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诊断成像

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使用MRI和生物物理模型创建的个性化脑温度图

06 May 2021
Mapping brain temperature

当你生病时,你可能会达到温度计,让你的身体温度。但是如果你需要服用大脑的温度怎么办?

缺血性卒中等事件可以通过几度摄氏度提高脑温度,可以导致大脑发生故障。这些大的变化与较差的患者结果和恢复有关,并且并不总是与体温相关。

美国研究人员团队正在努力帮助医生通过使用磁共振(MR)温度和新的生物物理模型创建大脑的个性化温度图来帮助医生了解和监测疾病和健康的脑温度。研究人员验证研究的结果出版了 通信物理学.

“你不能将单个温度分配给大脑”

大脑是一个高度敏感和精细调谐的器官 需要大量的身体能量 起作用 产生热量 在这样做。患者的大脑在伤害后恢复有多好,并恢复正常是至关重要的。

“我们已知几十年来,脑温对[患者]恢复很重要,”Candace Fleischer说 埃默里大学医学院格鲁吉亚理工学院。但是,她补充说,“没有测量脑温度的临床标准”。

此外,随着血液流动和代谢要求改变,脑温度在整个大脑中变化。这意味着“您无法将单个温度分配给大脑,”解释说明 安德烈·费德托夫 from Georgia Tech.

如今,医生可以通过植入大脑中称为热电偶的探针直接测量脑温度。但由于这种技术侵入性并仅在单点测量脑温度,因此它不适合每个患者,特别是那些不在关键护理的人。此外,如果他们可以使用在患者大脑中提供精确的,三维地图,医生可能能够做出更明智的监测和治疗决策。

回到基础知识

在他们的研究中,研究人员从三个健康的志愿者收集了结构MR脑图像,并开发了一种生物物理模型来预测脑温度。经过几个小时的数据分析和仿真后,该模型计算了研究人员作为三维脑温度图可视化的脑温度的三维分布。

Model construction

该模型本身依赖于物理学的两个基本原则 - 储存能量和质量守恒 - 并纳入通过代谢产生热量并通过整个大脑的血流消散的所有方式(传导,对流和平流)。这些模型的这些特征允许研究人员预测脑温度而不使用关于大脑如何在个体条件下表现的任何经验信息。

为了验证其脑温度预测,研究人员使用全脑MR温度测量温度测量,将这些测量结果与模型的预测相比,并发现它们同意。

用临床应用结婚基础科学

Fleischer和Fedorov以及他们的研究生 东苏唱 和研究工程师 彼得·克托克,正在追求若干项目,该项目在与埃默里临床医生合作中扩展了这项研究。他们在一大群健康人群中验证了他们的模型,纳入了本地血流的行为,以预测脑温度如何应对对不同脑区域的血液供应变化,并在受伤后产生温度图。

“通过结合基本物理,脑温度的实验措施和直接临床应用,患者模型开发和准确的脑温度预测,向前推进,”Fleischer说。

虽然他们的技术仅限于可以接受MRI的个人,但研究人员对其实用性充满信心。

“所有复杂性[在大脑的运作情况]导致一个非常独特的个人温度图,实际上会告诉我们很多关于我们可能发生的事情,过去可能发生的事情,如果我们以某种方式扰乱我们可能会发生什么作为一个人,“Fedorov说。

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者