SORDINO-fMRI for mouse brain applications

用于小鼠大脑应用的 SORDINO-fMRI

基本信息

  • 批准号:
    10737308
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 62.19万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-08-01 至 2027-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Gradient-recalled echo (GRE)–based echo planar imaging (EPI) has been the gold standard functional magnetic resonance imaging (fMRI) technique for nearly three decades due to its ability to rapidly acquire whole brain volumes with MR T2* sensitivity to blood oxygenation — a well-known surrogate marker for brain activity. This immensely utilized technique, however, suffers from high acoustic noise, ghosting and motion artifacts, magnetic field inhomogeneity–related artifacts, low sensitivity compared to other neuroimaging modalities, and poor spatial specificity. An fMRI sampling technique that addresses these problems has the potential to change day-to-day fMRI practices. In particular, such a development would be of great benefit to the emerging rodent fMRI community as anesthesia and stress confounds can be avoided. Additionally, most rodent fMRI studies are performed under high magnetic field strengths (> 7T), wherein susceptibility artifacts in GRE-EPI are exacerbated. Imaging sequences with “zero” acquisition delay and minimal increment of gradients are insensitive to problems stated above and have the potential to provide superior specificity and sensitivity compared to GRE- EPI-fMRI. The overarching goal of this project is to advance, validate, and disseminate a novel 3D brain- wide imaging sequence: Steady-state On-the-Ramp Detection of INduction-decay signal with Oversampling (SORDINO) for the preclinical animal fMRI community. In addition, we will investigate SORDINO contrast mechanisms and explore a contrast-enhanced method that may further augment SORDINO sensitivity. Our developments will be benchmarked in mice, wherein a head-fixation approach can be utilized to image mice in an awake condition. In Aim 1, we will develop and disseminate the SORDINO sequence and reconstruction package in a preclinical animal MRI platform. In Aim 2, we will inform the most robust imaging parameters and benchmark them against modeled SORDINO performance and GRE-EPI-fMRI and zero echo time (ZTE)-fMRI data. This will facilitate future SORDINO-fMRI applications and enable new capabilities to study large-scale, functionally and behaviorally relevant brain networks in awake mice. In Aim 3, we will examine the SORDINO contrast mechanisms using MR-compatible invasive recordings, which are crucial for data interpretation. The contrast mechanisms, if proven to be local tissue oxygenation, cerebral blood flow, and cerebral blood volume, will clarify SORDINO as a spatially specific approach for functional brain mapping. In Aim 4, we will leverage the expected sensitivity gain of SORDINO at shorter baseline T1 values and use a simple manganese-enhanced MRI (MEMRI) strategy, a method widely utilized by many preclinical MRI labs, to further augment awake mouse SORDINO-fMRI sensitivity. Overall, we expect the knowledge and deliverables in this work to have widespread implications and will significantly advance fMRI technologies. We also expect this work to have extended impacts on studies requiring rapid mapping of T1 changes such as dynamic-contrast-enhanced MRI and molecular MRI.
项目摘要 基于梯度回声(GRE)基于回声平面成像(EPI)已成为金标准功能 磁共振成像(fMRI)技术已经将近三十年了,因为它能够快速获取整体 MR T2*对血液氧合的敏感性的脑体积 - 一种众所周知的替代标记,用于脑活动。 然而,这种非常使用的技术遭受了高声噪声,幽灵和运动伪像的痛苦, 磁场不均匀性伪影,与其他神经影像形式相比,灵敏度低,并且 空间特异性差。解决这些问题的fMRI抽样技术有可能改变 日常fMRI实践。特别是,这种发展对新兴的啮齿动物有很大的好处 可以避免fMRI社区作为麻醉和压力混淆。此外,大多数啮齿动物磁共振成像研究是 在高磁场强度(> 7T)下进行,其中gre-epi中的敏感性是 恶化。具有“零”采集延迟和梯度的最小增量的成像序列不敏感 在上述问题上,与Gre-相比有可能提供优异的特异性和灵敏度 EPI-FMRI。该项目的总体目标是促进,验证和传播一种新颖的3D大脑 广泛的成像顺序:稳态检测感应 - 末期信号,并进行过采样 (SODINO)用于振动示生动物FMRI社区。此外,我们将研究Sordino的对比 机制并探索一种可能增强Sordino灵敏度的对比增强方法。我们的 在小鼠中将以基准为基准的发展,其中可以利用头部固定方法对小鼠进行图像 清醒状况。在AIM 1中,我们将开发和传播Sordino序列和重建 在临床前动物MRI平台中包装。在AIM 2中,我们将告知最强大的成像参数,并且 基准测试他们反对建模的Sordino性能和GRE-EPI-FMRI和零回波时间(ZTE)-FMRI 数据。这将促进未来的Sordino-FMRI应用程序,并使新功能能够学习大规模的应用程序, 在功能和行为上相关的大脑网络中,在清醒小鼠中。在AIM 3中,我们将检查Sordino 使用MR兼容的侵入性记录的对比机制,这对于数据解释至关重要。这 对比机制,如果被证明是局部组织氧合,脑血流和脑血体积, 将阐明Sordino作为功能性脑作用的空间特定方法。在AIM 4中,我们将利用 在较短的基线T1值下,Sordino的预期灵敏度增益并使用简单的锰增强 MRI(MEMRI)策略是许多临床前MRI实验室广泛使用的方法,以进一步增强清醒鼠标 Sordino-FMRI敏感性。总体而言,我们期望这项工作的知识和可交付成果具有宽度 含义,并将大大推进fMRI技术。我们还希望这项工作会产生扩展的影响 在需要快速映射T1变化的研究中,例如动态对比度增强的MRI和Molecular MRI。

项目成果

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