磁共振频谱定量测定脑内γ-氨基丁酸浓度技术的研究

论文摘要

目的:本研究的目的有三个方面:1)检测GABA的模拟和临床模型研究,探讨建立一种稳定可靠的能够在体检测出GABA的方法;2)基于LCModel和QUEST定量技术研究检测模型及活体GABA浓度方法;3)基于2D J-分解技术研究检测脑代谢物GABA浓度的方法。材料与方法:研究一:本研究利用双量子滤波技术,设计GABA谱编辑序列,基于乘积算符理论和相干路径选择理论讨论谱编辑的方法,并讨论提高检测效率的方案,优化谱编辑序列,并结合软件模拟结果讨论检测GABA的方案。研究二:LCModel软件和QUEST分离模型中3.0ppm处被Cr覆盖的GABA波形,并定量检测其浓度,验证方法的可行性。通过MRUI软件和NMR-SCOPE模拟获得包括GABA在内的10种主要代谢物的频谱先验知识,结合QUEST算法及LCModel软件分离GABA等人脑10种主要代谢物,并定量检测它们的绝对浓度。研究三:本文利用NMR 2D J-分解谱技术,探究脑内主要代谢物GABA,NAA,Cr浓度的检测方法。结果:研究一:使用NMR-SCOPE的模拟实验中,优化的DQF-PRESS序列能显著压制3.0ppm处的Cr,同时增强非常弱的GABA信号。研究二:在模型实验中,LCModel和QUEST能分离出3.0ppm处GABA信号波形。在模型实验中,LCModel定量结果为:QUEST定量结果为:拟合谱线在jMRUI软件包上进行分析处理,拟合定量算法结果为:Asp:2.59±0.83（mmol/kg）;Cho:2.32±0.25（mmol/kg）; GABA:3.54±0.57 （mmol/kg）;Glu:6.97±0.83 （mmol/kg）;Glc:0.19±0.46（mmol/kg）;Gln:0.60±0.16（mmol/kg）,其中Cr+PCr*:7.50 （mmol/kg）作为内标参考物;与相关参考文献比较,10种代谢物的估计CRBs在1%-10%范围内,可见结果是可靠的。研究三:实验结果:1D MRS检测的大脑GABA浓度为0.37μmol/g,2D NMR J-分解检测的结果为0.30±0.13μmol/g,表明GABA在δ1.92波峰处2D NMR J-分解的绝对定量值与1D MRS数据结果基本一致。鼠小脑的GABA 1D MRS测得的平均浓度为0.19μmol/g,2D MRS J-分解测得的浓度为0.30±0.05μmol/g,有所偏差,但仍然在允许误差范围之内。鼠脑中的Cr浓度也比较低,大脑和小脑内的Cr平均浓度均为0.16μmol/g,2D MRS J-分解检测的结果为0.17μmol/g,两者之间差距很小。NAA的浓度1D MRS结果与2D MRS J-分解检测结果基本一致。结论:本研究提供了一种有效的活体检测GABA的方法,而且描述了脉冲序列作用机制的数学及序列设计的理论,为后续研究者理解脉冲序列开发脉冲序列提供帮助。同时,本研究使用临床PRESS序列,进行了模型实验,验证了LCModel对检测GABA的可靠性。结果证实LCModel可以从Cr背景中分离出GABA,是一种有效的后处理方法。本研究使用临床PRESS序列,进行了模型和活体实验,验证了LCModel软件及QUEST算法对检测GABA的可行性。结果证实LCModel及基于先验知识的QUEST定量方法能提取被噪声淹没的低浓度成分的代谢物分子,可从Cr背景中分离出3.0ppm处GABA,为定量检测大脑GABA等代谢物的浓度提供了新的方法。基于2D NMR J-分解技术检测脑内GABA等代谢物的浓度是一种可行的方法,实验结果可满足临床要求,相对其它方法法,本方法更为准确可靠。本研究建立了三种磁共振频谱定量测定脑内γ-氨基丁酸浓度技术,该技术为神经退行性疾病的发病机制、预测、诊断和对治疗效果的评估提供新的途径,对于开辟新的治疗脑神经性疾病的方法提供了理论的依据,结果有较高的应用价值。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 符号与缩写词表
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 本研究的主要内容
• 1.3 参考文献
• 第2章 检测 GABA 的模拟和临床模型研究
• 2.1 GABA 的 DQF-PRESS 序列序列设计
• 2.2 材料与方法
• 2.3 结果
• 2.4 讨论
• 2.5 结论
• 2.6 参考文献
• 第3章 使用LCMODEL 和QUEST 定量检测活体中GABA 浓度
• 3.1 LCModel 和 QUEST 定量检测方法的设计
• 3.2 材料与方法
• 3.3 结果
• 3.4 讨论
• 3.5 结论
• 3.6 参考文献
• 第4章 2D J-分解技术检测脑代谢物 GABA 浓度
• 4.1 2D J-分解技术
• 4.2 材料与方法
• 4.3 NMR 实验和数据采集
• 4.4 实验数据处理
• 4.5 结果与讨论
• 4.6 结论
• 4.7 参考文献
• 第5章 总结与展望
• 5.1 研究总结
• 5.2 需要进一步研究的问题
• 综述
• 综述一:一维磁共振频谱中的信号处理方法
• 综述二:磁共振频谱定量检测 GABA 浓度的研究进展
• A STUDY OF MR IMAGE DENOISING METHOD BASED ON CONTOURLET TRANSFORM WITH CONTEXT MODEL
• 发表及参加会议文章目录
• 致谢