Controlling Quality and Capturing Uncertainty in Advanced Diffusion Weighted MRI

控制质量并捕捉高级扩散加权 MRI 的不确定性

基本信息

  • 批准号:
    9146951
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 64.82万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-09-21 至 2019-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Diffusion weighted magnetic resonance imaging (DW-MRI) has opened unprecedented opportunities to simultaneously study local microarchitecture and global structural connectivity. Yet, nearly two decades after the initial presentation of diffusion tensor imaging (DTI), DW-MRI remains plagued by basic theoretical challenges to its interpretation in regions of complex tissues (e.g., crossing fibers). Understanding these complex regions with advanced DW-MRI methods is critical to quantitative assessment of the brain architectural organization, diagnosing connectivity abnormalities, and developing useful biomarkers. Although numerous potential acquisition and analysis techniques have been proposed, to date, there has not been a systematic characterization of the impacts of acquisition design and quality across advanced techniques. The motivating hypothesis of this work is that different advanced DW-MRI methods are appropriate for different imaging contexts given practical image acquisition considerations (e.g., feasible scan time, hardware, propensity for patient motion). Investigators considering studies involving advanced DW-MRI are faced with two critical questions: (1) "What is the expected performance (specificity/sensitivity) of possible advanced DW-MRI analyses given a particular imaging scenario?" and (2) "How can an imaging scenario be optimized to achieve target level of performance given a particular DW-MRI analysis scenario?" The overall goal of this project is resolve these important long-standing questions. We will evaluate the motivating hypothesis through a series of three experiments: " First, we will perform the most extensive phantom study to date to map the empirical sensitivity and specificity of advanced DW-MRI metrics. This study will generate scan-rescan data of known physical fiber structures. " Second, we will perform the most extensive scan-rescan study to date to map the in vivo reproducibility of advanced DW-MRI metrics. This study will generate scan-rescan data across all three major scan vendors with neurologically normal control volunteers who are age and gender stratified. " Third, we will collaborate with on-going clinical research studies to generate a large database of scan-rescan validation data. This study will enable mapping of normal inter-subject variance, lead to the construction of a normative database of advanced DW-MRI measures, and enable single-subject inference. Together, these efforts will (1) provide a quantitative basis for biophysical interpretation of biomarkers derived from advanced DW-MRI in the context of noise and sampling strategies and (2) provide a solid theoretical and empirical basis for optimization of protocols within scan-time and hardware constraints. The data, analysis software, and visualization tools will be made freely available to facilitate continued improvement and innovation. These efforts will drive quantitative exploration for biomarkers based on advanced DW-MRI and, eventually, improve patient care.
描述(由申请人提供):扩散加权磁共振成像(DW-MRI)为同时研究局部微体系结构和全球结构连通性提供了前所未有的机会。然而,在扩散张量成像(DTI)的初始呈现后近二十年,DW-MRI仍然受到其在复杂组织区域(例如,交叉纤维)区域的基本理论挑战的困扰。使用先进的DW-MRI方法了解这些复杂区域对于大脑架构组织的定量评估,诊断连通性异常和开发有用的生物标志物至关重要。尽管已经提出了许多潜在的获取和分析技术,但迄今为止,还没有系统地表征跨高级技术的采集设计和质量的影响。 这项工作的激励假设是,给定实用的图像获取考虑(例如,可行的扫描时间,硬件,患者运动的倾向),不同的高级DW-MRI方法适用于不同的成像环境。考虑涉及高级DW-MRI的研究的研究人员面临两个关键问题:(1)“可能的预期性能(特异性/灵敏度)是什么可能 给定特定成像情况的先进的DW-MRI分析?”和(2)“在特定的DW-MRI分析方案下,如何优化成像场景以达到目标水平?”该项目的总体目标解决了这些重要的长期问题。我们将通过一系列特定的实验来评估大多数的启发性,我们将通过一系列特定的实验来评估per per,我们将em pruper compultions pruper to pruper contimitive:'高级DW-MRI指标。这项研究将生成已知物理纤维结构的扫描剂量数据。 “第二,我们将进行迄今为止最广泛的SCAN-RESCAN研究,以绘制高级DW-MRI指标的体内可重复性。这项研究将在所有三个主要的扫描供应商中生成扫描 - 回答数据,这些扫描量具有神经性正常的对照志愿者,这些志愿者是年龄和性别分层的,我们将在进行较大的数据研究中进行研究。这项研究将实现正常受试者间方差的映射,导致构建高级DW-MRI测量的规范数据库,并启用单受试者推断。 总之,这些努力(1)为在噪声和抽样策略的背景下对源自晚期DW-MRI的生物标志物的生物物理解释提供了定量基础,并且(2)为在扫描时间和硬件约束中优化方案的优化提供了可靠的理论和经验基础。数据,分析软件和可视化工具将免费使用,以促进持续的改进和创新。这些努力将推动定量 基于晚期DW-MRI的生物标志物的探索,并最终改善患者护理。

项目成果

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