脑血管成像与分析实验室
随着人类寿命的延长，老年群体显著增加，主要死亡原因已转向慢性神经退行性疾病。当前面临的重大挑战是降低此类疾病的发病风险。由于临床症状、严重程度、进展速度和治疗反应存在高度异质性，单一研究方法难以全面捕捉疾病特征。我们迫切需要能够将病理特征与认知行为评估相关联的定量多参数测量技术，以实现疾病风险分层。
本人研究的核心是阿尔茨海默症（AD）中的血管病理成像。AD病理具有高度异质性，需要多模态方法进行表征。我们专注于优化老年群体的灌注测量和血管储备力映射技术，开发了优化的动脉自旋标记（ASL）序列用于测量脑灌注。同时，我们创新性地开发并验证了适用于老年群体的简易屏气范式，该方法相比气体挑战测试具有更高的依从性，同时能产生可比的结果。最新研究证实脑灌注和血管储备力与记忆表现显著相关，且血管储备力对神经元损伤的敏感度更高。
关于阿尔茨海默症和帕金森病（PD）的其他正在进行的研究，详见项目页面。
研究资金支持
当前资助项目包括：
- RSNA（共同PI，首席PI：MossaBasha M）：新冠长期效应研究
- R61 AG080614（合作研究者，分中心PI，首席PI：Peskind E）：太极练习与胶淋巴系统功能研究
- RF1 NS1281966（合作研究者，首席PI：Li G）：创伤后睡眠障碍在慢性创伤性脑病和AD相关神经病理学中的作用研究
- 2023年医疗数据科学研究所启动奖（共同PI：Kurt M）
- MTEC（分中心PI，首席PI；Kernagis D）：增强型神经睡眠生理与绩效准备度研究
- R01 AG069960（首席PI）：白质高信号的病理机制研究
- 拜耳制药公司（共同PI）：慢性新冠感染后神经影像与脑血管成像结果：患者预后相关性研究
过往资助项目：
- Morell奖（合作研究者）：牙痛成像研究
- 阿尔茨海默协会：通过大型协调数据集对可疑非淀粉样病理的轻度认知障碍（SNAP MCI）进行特征分析
- 阿尔茨海默协会与迈克尔·J·福克斯基金会：跨神经退行性疾病的生物标志物研究
- 查尔斯顿阿尔茨海默症会议：早期阿尔茨海默症的多模态非侵入性血管成像研究
- 飞利浦公司：正常压力脑积水的非侵入性MR评估
- K01 AG055669（首席PI）：疑似非淀粉样病理的轻度认知障碍的脑血管成像研究
- U01 DK082325（合作研究者）：泌尿系统慢性盆腔疼痛综合征发现中心
- 皇家特许研究基金（首席PI）：阿尔茨海默症中胶淋巴流动的非侵入性量化研究
- 微软Azure（首席PI）：基于云的神经影像应用研究
- R01 AG067563（合作研究者，首席PI：Hanson A）：载脂蛋白E基因型对脑部甘油三酯和血流的影响研究
- P30 AG066509（合作研究者，首席PI：Grabowski）：华盛顿大学阿尔茨海默症研究中心影像与生物标志物核心
- U54 HD083091（分中心主任，首席PI：Guralnick）：智力与发育障碍研究中心脑成像核心
- 多尔森家族基金（首席PI）：基于MRI黑质萎缩的帕金森病早期检测研究
研究评论
功能成像的突破性研究
BOLD测量：BOLD fMRI通过组织氧合变化检测脑功能障碍，是一种强大的技术手段。但其本质上仍是对脑功能的定性评估。BOLD信号的产生依赖完整的神经血管耦合和神经代谢耦合机制。在复杂的脑血流（CBF）、脑血容量（CBV）、氧代谢和神经传导相互作用中，CBF变化必然引发BOLD信号改变，而CBV变化未必产生相同效应。因此必须分离BOLD信号的各个贡献因素。我们认为在任何疾病中，功能（BOLD、CBF、CBV）变化早于组织损失，神经元失衡（包括突触丢失和神经元活动改变）可能导致灌注异常，但当前影像技术尚无法检测到组织损失。持续的失衡和灌注损伤最终将导致明显的神经元死亡。因此检测灌注异常对于理解疾病中的BOLD信号差异及预防不可逆损伤至关重要。我们开发CBF和CBV的独立测量技术，旨在发现脑功能障碍的早期征兆。
CBF测量：动脉自旋标记（ASL）方法是CBF测量的黄金标准，可作为脑代谢的有效替代指标。研究表明CBF与葡萄糖代谢高度相关，是BOLD信号的主要驱动因素。越来越多的证据显示CBF异常与认知缺陷相关，可能成为神经病理的早期标志物。我们的研究广泛采用CBF测量技术。
CBV测量：我们开发了一种无需侵入性对比剂的流入-血管空间占有率（iVASO）方法。通过测量动脉CBV（aCBV），可有效评估维持CBF和功能性充血（活动依赖的CBF增加）的自动调节机制。我们创新性地开发了近全脑的Inflow-VASO（iVASO）技术，利用动脉血水作为内源性对比剂进行aCBV测量。CBV测量是功能成像中最不成熟的技术，而iVASO方法有望突破这一技术瓶颈。
BOLD信号受心脏和呼吸搏动的干扰。BOLD信号随回波时间（TE）变化而变化，短回波时间提供高信噪比但包含大量大血管信号和生理噪声，长回波时间则主要反映微血管贡献且生理噪声低但信噪比低。快速采集可减少生理干扰但受限于成像分辨率和梯度切换速度。我们正在开发信号处理流程，分离复合信号提取神经信号。
ASL：临床应用准备就绪？
回顾ISMRM 2018年关于ASL能否替代基于对比剂的灌注成像（DSC/DCE）的争论。
支持观点：ASL具有无创优势，特别适用于脑卒中评估。其利用血液水质子作为内源性对比剂，可自由穿过血脑屏障，而DSC/DCE使用的钆对比剂不具备这一特性。ASL在胶质瘤（高灌注）与转移瘤（灌注不高）的鉴别诊断中表现出色。已有大量临床案例证明其有效性。DSC/DCE缺乏定量性，已证实有钆沉积风险，对肾功能不全、血管脆弱和儿科患者存在应用限制，而ASL无这些限制。
反对观点：现有临床试验多采用DSC/DCE（尚无ASL相关试验）。DSC/DCE临床普及度高且实施简便，无需特殊序列（成本低）。尽管存在脑部钆沉积现象，但除罕见肾源性系统性纤维化外尚无毒性证据。
我们的观点：ASL在临床应用验证已逾十年，在评估脑灌注方面表现卓越。临床实施简便，多数厂商已将其纳入产品序列。无论钆毒性如何，无创方法必然提高患者依从性。其与DSC/DCE和PET测量具有高度相关性，应用范围远超脑卒中和肿瘤。作为痴呆研究专家，我们视ASL为评估灌注模式和痴呆风险的重要工具，可作为常规筛查手段无限重复使用。虽尚无同时比较DSC/DCE和ASL的临床试验，但DSC/DCE在脑卒中的有效性证据仅是单向证明。
然而，ASL的准确测量需要精心规划和培训，数据分析尚需专业处理，目前商业化平台尚未实现定量分析。此外，小脑、脑干和全身其他部位的ASL灌注技术仍需进一步发展。
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