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.
项目概要 基于梯度回忆回波 (GRE) 的回波平面成像 (EPI) 一直是功能性的黄金标准 磁共振成像(fMRI)技术因其能够快速获取整体信息而得到近三十年的发展。 MR T2* 对血氧敏感度的脑容量(众所周知的大脑活动替代标记)。 然而,这种广泛使用的技术存在高噪音、重影和运动伪影的问题, 与磁场不均匀性相关的伪影,与其他神经成像方式相比灵敏度较低,以及 解决这些问题的功能磁共振成像采样技术有可能改变。 特别是日常功能磁共振成像实践,这种发展将对新兴的啮齿动物大有裨益。 fMRI 社区作为麻醉和压力混淆可以避免此外,大多数啮齿动物 fMRI 研究都是如此。 在高磁场强度 (> 7T) 下进行,但是 GRE-EPI 中的磁化率伪影是 具有“零”采集延迟和最小梯度增量的成像序列不敏感。 针对上述问题,与 GRE 相比,有可能提供卓越的特异性和敏感性 EPI-fMRI 该项目的总体目标是推进、验证和传播一种新颖的 3D 脑- 宽成像序列:通过过采样对感应衰减信号进行稳态斜坡检测 (SORDINO) 用于临床前动物功能磁共振成像社区 此外,我们将研究 SORDINO 对比。 机制并探索一种可以进一步增强 SORDINO 敏感性的对比增强方法。 将在小鼠中进行基准测试,但是可以利用头部固定开发方法对小鼠进行成像 在目标 1 中,我们将开发并传播 SORDINO 序列和重建。 在目标 2 中,我们将提供最可靠的成像参数和信息。 根据建模的 SORDINO 性能、GRE-EPI-fMRI 和零回波时间 (ZTE)-fMRI 对它们进行基准测试 这将促进未来的 SORDINO-fMRI 应用,并实现大规模研究的新功能。 在目标 3 中,我们将检查 SORDINO 的清醒小鼠的功能和行为相关的大脑网络。 使用兼容 MR 的侵入性记录的对比机制,这对于数据解释至关重要。 对比机制,如果证实是局部组织氧合、脑血流量、脑血容量, 将阐明 SORDINO 作为功能性大脑绘图的空间特定方法。在目标 4 中,我们将利用 SORDINO 在较短基线 T1 值下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 实验室广泛使用的一种方法,可进一步增强清醒小鼠的能力 总体而言,我们期望这项工作中的知识和成果能够得到广泛的应用。 影响并将显着推进功能磁共振成像技术,我们还期望这项工作产生广泛的影响。 需要快速绘制 T1 变化的研究,例如动态对比增强 MRI 和分子 MRI。

项目成果

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  • 通讯作者:
    Amitava Das

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