磁共振分子影像早期诊断阿尔茨海默病的技术研究

Dementia diseases severely harm human society and families. The most common disease of them is Alzheimer’s disease (AD). Because AD is an irreversible, progressive brain disorder, early diagnosis and treatment are critically important. However, there is currently no effective way for early diagnosis. Based on our development of chemical exchange saturation transfer molecular system, we found this technique can be used to image delicate anatomic structure and detect high-resolution metabolism and functional information in the early stage noninvasively, which may facilitate early diagnosis of AD. This program will be based on our advantages (including chemical exchange saturation transfer and multiple-voxel magnetic resonance spectroscopy), to create a new magnetic resonance multimode molecular imaging system, to explore the in vivo magnetic resonance imaging of β-amyloid, Tau protein, and other specific metabolites noninvasively. We will also achieve the dynamic characteristics of AD over a long-term timescale, combining machine learning to analyze the important molecular imaging characteristics of AD in the early stage. The success of this study will provide a widespreadly useful and nonradiation- invasive tool for early diagnosis and treatment of Alzheimer's disease.

老年痴呆严重危害着社会和家庭，其中最主要的病种为阿尔兹海默病（AD）。AD是一个不可逆的发展过程，早期发现与早期干预是预后的关键，而目前缺少有效的技术手段进行早期诊断。本团队在前期开发基于化学交换饱和传递成像的分子影像系统，发现通过该技术可早期在体无创地检测脑部精细解剖结构与高分辨的代谢成像和功能信息，有望为AD的早期诊断提供依据。本项目将以实验室长期的优势技术（化学交换饱和转移和多体素频谱）为基础创建新型磁共振多模态分子影像技术，结合机器学习探索β-淀粉样蛋白、Tau蛋白等特异蛋白及代谢物的活体无创磁共振成像，实现以时间为尺度的连续重复检测，为AD的早期诊断提供重要的分子影像学特征指标。本项目成功将实现更具有临床推广前景的无放射损伤的磁共振新技术，为阿尔茨海默病的早期诊治提供有力工具。

本课题组在该项目研究期内，已发表相关领域的SCI收录论文53篇（已标注25篇），中文核心期刊4篇（已标注3篇），课题负责人及主要研究人员获得广东省科学技术奖1项(二等)，项目负责人主译论著1部。.本课题组结合理工医学科，构建了重要的影像生物标志物——angiopep-2，可评估Aβ沉积物情况，并能动态、无放射跟踪监测AD鼠的病情发展。同时，优化了CEST序列，获得谷氨酸成像、GABA成像、肌酸成像、葡萄糖成像和肌醇成像等代谢成像的最优参数，并结合纳米材料，可应用于其他神经系统性疾病和肿瘤中，可动态监测药物治疗情况，具有非凡的临床转化潜力。.基于体素的形态计量学方法分析轻度认知损害(MCI)患者大脑灰质的变化，并利用卷积神经网络(CNN)评估该变化来诊断早期AD，为临床非侵入性、客观性评估和识别早期AD提供一条有效的途径。.利用磁共振成像技术DKI与定量磁化率图(QSM)相结合的方法研究帕金森病发病过程，监测铁沉积对帕金森患者脑微结构的变化；同时结合应用DKI、ASL、fMRI、MRS等磁共振技术对抑郁症鼠、血管狭窄闭塞性患者等展开研究，探索脑部代谢情况并为类似研究提供优质的扫描方案。.基于磁共振成像方法，在淋巴功能受损的动物模型上提出了一种可行的类淋巴系统可视化技术，为早期诊断AD提供了一个新的研究方向和探索方式；同时，应用纳米材料，采用磁共振成像技术在乳腺癌鼠和脑缺血鼠中实现了可视化，并可动态监测药物治疗情况，对跟踪该类疾病的诊疗情况提供了新方法。.在图像后处理方面，提出了基于广义总变分模糊C均值图像分割方法，在图像分割尤其在医学图像分割中表现出很好的去噪和边缘保持能力，实现了在强噪声背景下重建图像本征模式。.在研期间，课题负责人多次前往多伦多大学短期访问，在国内连续多年举办了大型学术交流会议。课题组成员积极线上线下参加国内外重大学术会议并多次进行大会发言，学生屡次获奖。已毕业研究生包括博士生5人、硕士生16人，出站博士后2人，目前在研博士生3人，硕士生10人。