多模态磁共振量化脑小血管病的实验性研究

Quantification of cerebral small vessel disease（CSVD）, including changes in cerebrovascular morphology and integrity of microstructure, is the premise for therapeutic management. How to achieve a non-invasive, dynamic quantification is still an unsolved problem. The difficulty lies in the scarcity of a comprehensive technology platform and appropriate indicators of observation. Cerebral blood vessels, cerebral small vessel and microcirculation constitute the brain blood supply system together, and have continuity and similarity in anatomical structure and physiological functions, affected by hemodynamics simultaneously. Can we adopt the changes in cerebrovascular and brain parenchyma while the cerebral small vessel disease evolution as a clue to evaluate cerebral small vessels, cerebral blood vessels upward and brain parenchyma, microcirculation downward? This study intends to use different types of animal models of cerebral small vessel disease and apply multi-modal magnetic resonance imaging as a means, combined with biomedical imaging technology to quantify the basic parameters of cerebral small blood vessels, while evaluating intracranial vascular changes, damage of brain tissue including white matter and gray matter, and changes in the blood-brain barrier and microcirculation. We will also verify the results with different pathological examination and build a medical imaging platform for evaluation of cerebral small vascular disease. This study will be applied in clinical evaluation preliminarily, to explore the cerebrovascular and brain parenchyma evolution and outcome while the cerebral small vessels exacerbation, and to further evaluate the prognosis, establishing the foundation for clinical application.

量化脑小血管病的损伤程度包括脑血管的形态变化、脑微观组织结构完整性是选择治疗措施的前提。如何实现无创、动态、量化这些变化仍是一个未解决的问题，难点在于缺乏综合性技术平台及合适的观察指标。脑大、小血管及微循环共同构成了脑供血系统，在解剖结构、生理功能存在连续性、相似性，共同受到血流动力学影响。能不能以脑小血管病演进过程中脑血管及脑实质的变化为主线，评价脑小血管的变化、上游较大颅内血管以及下游脑实质、微循环的变化？本研究拟采用不同类型脑小血管病动物模型，以多模态磁共振成像为手段，结合生物医学影像处理技术，量化脑小血管的形态基本参数，同时评价颅内大血管变化、脑组织包括白质及灰质的损伤、血脑屏障及微循环的变化。同时以不同病理检查验证结果，构建评价脑小血管病影像学平台。初步应用于临床评价，探索脑小血管演进过程中，脑血管与脑实质演变的规律与转归，进一步评价预后，为临床应用奠定基础。

脑血管的形态变化、微观组织的变化是量化脑小血管病损伤程度的关键，本研究采用不同类型脑小血管病动物模型，以多模态磁共振成像为手段，结合生物医学影像处理技术，量化脑小血管的形态基本参数，评价颅内大血管变化、脑组织包括白质及灰质的损伤、血脑屏障及微循环的变化；同时以不同病理检查验证结果，构建评价脑小血管病影像学平台，初步应用于临床评价。本研究的主要内容包括：1.完成磁共振序列设计与优化，获得高分辨高质量图像基础上，完成量化脑小血管形态及体积的量化，实现针对实验性脑小血管病变化的初步量化区间。2.完成生物医学影像技术平台的建立，完成了原来只能反映在动物、离体标本的指标通过影像分析平台在活体内实时量化，包括小血管大小的平均值、微血管密度的下限，反映血管屏障漏出的微出血、脑白质的密度值、脑实质神经元变化等。3.初步应用于临床实现影像平台的应用，确立相关参数的阈值及范围优化的人体影像分析平台 MR 检查技术和关键技术指标，以及图像分析技术，确立综合磁共振分析平台，指导治疗、评价疗效, 预测预后。为进一步研究各种病理条件下，脑小血管变化以及组织微观结构与微循环变化奠定基础。主要研究成果包括：1.完成脑小血管病量化多模态影像学的研究，建立自主特色的影像分析平台。本项目中的技术成果已经申请发明专利 5 项，并获得授权。2.初步实现各量化指标应用于临床，评价脑血管的变化，同时量化脑实质的变化，为治疗及预后评价提供客观信息。尤其在脑小血管疾病的量化方面，能够较早期发现病变进而进行干预。3.实现影像分析平台的构建，能够在为进一步研究如肿瘤、感染、外伤后等病理情况下，脑组织结构特性与 BBB 的变化奠定基础。4. 研究结果以论文形式公开发表，在国外学术期刊上发表论文7篇，实现成果转化一项，项目转让金额100万元，培养硕士4名，博士1名。