法是種子點(diǎn)-體素分析,其次為獨(dú)立成分分析,分析對象主要為整個大腦網(wǎng)絡(luò)和默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)。研究發(fā)現(xiàn)使用相同的方法研究相同的區(qū)域或網(wǎng)絡(luò),報告的功能連接模式依舊存在異質(zhì)性。

Song等分析了353例業(yè)余足球運(yùn)動員進(jìn)行頭部撞擊評分、擴(kuò)散張量磁共振成像(DTI)和語言學(xué)習(xí)能力(VL),使用線性模型分別分析了頭部撞擊與VL的關(guān)系、頭部撞擊與各向異性分?jǐn)?shù)(FA)斜率的關(guān)系以及頭部撞擊、FA斜率與VL之間的關(guān)系,其中年齡和性別作為協(xié)變量。研究發(fā)現(xiàn)頭部撞擊與較差VL有關(guān)(P=0.0305),而高頻率頭部撞擊與額葉GWI FA斜率降低相關(guān)(P=0.00745),額葉GWI FA斜率是頭部撞擊與較差VL之間的重要中介者(P=0.0186)。

蛛網(wǎng)膜下類淋巴狀膜(SLYM)是外層蛛網(wǎng)膜下腔(SAS)中的膜狀結(jié)構(gòu)。Miyasaka等采用48例嚴(yán)重頭部外傷住院患者的MRI圖像觀察SLYM結(jié)構(gòu),并測量SAS異常部分的厚度。37.5%的患者發(fā)現(xiàn)SAS中不成比例的液體潴留,平均厚度為5 mm,20.8%的患者蛛網(wǎng)膜下腔出現(xiàn)硬膜下血腫。異常SAS的患者中72.2%伴有腦挫裂傷或彌漫性軸索損傷,11.1%伴有脂肪栓塞;沒有異常SAS的患者中70%出現(xiàn)腦挫裂傷或DAI。本研究說明在嚴(yán)重頭部外傷的患者中,SAS損傷的發(fā)生率較低,SAS損傷與腦挫裂傷或DAI之間并沒有直接關(guān)系。

Knoblauch等納入540例輕度創(chuàng)傷性腦損傷(mTBI)患者的臨床和影像學(xué)數(shù)據(jù),包括年齡、性別、MRI是否正常、受傷時的意識喪失(LOC)、生存時間上七種臨床mTBI癥狀(頭痛、平衡困難、認(rèn)知障礙、疲勞、焦慮、抑郁和情緒不穩(wěn)定)的發(fā)生和改善。利用腦MRI得到腦室體積(NPVV)、顱內(nèi)體積(VV),與臨床和人口統(tǒng)計(jì)指標(biāo)之間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)女性患者的NPVV更大,MRI正常與否與腦室容積顯著相關(guān)(P<0.00041),MRI異常患者的腦室容積明顯大于MRI正常的患者,且年齡是影響顱內(nèi)體積的首要特征。

腦感染性、炎癥性和代謝性疾病

Kim等通過對1121例年齡和性別匹配的非糖尿病、糖尿病前期和糖尿病參與者采用線性趨勢模型進(jìn)行體素形態(tài)測量,發(fā)現(xiàn)隨著糖尿病的進(jìn)展,基底節(jié)灰質(zhì)體積呈線性減少趨勢,進(jìn)一步采用結(jié)構(gòu)協(xié)方差的格蘭杰因果網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)基底節(jié)體積的減少導(dǎo)致整個糖尿病進(jìn)程中雙側(cè)顳回、額極、海馬旁和雙側(cè)扣帶回后/楔前體積減少。基于以上結(jié)論,Kim等提出高血糖影響大腦基底節(jié)啟動和網(wǎng)絡(luò)傳播模型,該模型預(yù)測糖尿病患者的準(zhǔn)確度為60.12%。

邊緣葉年齡相關(guān)TAR DNA結(jié)合蛋白43腦病(LATE)與老年人認(rèn)知功能受損有關(guān)。Tazwar等納入148例已故老年人,采用從DTI掃描獲得的分?jǐn)?shù)各向異性(FA)圖定義LATE神經(jīng)病理學(xué)改變(LATE-NC)影響的19個大腦區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)連通性。控制混淆變量的情況下,線性回歸分析顯示LATE-NC分期越高,特征路徑越長,全局網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)越低。在74%、79%、32%和63%的節(jié)點(diǎn)中,LATE-NC分別與局部效率降低、節(jié)點(diǎn)路徑長度增加、節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度降低和聚類系數(shù)降低有關(guān)。LATE-NC與較高的(21%的節(jié)點(diǎn))和較低的(16%的節(jié)點(diǎn))特征向量中心性相關(guān),與較高和較低的21%的節(jié)點(diǎn)間中心性相關(guān),本研究使用圖論的方法揭示了LATE-NC 對大腦連接性的影響。

Rau等使用彌散微結(jié)構(gòu)成像(DMI)對89例新冠病毒后遺癥(PCC)患者進(jìn)行前瞻性橫斷面研究,對全腦DMI數(shù)據(jù)的分析表明灰質(zhì)體積從神經(jīng)元周圍間隙(V-extra)向自由水分?jǐn)?shù)(V-CSF)轉(zhuǎn)移程度,與初始COVID-19感染的嚴(yán)重程度相關(guān)。與臨床評分進(jìn)行的基于體素的關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn),PCC中存在與認(rèn)知功能受損、嗅覺障礙和疲勞相關(guān)的特定大腦網(wǎng)絡(luò)的變化。

脈絡(luò)叢(CP)的體積與復(fù)發(fā)緩解型多發(fā)性硬化癥(RRMS)腦部病變負(fù)荷(尤其是鐵邊緣病變負(fù)荷和萎縮)密切相關(guān)。Li等對99例RRMS患者和60例對照組的CP、全腦和病灶的體積進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)RRMS患者的CP體積比HC患者增大30%,鐵邊緣病變(IRL)患者比無IRL患者大20%。CP體積與白質(zhì)病變(WMLs)體積的相關(guān)系數(shù)r=0.46,與IRL體積r=0.51,且CP的增大與認(rèn)知障礙和較高的殘疾程度相關(guān)。

葉酸受體β是促炎表型標(biāo)志物,在小膠質(zhì)細(xì)胞上表達(dá),可作為潛在的成像靶點(diǎn)。Andrew等設(shè)計(jì)一種脂質(zhì)體、葉酸靶向納米粒子造影劑,對出現(xiàn)淀粉樣蛋白和tau病理學(xué)的AD小鼠模型進(jìn)行T1w-MRI成像,與基線掃描相比,兩種模型對比后均信號增強(qiáng),淀粉樣蛋白小鼠模型相對增強(qiáng)率(+5.9%,P<0.005)高于tau病理小鼠模型(3.9%,P<0.05),免疫熒光分析表明與對照組小鼠相比,病理模型小鼠大腦中小膠質(zhì)細(xì)胞水平更高。

兒童神經(jīng)及癲癇

Fireuzabadi等納入35例牽牛花視盤發(fā)育異常(MGDA)兒童患者,回顧評估MGDA患者眼部異常以外的,與MGDA相關(guān)的視神經(jīng)、交叉、垂體和中央顱底異常的發(fā)生率和類型,研究發(fā)現(xiàn)16例(46%)患者有病變側(cè)視神經(jīng)增粗,21例(60%)患者視交叉不對稱,其中19例(54%)患者同側(cè)增厚,3例(8%)患者對側(cè)較小,20例患者(46%)顯示永久性顱咽管(CPC)。研究證實(shí)同側(cè)視神經(jīng)和交叉的增厚常常與MGDA相關(guān),不應(yīng)誤診為視神經(jīng)膠質(zhì)瘤。

Wismueller等采用59個rsfMRI數(shù)據(jù)集,通過引入新的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù),利用功能磁共振成像(fMRI)來辨別自閉癥譜系障礙(ASD)患者,并使用大規(guī)模增強(qiáng)的Granger因果關(guān)系(lsAGC)算法對大腦變化進(jìn)行分析,lsAGC算法通過降維技術(shù)對高維度fMRI時間序列進(jìn)行因果建模,采用了支持向量機(jī)分類和交叉驗(yàn)證方法進(jìn)行評估。與傳統(tǒng)的CC分析和部分相關(guān)相比,lsAGC rsfMRI分析方法在ASD個體和健康對照的準(zhǔn)確分類方面表現(xiàn)出色,準(zhǔn)確率為93%,AUC為0.90,f1評分為80%。

Choi等納入136例極低出生體重的早產(chǎn)兒,通過對T1加權(quán)、T2加權(quán)和分?jǐn)?shù)各向異性(FA)圖像提取的基于區(qū)域的影像組學(xué)特征進(jìn)行分析,探討其在預(yù)測早產(chǎn)嬰兒兩種神經(jīng)發(fā)育結(jié)果[Bayley精神發(fā)育指數(shù)(MDI)和心理運(yùn)動發(fā)育指數(shù)(PDI)]的可行性。將影像組學(xué)特征與臨床變量相結(jié)合,基于MDI的不良結(jié)果組合模型預(yù)測AUC值為0.87,臨床模型為0.66,影像組學(xué)模型為0.59;基于PDI的不良結(jié)果組合模型預(yù)測AUC值為0.92,臨床模型為0.89,影像組學(xué)模型為0.76。研究結(jié)果表明,臨床變量結(jié)合基于區(qū)域的影像組學(xué)特征能夠提高對早產(chǎn)嬰兒不良神經(jīng)發(fā)育結(jié)果的預(yù)測準(zhǔn)確性。

Gao等納入兩個數(shù)據(jù)集的235例首發(fā)精神分裂癥患者和214例健康對照,從高分辨率T1WI中提取皮層局部腦溝指數(shù)(LGI)。在LGI和陽性與陰性癥狀量表(PANSS)之間進(jìn)行偏相關(guān)分析,從Allen人類大腦圖譜(AHBA)數(shù)據(jù)庫中提取6個特定基因類別和232個精神分裂癥風(fēng)險基因的表達(dá)譜,在LGI變化和基因表達(dá)之間進(jìn)行跨樣本相關(guān)研究,研究發(fā)現(xiàn)首發(fā)精神分裂癥患者在多個腦區(qū)顯示皮層局部腦溝指數(shù)(LGI)的降低,尤其在額內(nèi)側(cè)回、顳上回、前扣帶回和腦島。這些LGI變化與陰性癥狀呈負(fù)相關(guān),并與特定風(fēng)險基因表達(dá)相關(guān)。

Schaeubinger等對129例小兒神經(jīng)纖維瘤病型1(NF1)患者不同基因突變、腦MRI和臨床特征關(guān)系進(jìn)行總結(jié),發(fā)現(xiàn)34例(26.4%)患者為非典型腦影像,表現(xiàn)為皮質(zhì)畸形、腦回異常簡化、伴有T2/FLAIR皮質(zhì)和皮質(zhì)下白質(zhì)高信號。表現(xiàn)為叢狀神經(jīng)纖維瘤53例(41.1%),視神經(jīng)膠質(zhì)瘤66例(51.2%),煙霧病8例(6.2%),腦畸形6例(4.7%)等。基因突變主要包括截?cái)嗤蛔?51.2%)、剪接突變(22.5%)、缺失(13.2%)等。臨床方面,行為/認(rèn)知或發(fā)育障礙(62%)、自閉癥譜系障礙ASD (12.4%)、注意力缺陷多動障礙ADHD (34.9%)等普遍存在。研究發(fā)現(xiàn),錯義突變的行為/認(rèn)知或發(fā)育障礙發(fā)生率(P=0.02)、剪接突變的ASD發(fā)生率(P=0.02)、截?cái)嗤蛔兊腁DHD發(fā)生率(P=0.03)均增高。值得注意的是,缺失基因的患者中有64.7%顯示異常腦影像,這與非缺失組相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.004)。

技術(shù)和方法

1.擴(kuò)散、灌注和其他技術(shù)

Diehn等對10例頸動脈球/近端ICA狹窄的成年患者進(jìn)行光子計(jì)數(shù)探測器(PCD)CT和能量積分探測器(EID)CT掃描,并對PCD-CT圖像使用深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(HR-CNN)去噪算法重建。對于三組圖像分別評估圖像的醫(yī)生偏好度、狹窄百分比和斑塊性質(zhì),結(jié)果發(fā)現(xiàn)PCD-CT結(jié)合HR-CNN去噪算法為頸動脈狹窄提供了優(yōu)于PCD-CT和EID-CT的圖像質(zhì)量,提供了最高的醫(yī)生偏好度和更準(zhǔn)確的血管狹窄程度及斑塊性質(zhì)。

使用深度學(xué)習(xí)模型處理磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI)數(shù)據(jù),可無監(jiān)督地發(fā)現(xiàn)注意缺陷多動障礙(ADHD)患者的腦微結(jié)構(gòu)偏差。Huynh等收集了來自1704例青少年大腦認(rèn)知發(fā)展研究數(shù)據(jù)庫的DWI圖像,使用自動纖維定量(AFQ)技術(shù)獲取了30個主要白質(zhì)束的定向一致性(FA)值構(gòu)建深度學(xué)習(xí)模型。通過計(jì)算預(yù)測FA值和實(shí)際FA值的絕對誤差(AE)異常評分,發(fā)現(xiàn)在有與無ADHD的受試者之間異常評分存在顯著差異(0.042 vs 0.038,P=0.041),在30個白質(zhì)束的比較中,ADHD與對照組在左側(cè)弓形束、左側(cè)扣帶回、左側(cè)皮質(zhì)脊髓束、右側(cè)皮質(zhì)脊髓束、額頂葉、右側(cè)額枕下束、左側(cè)下縱束、頂上葉和顳葉等9個纖維束上存在差異。

體育鍛煉促進(jìn)淋巴管和腦膜淋巴管流量增加可能是減緩癡呆和認(rèn)知障礙的潛在機(jī)制。Yoo等納入37例健康正常志愿者,被隨機(jī)分配進(jìn)行單次(急性組)或12周計(jì)劃(慢性組)的自行車測力計(jì)運(yùn)動,并在運(yùn)動前后(基線、靜脈注射對比劑后0.5 h和12 h)進(jìn)行淋巴管流量和膜淋巴管流量的定量評估。研究結(jié)果顯示,在慢性運(yùn)動組中,殼核處的ΔT1從25.7 ms增加到34.7 ms,且運(yùn)動后腦膜淋巴管的平均信號變化百分比也顯著增加。與之相反,在急性運(yùn)動組中,殼核處的ΔT1和腦膜淋巴管的平均信號變化百分比均沒有顯著差異。

Pourmorteza等使用了一個填充有碘和釓基對比劑與水的凝膠瓶來校準(zhǔn)線性材料分解算法,用具有8個能量倉的原型深硅PCD-CT掃描儀掃描模型。基于8個能量倉的數(shù)據(jù)計(jì)算基本材料圖,并使用濾波反投影算法進(jìn)行重建,采用材料分解算法將基本材料圖轉(zhuǎn)換為碘和釓基對比劑圖像。研究結(jié)果顯示,估計(jì)出的碘和釓基對比劑濃度的誤差范圍分別為-1.02～1.50 mg I/mL和-0.01～2.3 mg Gd/mL,在具有單一對比劑和兩種對比劑混合物的小瓶中,沒有發(fā)現(xiàn)顯著的誤差偏差,研究結(jié)果表明深硅PCD-CT技術(shù)可以用于量化兩種對比劑混合物中碘和釓基對比劑的濃度,改善和拓展腦部CT成像技術(shù)。

護(hù)理點(diǎn)(POC)MRI 是一種新的成像技術(shù),可以在床邊進(jìn)行低場腦MRI,對早期發(fā)現(xiàn)缺血、出血或顱內(nèi)壓升高的危重患者進(jìn)行管理。Yep等納入22例接受POC MRI檢查的患者。在19例術(shù)前接受CT檢查的患者中,POC MRI檢測到了3例未在CT中觀察到的急性顱內(nèi)異常,POC MRI同樣能檢測到與CT檢測相同的6例急性梗死、9例腦出血和8例占位效應(yīng)。結(jié)果表明,POC MRI技術(shù)在床邊檢測急性顱內(nèi)損傷方面具有較高的速度和便利性,能夠?qū)o法進(jìn)行CT或固定MRI檢查的危重患者進(jìn)行成像。

Luan等對56例耳鳴患者和62例非耳鳴患者對照使用動脈自旋標(biāo)記(ASL)技術(shù)和Allen人腦圖譜(AHBA)獲得的腦血流(CBF)圖和大腦微陣列表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,揭示耳鳴與健康大腦轉(zhuǎn)錄組和CBF之間的關(guān)系。使用偏最小二乘回歸(PLS)分析得出耳鳴患者表現(xiàn)為左側(cè)顳橫回的CBF增加,且耳鳴表型與特定基因表達(dá)模式之間存在相關(guān)性。進(jìn)一步的生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn),PLS1-基因與蛋白質(zhì)磷酸化生物途徑顯著相關(guān),而權(quán)重降低的基因與GABA能神經(jīng)元顯著相關(guān)。

2.人工智能圖像采集

Sung等對納入的100例受試者采集包括自旋回波序列和梯度回波序列在內(nèi)的常規(guī)MR圖像(T1WI、T2WI、T2-FLAIR和3D T1WI),與基于深度學(xué)習(xí)的快速重建MRI (DL-FR)圖像進(jìn)行定性和定量比較。結(jié)果表明,基于深度學(xué)習(xí)的快速重建在不影響病變檢測和定量體積分析的情況下,顯著提高了腦MRI自旋回波和梯度回波序列的效率和圖像質(zhì)量。

深度學(xué)習(xí)(DL)圖像重建允許更快的MRI采集,并可以從現(xiàn)有數(shù)據(jù)集創(chuàng)建合成圖像。Lawrence等利用基于dicom的深度學(xué)習(xí)應(yīng)用程序在一項(xiàng)多中心脊柱研究中,從矢狀面T1和T2脊柱MR圖像生成了合成的STIR(Syn-STIR)序列,進(jìn)而比較Syn-STIR序列與直接獲取、非合成的STIR (Acq-STIR)序列的性能。研究發(fā)現(xiàn),在疾病病理分類方面,隨機(jī)引入Syn-STIR預(yù)期的讀者間一致性降低3.23%,對于創(chuàng)傷的讀者間一致性增加了1.9%,表明Syn-STIR與Acq-STIR脊柱MR圖像在診斷上具有互換性,同時發(fā)現(xiàn)了圖像質(zhì)量顯著提高。

腦腫瘤成像中較高的釓對比劑劑量可增加病變敏感性,但更大的劑量會增加安全性問題,Srivathsa等開發(fā)一種深度學(xué)習(xí)(DL)方法實(shí)現(xiàn)在不增加對比劑劑量的情況下增強(qiáng)對比度的臨床性能。使用預(yù)對比和標(biāo)準(zhǔn)后對比(SC) 3D T1WI圖像作為輸入生成對比度增強(qiáng)(CB)圖像,放射科醫(yī)生對100例圖像進(jìn)行診斷分類并進(jìn)行評分,研究結(jié)果表明深度學(xué)習(xí)方法生成的CB圖像在病灶增強(qiáng)、描繪、形態(tài)學(xué)和圖像質(zhì)量方面的評分高于SC圖像(P<0.005),CB的LBR(病灶-腦比)和CEP(對比增強(qiáng)百分比)(5.22±1.43 &89.95%)顯著優(yōu)于SC(3.78±0.90 &185.10%)。

便攜式低場強(qiáng)(64 mT) MRI掃描儀有望用于臨床和科研目的的神經(jīng)成像,但與高場強(qiáng)掃描儀相比,其產(chǎn)生的圖像質(zhì)量和分辨率較低。Alfredo等開發(fā)并評估了一種深度學(xué)習(xí)方法,使用64 mT和3T掃描65例多發(fā)性硬化癥(MS)患者,采集T1、T2、FLAIR圖像,使用32例患者訓(xùn)練生成對抗網(wǎng)絡(luò)(GAN)架構(gòu)用于低場到高場圖像超分辨率和翻譯,33例患者作為測試集,結(jié)果表明重建的高場輸出圖像在視覺上的質(zhì)量優(yōu)于低視場輸入圖像,在T1(pFDR=0.006)、FLAIR (pFDR=0.03)和T2(pFDR=0.024)對比中,重建輸出與配對的高場圖像的結(jié)構(gòu)相似性(SSIM)顯著高于輸入的低場圖像,重建輸出基于自動分割(MiMOSA)的總MS病變體積與高場體積的相關(guān)性(Spearman Rho=0.65)優(yōu)于原始低場體積(Spearman Rho=0.55),重建輸出的MS病變也比原始輸入圖像更明顯。因此,針對低場強(qiáng)到高場強(qiáng)超分辨率的生成對抗網(wǎng)絡(luò)方法生成的合成高場圖像,其視覺和定量質(zhì)量、區(qū)域體積和病變負(fù)擔(dān)與配對的高場圖像相當(dāng)。

Roh-Eul等收集64例治療后膠質(zhì)瘤患者的184個數(shù)據(jù)集,這些患者在3次隨訪(FU)檢查中,第二次在不同的MRI供應(yīng)商處進(jìn)行,數(shù)據(jù)按8:2的比例隨機(jī)分為訓(xùn)練集和驗(yàn)證集,訓(xùn)練配對的CycleGAN以生成與基線MRI圖像相似的第二次隨訪的MRI圖像。使用相似指數(shù)度量(SSIM)和學(xué)習(xí)圖像斑塊相似百分比(LPIPS)來訓(xùn)練模型,采用強(qiáng)度值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差、灰質(zhì)(GM)和白質(zhì)(WM)的對比噪聲比(CNR)和3D SSIM評分來評估協(xié)調(diào)后的驗(yàn)證集中的圖像。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)隨著訓(xùn)練的進(jìn)行,LPIPS得分普遍下降,而SSIM得分普遍上升。3D SSIM評分在基線與協(xié)調(diào)隨訪圖像之間的變化高于基線與原始隨訪圖像之間的變化,與基線相比,協(xié)調(diào)隨訪圖像中GM和WM強(qiáng)度值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差以及CNR均低于原始隨訪圖像(P<0.001)。該研究表明基于配對CycleGAN的深度學(xué)習(xí)算法在MRI協(xié)調(diào)方面表現(xiàn)良好,提高了治療后膠質(zhì)瘤患者隨訪MRI評估的診斷信譽(yù)度。

弛豫歸一化質(zhì)子轉(zhuǎn)移速率(MRAPTR)與常規(guī)磁化轉(zhuǎn)移比不對稱(MRTasym)指標(biāo)評估急性卒中的能力不同。Yin等納入正常受試者6例,缺血性腦卒中患者106例,結(jié)果表明MRAPTR與MTRasym在觀察者間一致性和位點(diǎn)間可靠性分析上相似,但MRAPTR值比MTRasym值更接近基線,數(shù)據(jù)分布更加集中;APTw測量圖顯示MTRasym和MRAPTR減少,這意味著酸中毒和梗死灶中質(zhì)子交換減少;梗死灶MTRasym和MRAPTR與對側(cè)正常區(qū)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.001、<0.001)。但在某些情況下,梗死灶處的APTw指標(biāo)升高標(biāo)志著APT結(jié)果的逆轉(zhuǎn),與MTRasym相比,MRAPTR顯示梗死灶的逆轉(zhuǎn)率顯著降低(分別為24.5%和2.8%);MRAPTR對急性缺血性病變的反映效果優(yōu)于MTRasym。研究表明APTw指標(biāo)均能反映缺血性病變,但MRAPTR指標(biāo)優(yōu)于MTRasym指標(biāo)。

3.人工智能圖像分析

Yoo等分別從兩個數(shù)據(jù)集納入340例兒科低級別神經(jīng)上皮腫瘤(PLGNT)病例和369例公共多模態(tài)腦腫瘤分割挑戰(zhàn)2020(BraTS)病例,開發(fā)一種用于腫瘤分割的弱監(jiān)督(WS)方法,該方法利用影像標(biāo)簽來自動分割MRI掃描中的異常感興趣區(qū)域(ROI),無需進(jìn)行人工手動標(biāo)注。WS方法在PLGNT數(shù)據(jù)集AUC為0.822,BraTS數(shù)據(jù)集為0.933,提供了與手動分割同樣的效能。

Abdelrahim等開發(fā)了一種基于結(jié)構(gòu)磁共振(sMRI)提取的形態(tài)學(xué)標(biāo)記與社會反應(yīng)量表(SRS)行為評分的相關(guān)性來確定自閉癥嚴(yán)重程度的機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)系統(tǒng),該系統(tǒng)在521例自閉癥患者和593例對照受試者測試中實(shí)現(xiàn)了94%的總體準(zhǔn)確率,98.18%的敏感度,95.56%的特異度。作者認(rèn)為該方法不僅限于SRS報告,還可以用于其他行為報告以及用于任何大腦疾病的診斷。

Kim等采用來自靜息態(tài)功能磁共振成像數(shù)據(jù)庫的109例精神分裂癥患者和120例對照者,通過計(jì)算全腦靜息態(tài)功能連接(rsFC)矩陣,利用改良的基于連接體的預(yù)測模型(CPM)和支持向量機(jī)(SVM)對患者和對照組進(jìn)行分類,并使用三個不同的特征集進(jìn)行多變量分類分析,包括增加、減少以及增加和減少rsFC。結(jié)果顯示,來自增加和減少的rsFC矩陣在兩個數(shù)據(jù)集中的預(yù)測準(zhǔn)確性最高,分別為70.2%和64.4%。

Abramson等開發(fā)一種基于腦部CT(CTB)的人工智能急診分診后處理系統(tǒng),通過設(shè)定25%、40%和50%的非急診閾值,對2807例CTB(包括1193項(xiàng)急癥和1614項(xiàng)非急癥報告)真實(shí)數(shù)據(jù)集進(jìn)行測試以評估模型的性能,在整個數(shù)據(jù)集上后處理系統(tǒng)的AUC為0.92。在目標(biāo)非急癥閾值為25%、40%和50%時,該模型的敏感度、特異度和陰性預(yù)測值(NPV)都表現(xiàn)出了良好的性能。

Ding等通過獲取149例阿爾茨海默(AD)病例和102例健康對照(HCs)的靜息態(tài)fMRI(rs-fMRI)和3D T1WI圖像,開發(fā)了一個包括對比學(xué)習(xí)和圖形神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分層框架,從體素、腦區(qū)和樣本水平提取特征來識別AD。研究結(jié)果顯示,從體素水平出發(fā)提取的樣本水平特征具有有效的識別性能,準(zhǔn)確率為0.768,AUC為0.770,敏感度(TPR)為0.764,1-FPR為0.776。

Udare等納入529項(xiàng)CTA和192項(xiàng)CTP成像數(shù)據(jù)集評估FDA批準(zhǔn)的兩種人工智能解決方案在大血管閉塞(LVO)和急性缺血性卒中(AIS)灌注損傷中的診斷性能,同時比較自動CTP評估的缺血核心體積和半影體積與48小時DWI MRI上的最終梗死體積(FIV)。研究結(jié)果顯示,對于所有類型的LVO,AI1(0.77)與AI2(0.75)之間的敏感度無顯著差異,而兩種AI解決方案對M2閉塞的診斷性能較低,特異度存在差異。在非再灌注組中,Tmax>6與最終梗死體積之間存在顯著差異,大多數(shù)情況下AI1高估了梗死體積。

4.人工智能圖像解讀

Namdar等納入了252例兒童低級別神經(jīng)上皮腫瘤(PLGNT),利用雙機(jī)構(gòu)ADC MRI圖像和機(jī)器學(xué)習(xí)對BRAF融合、BRAF V600E突變和其他分子亞型進(jìn)行分類。研究結(jié)果顯示,使用臨床變量模型測試的AUC為0.670,使用影像組學(xué)的AUC為0.746,結(jié)合影像組學(xué)和臨床變量模型診斷的AUC為0.762,且三者性能差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

Sobeh等分析了2617例頭部 CTA 檢查病例,使用商業(yè)深度學(xué)習(xí)算法識別CTA圖像中是否存在動脈瘤病灶,采用文本語言處理的深度學(xué)習(xí)算法(NLP)識別動脈瘤陰性的放射報告,兩者不一致的病例由三位神經(jīng)放射專家復(fù)查,研究發(fā)現(xiàn)動脈瘤的發(fā)生率為4.7%(123/2617),該算法將34個病例標(biāo)記為疑似漏診動脈瘤,提高了23.0%(23/100)的檢出率。本研究發(fā)現(xiàn)漏診的動脈瘤主要是位于前循環(huán)、可見度較低的小型動脈瘤。

Chan等采用PRISMA 2020核對標(biāo)準(zhǔn),采用3D CNN模型對已發(fā)表的頭部CT顱內(nèi)出血(ICH)文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)綜述和薈萃分析,最終納入12篇文章。研究結(jié)果顯示,3D CNN模型在檢測頭部CT的ICH并進(jìn)行分類方面的敏感度為0.956,特異度為0.955,總體AUC為0.982。

磁共振帕金森綜合征指數(shù)(MRPI)是腦橋與中腦的面積比值×小腦中腳與小腦上腳寬度比值,能夠區(qū)分進(jìn)行性核上性麻痹與特發(fā)性帕金森癥(PD)。Chan等開發(fā)了一種基于快速配準(zhǔn)自動計(jì)算MRPI的方法,測試研究發(fā)現(xiàn)自動MRPI具有高度的可重復(fù)性,且MRPI指數(shù)在健康組、輕度認(rèn)知障礙(MCI)組、阿爾茨海默癥癡呆(AD)組與PD組的受試者之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,在疾病進(jìn)展6年或10年內(nèi)沒有縱向變化,自動MRPI算法具有較高的可重復(fù)性和穩(wěn)健性。

Jones等在澳大利亞一家大型遠(yuǎn)程放射學(xué)服務(wù)機(jī)構(gòu)部署了一個商業(yè)綜合人工智能工具以驗(yàn)證人工智能算法在放射科醫(yī)師報告腦部CT平掃(NCCTB)中優(yōu)化了診斷時間。30位放射科醫(yī)生的18,550項(xiàng)報告被納入分析,研究表明使用人工智能工具在工作時間和非工作時間內(nèi)進(jìn)行報告,分別縮短了8.5%和7.1%的報告時間。

Gagnon等納入分析107例采集了動態(tài)增強(qiáng)掃描(DSC)和動脈自旋標(biāo)記(ASL)掃描的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(GBM)數(shù)據(jù),通過配對t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩者在區(qū)分腫瘤殘留與腫瘤復(fù)發(fā)上有相似的性能(P=0.28 vsP=0.07),分別基于兩種序列訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型用于區(qū)分腫瘤復(fù)發(fā)和治療相關(guān)病變,發(fā)現(xiàn)DSC模型的AUC值更高(0.90 vs 0.86)。

圖像分析(非人工智能)

顳葉內(nèi)側(cè)(MTL)前部是阿爾茨海默病(AD)最早出現(xiàn)Tau沉積的區(qū)域之一,MTL解剖變異在圖像分割中具有挑戰(zhàn)。Sadeghpour等將20例AD病理切片配準(zhǔn)到同一體素的9.4T尸體MRI上,評估前嗅皮質(zhì)(ERC)、Brodmann區(qū)域(BA)35和BA36與海馬的距離,發(fā)現(xiàn)ERC前緣距離海馬4.75 mm(中位數(shù)),BA35為9.25 mm,BA36為10.25 mm。ERC在組織學(xué)切片下緣位于CS的邊緣,上緣位于海馬旁回的上緣,ERC下緣是BA35的內(nèi)側(cè)邊界,外側(cè)邊界位于CS的底部,該研究為前MTL皮質(zhì)制定了一個基于組織學(xué)的分割方案。

Kirsch等開發(fā)和驗(yàn)證了基于開源工具包Kaapana的圖像處理流程,用于量化腦萎縮和白質(zhì)高信號體積,對6例阿爾茨海默病、5例非阿爾茨海默病患者的放射科報告與基于圖像處理流程得到的量化測量結(jié)果進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)處理流程能夠發(fā)現(xiàn)AD患者內(nèi)側(cè)顳葉/海馬體典型性萎縮(SPARE-AD)以及定量白質(zhì)高信號體積,增加缺失于放射科報告中的生物標(biāo)志物。

Liu等評估了來自4個國家17個臨床中心接受增強(qiáng)MRI的57例中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)病變患者,患者依次接受0.04 mmol Gd/kg的Gadoquatrane 和0.1 mmol Gd/kg的Gadobutrol對比劑檢查,3名閱片者進(jìn)行圖像偏好度和病變顯示評分(邊界勾畫、對比增強(qiáng)、內(nèi)部形態(tài)),并在注射后5 min、10 min和15 min比較信號強(qiáng)度(SI)、對比噪聲比(CNR)、信噪比(SNR)和記錄不良事件(AE)發(fā)生率,結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同劑量的兩種對比劑具有相似的效力。

Abid等使用400例參與 MIITRA 圖譜構(gòu)建的老年人MRI數(shù)據(jù),使用MEDI工具箱生成參與者的QSM圖像,使用ANts剛性配準(zhǔn)和數(shù)據(jù)融合生成0.5 mm各向同性MIITRA QSM模板,生成的MIITRA QSM模板具有高圖像銳度和清晰可見的腦結(jié)構(gòu),與其他模板相比,該模板減少了在數(shù)據(jù)空間歸一化時的圖像形變。該模板可用于研究與年齡相關(guān)的鈣鐵穩(wěn)態(tài)異常的腦病,可在www.nitrc.org/projects/miitra下載。

Wang等利用酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移加權(quán)(APTw)成像分析了37例2型糖尿病(T2DM)患者腦代謝的變化,并與臨床數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)和認(rèn)知評分相關(guān)。與對照組相比,T2DM組的白質(zhì)APTw值明顯增加(分別為0.507±0.128和0.600±0.136,P=0.007),灰質(zhì)APTw值無顯著變化。相關(guān)性分析結(jié)果顯示白質(zhì)APTw值與CVLT長時延遲選擇和識別的準(zhǔn)確性(r=-0.315,P=0.011)和視覺空間感知評分(r=-0.298,P=0.017)呈負(fù)相關(guān),提示白質(zhì)APTw值的增加與T2DM患者的認(rèn)知水平降低有關(guān)。