基于全脑高分辨率磁共振波谱成像技术的强迫症患者神经代谢异常研究

The alteration of brain metabolic level plays a critical role in the pathophysiology of obsessive-compulsive disorder (OCD). It is important to develop effective noninvasive whole brain metabolic imaging technology to investigate the overall metabolism changes and provide valuable therapeutic target in OCD. Magnetic resonance spectroscopy imaging (MRSI) serves as a unique noninvasive and label-free technology to quantitatively measure the metabolite concentration in tissues in vivo. However, the technical constraints, including the low spatial resolution (10mm), long acquisition time and low reproducibility, have greatly limited the clinical applications of MRSI. In our previous work, we successfully obtained the neuronal metabolite map for healthy human using the pioneering whole brain 3D MRSI, called SPICE. The spatial resolution is 3 mm and the acquisition time is 5 mins. In this project, we will further improve the technology in the aspects of motion correction and low intensity signal detection for further OCD patients study. We will construct the whole brain metabolite map of OCD using the improved technology and investigate the abnormal metabolic features in relation to OCD clinical symptomology. Furthermore, we will combine the SPCIE technology with structural and functional magnetic resonance imaging modalities to jointly study the whole metabolic-functional coupling feature of OCD, which provide a multimodal neuroimaging biomarker for a more comprehensive understanding of OCD pathophysiology.

强迫症(OCD)患者脑内神经代谢物水平的改变，是其神经生物学病理的重要基础。开发准确、有效的无创在体脑代谢检测技术，对揭示OCD神经代谢异常，阐明其病理机制及治疗靶点，具有重要临床意义。磁共振波谱成像(MRSI)是目前唯一可以无标记全脑在体定量测定组织代谢物浓度的影像检测技术，但该技术存在空间分辨率低(10mm)、成像时间长、可重复性差等问题，多年来严重限制了其临床应用。申请人及团队前期基于国际首创全脑SPICE磁共振谱成像技术，成功获得健康人全脑3D高分辨率(3mm,5分钟成像)神经代谢物分布图。本项目将进一步针对OCD患者脑代谢特性，改进其低信噪比信号检测及运动校正算法，定量构建OCD患者全脑代谢图谱；以此分析OCD患者神经代谢异常及其与临床症状的相关性；并进一步结合磁共振结构、功能影像技术，研究OCD患者脑代谢异常与脑结构、功能特性的耦合关系，为强迫症病理机制研究提供多模态影像指征。

强迫症患者脑内神经代谢物水平的改变，是其神经生物学病理的重要基础。开发准确、有效的无创在体脑代谢检测技术，对揭示强迫症神经代谢异常，阐明其病理机制及治疗靶点，具有重要临床意义。磁共振波谱成像(MRSI)是目前唯一可以无标记全脑在体定量测定组织代谢物浓度的影像检测技术，但该技术存在空间分辨率低(10mm)、成像时间长、可重复性差等问题，我们前期基于全脑SPICE磁共振谱成像技术，成功获得健康人全脑3D高分辨率神经代谢物分布图。本项目进一步研究强迫症患者神经代谢异常及其与临床症状的相关性，并进一步结合磁共振结构、功能影像技术，研究其脑代谢异常与脑结构、功能特性的耦合关系。..在高分辨率快速全脑磁共振波谱成像方面，本项目成功实现了健康人全脑3D-MRSI成像，并在临床场景下在8分钟扫描时间内获得3毫米空间分辨率的全脑NAA、胆碱、肌酸、肌醇及乳酸等重要神经代谢物图谱。在信号处理方面，针对自旋回波磁共振波谱成像中脂肪信号污染严重的问题，建立了一种基于高分辨率参考图像和机器学习技术的脂肪信号去除方法。该方法利用机器学习技术，将可以实现快速采集的高分辨率自由感应衰减磁共振波谱参考图像转化为自旋回波磁共振波谱图像，并利用广义序列模型实现了自旋回波磁共振波谱图像中脂肪信号的重建与去除，实现了无脂肪信号干扰的代谢物图谱获取。..在强迫症患者脑功能脑代谢异常研究方面，结合功能磁共振和磁共振波谱影像模态，我们发现患者双侧丘脑和右侧枕中回之间的功能连接下降，并且与丘脑内谷氨酸代谢物浓度相关；探究了强迫症患者的网络功能改变，发现患者凸显网络内部功能连接减少，感觉运动网络内部功能连接增加，且与临床症状相关，为揭示强迫症的神经生理学异常提供了影像学支持。进一步地，本项目对多模态脑影像在精神疾病诊疗中的作用展开探索，并建立了多模态影像融合算法模型，为论证全脑结构、功能、代谢影像对精神疾病的诊断价值提供支持。..