第三期上科大生医工在线学术讲座实录:脑血管成像-血管腔、血管壁、血流与 AI

发布时间:2021-10-11浏览次数:63

2021年9月25日上午,受上海科技大学生物医学工程学院 (上科大生医工学院) 胡鹏教授邀请,美国华盛顿大学放射学和生物工程 Chun Yuan 教授做客上科大生医工学院在线学术讲座。Chun Yuan 教授是心血管成像领域的国际领先专家,ISMRM、AHA、AIMBE 会士,他通过线上直播为我校师生带来“Cerebral Vascular Imaging: Lumen, Wall, Blood Flow and AI”主题演讲。


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在讲座的第一部分中,Yuan 教授首先介绍了他的团队在颅内血管磁共振造影术方面的工作。磁共振血管造影术在临床上经常用来观察血管及血流成像,也可用来检测动脉粥样硬化斑块是否存在病变性狭窄。这些血管壁上附有斑块会使管腔变窄、减少血流,一旦脱落会导致心肌梗塞和中风等。Yuan 教授在研究中发现,斑块的大小与其对管腔造成的狭窄程度并没有必然联系,也就是说大的斑块可能不会对管腔产生严重的影响。


随后,Yuan 教授给大家介绍了颅内 3D TOF (Time of Flight) MRA 技术,通过 3D TOF MRA 技术,可以提供清晰的颅内血管网络与关于血管通畅和狭窄的位置信息。图像中的血流信号可见度可以辨别此处是否有血液流动,信号强弱反映血液流动的快慢。在研究过程中,Yuan 教授发现大脑组织血流灌注 (Cerebral Blood Flow, CBF) 会随着年龄的增长而不断下降。有些人会高于平均值,有些人却低于平均,那么这便有可能是某种疾病高风险或者低风险的反映。


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颅内三维时间飞跃法磁共振血管造影


基于上述问题,Yuan 教授为大家展示了其团队研发的颅内动脉特征提取 (intraCranial artery features extraction, iCafe) 工具,可以提取 3D 血管造影数据。iCafe 工具具有很多功能,例如图像预处理、初步分割、血管追踪、动脉标记、特征计算和分析输出。与传统的血管造影术相比,iCafe 能够根据 MRA 生成一个定量图并标记颅内动脉不同区域,并且可以使用在全脑或者局部区域。最后将 iCafe 工具与 3D TOF Vascular Map 进行比对,说明基于 iCafe 的测量结果是可重现的。


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颅内动脉特征提取工具


在讲座第二部分中,Yuan 教授提出基于神经网络增强的 TSE 成像技术。TSE 成像技术主要用于颅内血管成像,它可以同时扫描 k-space 的多行数据,所节省的时间可以用来延长 Time Relaxation,以便于更多的纵向磁化恢复,从而改善信噪比。相比于传统的 TSE 成像分辨率仍然较低,Yuan 教授提出的 Convolution Neural Network Sequential Model 可以提高成像分辨率,让血管壁看起来更加清晰,同时还能够保证时间效率。



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用于提高图像质量的

神经网络增强型 TSE 成像方法


在讲座最后部分中,Yuan 教授提到了一种成像序列 SNAP (Simultaneous noncontrast angiography and intraplaque hemorrhage imaging),并通过将 SNAP 与 TOF 进行对比,发现了两者图像之间存在不匹配的情况。并介绍了一项利用 iCafe 来分析在不同血液流速和不同动脉下 TOF 和 SNAP 成像的对比研究。他发现 TOF 信号会随着血流速度的增加而少量增加,而 SNAP 中发现在血液流速低于或高于某一特定值时信号会完全消失。这显示出了 SNAP 与 TOF 相比,不仅可以提供是否存在血管的信息,还可告知血管中血液流速和灌注是否在一定范围内。接下来,Yuan 教授指出通过 SNAP 和 TOF 方法得到的血管长度与通过 CBF 方法得到的血流状况这两者间有一定的相关性,可能暗示着血管长度与组织中血流状况具有相关性。这些关于血液的信息或许能够帮助解决 CBF 无法完全解答的问题。Yuan 教授解释,如果能够通过这些不同类型的方法,最终在病症展现之前发现异常,就有可能改变最终出现不可逆损伤的结果。



三维血管分布图


讲座结束后,参会师生与 Yuan 教授就研究内容进行了充分的讨论互动。此次讲座通过微软 Teams 会议软件和哔哩哔哩网站同步直播的方式进行,使全球各地的听众能够方便地在线参加并学习。


第三期讲座完整录像请关注“上科大生医工学院”官方哔哩哔哩账号观看,观看地址:

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