震撼！这台9.4T磁共振让大脑图像分辨率提高了6400万倍

器械之家  

来源：鼎湖影像

由杜克大学领衔的多所大学研究人员，使用超高场强 (9.4T) 磁共振、比临床MRI中的梯度线圈强100倍的特殊梯度线圈、近800台笔记本电脑的超高性能计算机对小鼠大脑进行超高清成像：

每个体素仅为5微米 (0.005 毫米)，相比于临床常见的MRI分辨率 (2*2*2毫米)，提高了6400万倍。极致的分辨率可以做到标记整个大脑中的特定细胞群，生动地观察整个大脑的细胞和神经回路。

此项研究于2023年4月发表在PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences, IF=9.6) 。我们正在以前所未有的方式窥视大脑的微观奥秘。

磁共振成像（MRI）是一种非侵入性的医学成像技术，在软组织、神经和血管成像等方面，起到不可或缺的作用；广泛应用于肿瘤、中风、心脏病和关节损伤等。在肿瘤诊断中，高分辨率的MRI已经可以提供更准确的肿瘤定位和评估肿瘤的大小、形态和浸润程度等信息。

然而，科学家们对MRI的期待，远远不止于此。

它可以更加清晰，以可视化的方式揭示大脑内的微观细节。

有这样一群研究人员，他们对MRI的分辨率有着极高的追求。他们来自杜克大学体内显微中心与田纳西健康科学中心、宾夕法尼亚大学、匹兹堡大学和印第安纳大学，通过数十年的努力，研究人员捕获了迄今为止对小鼠大脑的最清晰图像。

极致的分辨率

原始MR图像每个体素仅为5微米 (0.005毫米) ，相比于临床常见的MRI分辨率 (2*2*2毫米) ，提高了6400万倍。上面视频是对超高清图像进行纤维束追踪后得到纤维束密度图像。

分辨率取得千万级别的提升，其背后是9.4T的超高磁场强度、比临床MRI强100倍的梯度线圈、一个相当于近800台笔记本电脑性能的高性能计算机、以及杜克大学体内显微成像中心近40年的攻坚克难。

大脑细胞和神经回路的刻画

团队结合MR和光片显微镜 (light sheet microscopy) 成像技术，刻画了大脑细胞和神经回路。首先，他们使用MRI技术来扫描大脑，然后将组织用光片显微镜进行成像 (如下图B、C) 。

利用光片显微镜可以实现对大脑特定细胞群的标记，将成像结果映射到原始MRI扫描图像后，研究人员便获得了大脑细胞的精准图像 (如下图D、G) 。

这种组合技术使研究人员能够以前所未有的方式深入研究大脑微观奥秘。而当基于MR的纤维束密度图和光片显微镜成像结合后，超高清的大脑神经回路，映入眼前。

对超高清MR图像进行纤维束追踪，可以得到纤维束密度图（上图B、E），结合光片显微镜成像（上图A、D），得到大脑神经回路的原貌，可以看到锥体细胞、齿状回颗粒细胞和穿过尾壳核的轴突束的排列（上图C、F）。

研究人员表示，虽然目前的研究是对小鼠全脑进行成像，但对小鼠大脑的新见解有利于更好地理解人类的大脑奥秘，此项研究创纪录的MR分辨率，对整个大脑连接的精准可视化，具有重要意义。

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