本技术涉及一种多模态磁共振成像(MRI)评估用神经轴突仿体模型及其制备技术。该模型包括一个仿体模型壳体,该壳体内部设有容置腔,容置腔内充满去离子水。神经轴突仿体模型由两端开口的填充腔构成,旨在模拟真实神经轴突结构,以便于MRI成像评估。
背景技术
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)是通过对静磁场中的人体施加某种特定频率的射频脉冲,使人体中的氢质子受到激励而发生磁共振现象。停止脉冲后,质子在弛豫过程中产生MR信号。通过对MR信号的接收、空间编码和图像重建等处理过程,即产生MR信号。MRI已应用于全身各系统的成像诊断。效果最佳的是颅脑,及其脊髓、心脏大血管、关节骨骼、软组织及盆腔等。对心血管疾病不但可以观察各腔室、大血管及瓣膜的解剖变化,而且可作心室分析,进行定性及半定量的诊断,可作多个切面图,空间分辨率较高,显示心脏及病变全貌,及其与周围结构的关系,优于其他X线成像、二维超声、核素及CT检查。在对脑脊髓病变诊断时,可作冠状、矢状及横断面像。
MRI体模是评价成像性能的一种必不可少的工具,其用途广泛,可用于校准和检查成像设备,进行新系统和脉冲序列开发的测试,以及MRI操作员的培训。其中最常用于序列开发的测试,其通常在临床研究前进行模拟测试。成像序列的研究在仿真得以验证后,通常需要先进行健康志愿者实验,然后通过数例患者实验验证有效,最终才能在临床上广泛推广。但由于健康志愿者不存在病理区,能够验证方法有效性的能力不足,而少量患者的临床研究受限于实验的可重复性。仿体实验可以作为健康人体实验的补充。因此,用于制作MRI体模的材料应具有1)与人体组织相似的弛豫时间;2)在体模内提供均匀的弛豫时间;3)允许生成各种形状和大小的体模;4)易于处理;和5)长期保持化学和物理稳定性。
目前,磁共振成像(MRI)技术在神经科学研究和临床诊断中扮演着至关重要的角色。为了准确评估MRI技术和量化组织的微观结构,我们需要使用仿体(也称为体模)来进行扫描仪性能评估、质量控制以及新成像技术的开发。然而,现有的MRI仿体模型存在一些不足,阻碍了其在神经科学领域的应用。
现有的MRI仿体大多基于简单的几何形状,例如圆柱体或球体,并使用均质材料制成,无法真实模拟神经组织复杂精细的微观结构和各向异性扩散特性,尤其是在模拟神经纤维的形态和排列方面存在不足,难以准确反映水分子在神经纤维束内的扩散行为(Zhou,F.-L.,et al."Coaxially Electrospun Axon-Mimicking Fibers for DiffusionMagnetic Resonance Imaging."ACS Applied Materials&Interfaces 4.11(2012):6311-6316)。
现有的仿体模型往往只关注单一的MRI参数,例如扩散系数或T1值,而缺乏对多种MRI参数的综合模拟能力。这限制了对MRI技术的全面评估和对组织微观结构的准确量化(Fieremans,E.,and Lee,H.-H."Physical and numerical phantoms for thevalidation of brain microstructural MRI:A cookbook."NeuroImage 182(2018):39-61)。
并且,目前没有仿体模型能够同时模拟神经组织的仿生结构和弛豫特性(例如T2、T2*),这限制了对MRI技术的全面评估和对组织微观结构的准确量化。例如,在评估脑部病变(如出血或缺血)时,T2和T2*弛豫时间可以帮助区分不同类型的病变和评估其严重程度。然而,由于缺乏同时具备仿生结构和弛豫特性的体模,研究人员难以对MRI序列在这些病变中的表现进行准确评估和优化(Welsch,G.H.,et al."T2 and T2 Mapping."CurrentRadiology Reports 2,(2014):60;Ghassaban,K.,et al."Quantifying iron content inmagnetic resonance imaging."NeuroImage 187(2019):77-92;Ling,H.-W.,et al."Could Iron Accumulation Be an Etiology of the White Matter Change inAlzheimer’s Disease:Using Phase Imaging to Detect White Matter IronDeposition Based on Diffusion Tensor Imaging."Dementia and GeriatricCognitive Disorders 31(4)(2011):300-308.)。
综上所述,针对现有MRI仿体模型存在的不足,如何能够让仿体模型同时具备仿生结构和弛豫特性,用于多模态磁共振成像,解决现有仿体模型无法真实、逼真的模拟神经组织复杂精细的微观结构和各向异性扩散特性,解决在模拟神经纤维的形态和排列方面等问题上存在的不足,准确反映水分子在神经纤维束内的扩散行为,能够同时模拟神经组织的仿生结构和弛豫特性,真实模拟神经组织复杂微观结构和多种MRI参数的问题,提高MRI技术在神经科学研究和临床诊断中的准确性和可靠性,成为了生物医学领域技术人员亟需解决的一个难题。
实现思路