用扩散张力成像对脑组织中的电阻进行建模,用于功能神经外科应用

科学领域:

• 神经科学和生物医学工程
• 医学成像和计算机建模

背景情况:

• 电阻测量在历史上用于手术内脑组织分化,但被先进的成像技术所取代.
• 目前的局限性包括缺乏已确立的组织阻抗关系和人类大脑阻抗建模的经过验证的参数.

研究的目的:

• 为了解决使用先进的成像和建模进行非侵入性,高分辨率的脑内阻抗预测的实验验证参数的需求.
• 通过将预测与人类大脑中的手术内阻抗测量进行比较,完善有限元法 (FEM) 模型参数.

主要方法:

• 利用FEM模拟单电极和双电极阻抗测量通过规范和患者特定的扩散张力成像 (DTI) 基于大脑模型.
• 将模拟阻抗预测与5名深度脑刺激 (DBS) 患者308次手术内单电极阻抗测量进行了比较.
• 校准模型系数使用实验数据来改进人类大脑阻抗建模参数.

主要成果:

• 对于单电极和双电极配置,DTI-FEM模型显示出类似的性能.
• 单电极阻抗测量表明,即使在白物质中,空间变化也很大,受白物质密度等因素的影响.
• 对人类大脑来说,校准模型预测可靠地估计了手术内测量 (R=0.784±0.116),并为DTI导电模型推导了更新的斜率系数 (k=0.0649).

结论:

• 这项研究首次将基于成像模型的阻抗估计与人脑组织的体内实验测量进行了比较.
• 准确,非侵入性,基于成像的阻抗预测对功能神经外科手术具有重大潜力,包括用于DBS的组织映射和手术内电极定位.