സയൻസ് അഡ്വാൻസസ് ജേണലിൽ അടുത്തിടെ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഒരു പഠനത്തിൽ, ബ്രെയിൻ മാഗ്നറ്റിക് റെസൊണൻസ് ഇമേജിംഗ് (എംആർഐ) 0.055 ടെസ്ലയിൽ (ടി) ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഡീപ് ലേണിംഗ് (ഡിഎൽ) അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള പുനർനിർമ്മാണ ചട്ടക്കൂട് ഗവേഷകർ വിവരിച്ചു.

ആക്രമണാത്മകമല്ലാത്ത, അയോണൈസിംഗ് അല്ലാത്ത, ക്വാണ്ടിറ്റേറ്റീവ്, ത്രിമാന (3 ഡി), മൾട്ടിപാരാമെട്രിക് സ്വഭാവം കാരണം എംആർഐ ഒരു വിലമതിക്കാനാവാത്ത ഇമേജിംഗ് രീതിയാണ്. രോഗനിർണയത്തിനും ബയോമെഡിക്കൽ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കും സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഹൈ-ഫീൽഡ് (1.5 ടി അല്ലെങ്കിൽ 3 ടി) എംആർഐയിൽ ഗവേഷണം ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിച്ചു. എന്നിരുന്നാലും, ഈ ഹൈ-ഫീൽഡ് സ്കാനറുകൾ അപൂർവമാണ്, അസന്തുലിതമായ ആഗോള വിതരണം.

അതിനാൽ, അക്യൂട്ട് കെയർ സൗകര്യങ്ങൾ, ട്രോമ സെന്ററുകൾ, കമ്മ്യൂണിറ്റി, പീഡിയാട്രിക് ക്ലിനിക്കുകൾ എന്നിവയ്ക്ക് ഈ സ്കാനറുകൾ ആക്സസ് ചെയ്യാൻ കഴിയില്ല. അൾട്രാലോ-ഫീൽഡ് (യുഎൽഎഫ്) ശക്തികളിൽ (< 0.1 ടി) താങ്ങാനാവുന്ന സ്കാനറുകൾ വികസിപ്പിക്കാനുള്ള തീവ്രമായ ശ്രമങ്ങൾ നടന്നിട്ടുണ്ട്. അത്തരം യുഎൽഎഫ് സ്കാനറുകളിൽ ന്യൂറോഇമേജിംഗ് പ്രോട്ടോക്കോളുകൾ നടപ്പിലാക്കുന്നതിൽ പഠനങ്ങൾ വിജയിച്ചിട്ടുണ്ട്. മാത്രമല്ല, അനലിറ്റിക്കൽ, ഡിഎൽ രീതികൾ റേഡിയോ ഫ്രീക്വൻസി ഷീൽഡിംഗ് റൂമുകളുടെ ആവശ്യകത ഇല്ലാതാക്കുന്നു.

എന്നിരുന്നാലും, യുഎൽഎഫിലെ കുറഞ്ഞ സിഗ്നൽ-ടു-ശബ്ദ അനുപാതം (എസ്എൻആർ) അതിന്റെ ക്ലിനിക്കൽ മൂല്യത്തെ ദുർബലപ്പെടുത്തുകയും വ്യാപകമായ സ്വീകാര്യത പരിമിതപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യും. കൂടാതെ, മിക്കവാറും എല്ലാ യുഎൽഎഫ് എംആർഐ വികസനങ്ങളും ഹൈ-ഫീൽഡ് എംആർഐയിൽ നിന്നുള്ള പരമ്പരാഗത ഇമേജ് പുനർനിർമ്മാണ രീതികളെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു, ഇത് യുഎൽഎഫ് എംആർഐയുടെ ഉപയോഗത്തിൽ വിട്ടുവീഴ്ച ചെയ്യുന്നു. അതിനാൽ, യുഎൽഎഫ് എംആർഐയുടെ ഗുണനിലവാരവും വേഗതയും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഇമേജ് പുനർനിർമ്മാണത്തിന് ബദൽ സമീപനങ്ങൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്.

പഠനം: 0.055 ടെസ്ലയിൽ വേഗതയേറിയ 3 ഡി ബ്രെയിൻ എംആർഐ പ്രാപ്തമാക്കി.

പഠനവും കണ്ടെത്തലുകളും

നിലവിലെ പഠനം യുഎൽഎഫിൽ ദ്രുത മസ്തിഷ്ക എംആർഐക്കായി ഡിഎൽ പ്രാപ്തമാക്കിയ ചട്ടക്കൂട് വിവരിച്ചു. 0.055 ടി എംആർഐ സ്കാനറിൽ 3 എംഎം ഐസോട്രോപിക് റെസല്യൂഷനിൽ ഗവേഷകർ ടി 1- (ടി 1 ഡബ്ല്യു), ടി 2-വെയ്റ്റഡ് (ടി 2 ഡബ്ല്യു) പ്രോട്ടോക്കോളുകൾ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുകയും നടപ്പിലാക്കുകയും ചെയ്തു. സ്കാനർ ഒരു സമേറിയം-കോബാൾട്ട് മാഗ്നെറ്റും ഡിഎല്ലും (വൈദ്യുതകാന്തിക ഇടപെടൽ റദ്ദാക്കാൻ) കൂടുകൾ സംരക്ഷിക്കാതെ ഉപയോഗിച്ചു. 3 ഡി ഫാസ്റ്റ് സ്പിൻ എക്കോ സീക്വൻസ് ഉപയോഗിച്ചാണ് എസ്എൻആർ വർദ്ധിപ്പിച്ചത്.

ഉയർന്ന-താഴ്ന്ന, ഇടത്-വലത് ദിശകളിൽ ഒരൊറ്റ എണ്ണം ഉത്തേജനവും 2 ഡി ഭാഗിക ഫോറിയർ (പിഎഫ്) സാമ്പിളും ഉപയോഗിച്ച് ഡാറ്റ ലഭിച്ചു. ടി 1 ഡബ്ല്യുവിന് 2.5 മിനിറ്റും ടി 2 ഡബ്ല്യുവിന് 3.2 മിനിറ്റുമായിരുന്നു സ്കാൻ സമയം. കുറഞ്ഞ റെസല്യൂഷനുള്ള പിഎഫ്-സാമ്പിൾ ചെയ്ത 3 ഡി ഇമേജ് ഇൻപുട്ടായി ഉപയോഗിച്ച് യുഎൽഎഫ് ഡാറ്റ പുനർനിർമ്മിക്കാൻ ടീം ഒരു 3 ഡിഎൽ പിഎഫ് സൂപ്പർ റെസല്യൂഷൻ (എസ്ആർ) മോഡൽ നടപ്പാക്കി.

കുറഞ്ഞ റെസല്യൂഷൻ 3 ഡി ഇൻപുട്ട് ഇമേജ് ഡാറ്റ (കുറഞ്ഞ എസ്എൻആർ, 2 ഡി പിഎഫ് സാമ്പിൾ, 3-എംഎം ഐസോട്രോപിക് റെസല്യൂഷൻ), ഉയർന്ന റെസല്യൂഷൻ 3 ഡി ടാർഗെറ്റ് ഇമേജ് ഡാറ്റ (ഉയർന്ന എസ്എൻആർ, 1.5 എംഎം ഐസോട്രോപിക് റെസല്യൂഷൻ) എന്നിവ ഉപയോഗിച്ചാണ് മോഡൽ പരിശീലിപ്പിച്ചത്. ഹ്യൂമൻ കണക്റ്റോം പ്രോജക്റ്റ് (എച്ച്സിപി) കൺസോർഷ്യത്തിൽ നിന്നുള്ള വലിയ തോതിലുള്ള പബ്ലിക് 3 ടി എംആർഐ ഡാറ്റയിൽ നിന്ന് സിമുലേറ്റ് ചെയ്ത സിന്തറ്റിക് യുഎൽഎഫ് ഡാറ്റ ഉപയോഗിച്ചാണ് മോഡലുകൾ പരീക്ഷിച്ചത്.

പിഎഫ്-എസ്ആർ മോഡൽ പിഎഫുമായി ബന്ധപ്പെട്ട കരകൗശല വസ്തുക്കളും (മങ്ങലും മുഴങ്ങലും) ശബ്ദവും കുറച്ചു. കൂടാതെ, സ്പേഷ്യൽ റെസല്യൂഷനിൽ ഗണ്യമായ വർദ്ധനവ് ഉണ്ടായി. പരമ്പരാഗത നോൺ-ഡിഎൽ രീതി ഉപയോഗിച്ച് യുഎൽഎഫ് ഡാറ്റ പുനർനിർമ്മിച്ചപ്പോൾ, ശബ്ദം കുറയ്ക്കുന്നതിലും ശരീരഘടനകളുടെ പുനർനിർമ്മാണത്തിലും പിഎഫ്-എസ്ആർ നോൺ-ഡിഎൽ രീതിയെക്കാൾ മികച്ച പ്രകടനം കാഴ്ചവച്ചു.

0.055 ടി (എ) ൽ വേഗതയേറിയ യുഎൽഎഫ് ഐസോട്രോപിക് 3 ഡി ബ്രെയിൻ എംആർഐക്കായി ഡാറ്റ ഏറ്റെടുക്കലും ഡിഎൽ പുനർനിർമ്മാണ പൈപ്പ്ലൈനും ഒന്നിലധികം നെക്സുകൾ നേടുന്ന സാധാരണ യുഎൽഎഫ് സ്കാനുകളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, നിർദ്ദിഷ്ട ഏറ്റെടുക്കൽ പദ്ധതി ഒരൊറ്റ നെക്സ് നേടുന്നു, കൂടാതെ രണ്ട് പിഇ ദിശകളിൽ ഓരോന്നിലും 0.7 ന്റെ പിഎഫ് ഫ്രാക്ഷന്റെ 2 ഡി പിഎഫ് സാമ്പിളും ടി 1 ഡബ്ല്യു, ടി 2 ഡബ്ല്യു കോൺട്രാസ്റ്റുകൾക്കായുള്ള എഫ്എസ്ഇ പ്രോട്ടോക്കോളുകളിൽ. ടി 1 ഡബ്ല്യു, ടി 2 ഡബ്ല്യു കോൺട്രാസ്റ്റുകൾക്ക് സ്കാൻ സമയം യഥാക്രമം 2.5, 3.2 മിനിറ്റ് ആണ്. 3 ഡി ഡാറ്റ പിന്നീട് ഒരു എൻഡ്-ടു-എൻഡ് 3 ഡി ഡി എൽ മോഡൽ ഉപയോഗിച്ച് പുനർനിർമ്മിക്കുന്നു, ഇത് ഉയർന്ന റെസല്യൂഷൻ ഇമേജും ഇന്റർപോളേറ്റഡ് ലോ-റെസല്യൂഷൻ ഇമേജും തമ്മിലുള്ള അവശിഷ്ടം പഠിക്കുന്നു. (ബി) ഡിഎൽ 3 ഡി പിഎഫ്-എസ്ആർ പുനർനിർമ്മാണ മോഡലിന്റെ മൊത്തത്തിലുള്ള ആർക്കിടെക്ചർ. പരിഷ്കരിച്ച അവശിഷ്ട ചാനൽ ശ്രദ്ധാ ബ്ലോക്കുകൾ (എംആർസിഎബികൾ), മൾട്ടിസ്കെയിൽ ഫീച്ചർ എക്സ്ട്രാക്ഷൻ, സ്പേഷ്യൽ ശ്രദ്ധ, സബ്പിക്സൽ കൺവലൂഷൻ എന്നിവയുള്ള അവശിഷ്ട ഗ്രൂപ്പുകൾ (ആർജി) ഇതിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. 3 ഡി മസ്തിഷ്ക ഘടനാപരമായ സവിശേഷതകൾ ഫലപ്രദമായി വേർതിരിച്ചെടുക്കാൻ 3 ഡി കൺവലൂഷൻ ലെയർ അനുവദിക്കുന്നു. മൾട്ടിസ്കെയിൽ ഫീച്ചർ എക്സ്ട്രാക്ഷൻ ടോപ്പ്-സ്കെയിൽ തലത്തിൽ പ്രാദേശിക സവിശേഷതകളും മധ്യ-താഴത്തെ സ്കെയിൽ തലത്തിൽ അർദ്ധ-ആഗോള സവിശേഷതകളും പഠിക്കുന്നു. വേർതിരിച്ചെടുത്ത സവിശേഷതകളെ മോഡുലേറ്റുചെയ്യുന്നതിലൂടെ സ്പേഷ്യൽ ശ്രദ്ധ ഇന്റർസ്പേഷ്യൽ ബന്ധങ്ങളെ ചൂഷണം ചെയ്യുന്നു, തുടർന്ന് അവ സബ്പിക്സൽ കൺവലൂഷൻ വഴി ഉയർന്ന റെസല്യൂഷനുള്ള സ്ഥലത്തേക്ക് ഉയർത്തുകയും ഒരു കൺവലൂഷൻ പാളിയിലൂടെ 3 ഡി ഇമേജ് അവശിഷ്ടമായി രൂപാന്തരപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. 3 ഡി ഇമേജ് അവശിഷ്ടവും ഇന്റർപോളേറ്റഡ് ലോ-റെസല്യൂഷൻ ഇമേജും വോക്സൽ തിരിച്ച് ചേർത്താണ് അന്തിമ 3 ഡി ഇമേജ് രൂപം കൊള്ളുന്നത്.

പിഎഫ്-എസ്ആർ സ്ഥിരമായി ഡിഎൽ ഇതര രീതിയേക്കാൾ കുറഞ്ഞ നോർമലൈസ്ഡ് റൂട്ട് ശരാശരി ചതുര പിശകും ഉയർന്ന ഘടനാപരമായ സമാനത സൂചികയും ഉണ്ടായിരുന്നു. അടുത്തതായി, ടീം 25-69 വയസ്സിനിടയിലുള്ള ആരോഗ്യമുള്ള 15 വ്യക്തികളെ റിക്രൂട്ട് ചെയ്യുകയും 0.055 ടി എംആർഐ സ്കാനറിൽ അവരുടെ മസ്തിഷ്ക ചിത്രങ്ങൾ നേടുകയും ചെയ്തു. പിഎഫ്-എസ്ആർ, നോൺ-ഡിഎൽ രീതി എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് ഡാറ്റ പുനർനിർമ്മിച്ചു. കൂടാതെ, റഫറൻസിനായി ഒരു സ്റ്റാൻഡേർഡ് 3 ടി എംആർഐ സ്കാനറിൽ പഠനപങ്കാളികളെ സ്കാൻ ചെയ്തു.

പിഎഫ്-എസ്ആർ ഉപയോഗിച്ച് ശബ്ദവും പിഎഫുമായി ബന്ധപ്പെട്ട കരകൗശല വസ്തുക്കളും ഫലപ്രദമായി കുറയ്ക്കുകയും ഡിഎൽ ഇതര രീതിയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ സ്പേഷ്യൽ റെസല്യൂഷൻ വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്തതായി ഗവേഷകർ നിരീക്ഷിച്ചു. PF-SR സെറിബ്രോസ്പൈനൽ ദ്രാവകത്തെയും വെള്ള / ചാരനിറത്തിലുള്ള ദ്രവ്യത്തെയും വിശദീകരിക്കുന്നു. പിഎഫ്-എസ്ആറിൽ വീണ്ടെടുത്ത ഘടനകൾക്ക് നോൺ-ഡിഎല്ലിനേക്കാൾ ഉയർന്ന വ്യക്തതയുണ്ടായിരുന്നു, മാത്രമല്ല 3 ടി റഫറൻസുമായി പൊരുത്തപ്പെടുകയും ചെയ്തു.

മാത്രമല്ല, പഴയ പഠനപങ്കാളികളിൽ, 3 ടി റഫറൻസിന് അനുസൃതമായി വാർദ്ധക്യവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട അട്രോഫി പിഎഫ്-എസ്ആർ വെളിപ്പെടുത്തി. മറുവശത്ത്, നോൺ-ഡിഎൽ രീതി ഉയർന്ന ശബ്ദം സൃഷ്ടിക്കുകയും ഘടനാപരമായ വിശദാംശങ്ങൾ നഷ്ടപ്പെടുകയും ചെയ്തു. അവസാനമായി, രണ്ട് സെഷനുകളിലായി വ്യത്യസ്ത തല സ്ഥാനങ്ങളിൽ ഒരു വ്യക്തിയിൽ നടത്തിയ ഒരു പുനരുൽപാദന പരിശോധന പിഎഫ്-എസ്ആർ ന്റെ കരുത്ത് തെളിയിച്ചു.

നിഗമനങ്ങൾ

ചുരുക്കത്തിൽ, സംയോജിത പിഎഫ് സാമ്പിൾ ഏറ്റെടുക്കൽ, ഡിഎൽ പുനർനിർമ്മാണ ചട്ടക്കൂട് എന്നിവയിലൂടെ രചയിതാക്കൾ വേഗതയേറിയതും ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ളതുമായ മുഴുവൻ മസ്തിഷ്ക യുഎൽഎഫ് എംആർഐ ടി നേടി. ഈ സമീപനം ടി 1 ഡബ്ല്യു, ടി 2 ഡബ്ല്യു പ്രോട്ടോക്കോളുകളുടെ സ്കാൻ സമയം ഗണ്യമായി കുറച്ചു. ഡിഎൽ പിഎഫ്-എസ്ആർ മോഡൽ ശബ്ദവും പിഎഫുമായി ബന്ധപ്പെട്ട മങ്ങലും റിംഗിംഗും ഫലപ്രദമായി കുറയ്ക്കുകയും സ്പേഷ്യൽ റെസല്യൂഷൻ മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്തു.

വ്യത്യസ്ത പരിശീലന സാമ്പിൾ വലുപ്പങ്ങളിൽ ടീം മോഡൽ പ്രകടനം വിലയിരുത്തി, അതായത്, പരിശീലന ഡാറ്റയുടെ 25%, 50%, 100%. 100% ഡാറ്റയിൽ മോഡലിന് പരിശീലനം നൽകിയപ്പോഴാണ് ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ചാഞ്ചാട്ട പരിശീലന നഷ്ടം സംഭവിച്ചത്. പിഎഫ്-എസ്ആർ മസ്തിഷ്ക ക്ഷതങ്ങൾ വീണ്ടെടുക്കാൻ കഴിയുമെന്നും ഗവേഷകർ തെളിയിച്ചു; എന്നിരുന്നാലും, PF-SR-ന്റെ സംവേദനക്ഷമതയും പ്രത്യേകതയും നിർണ്ണയിക്കാൻ / സാധൂകരിക്കുന്നതിന് കൂടുതൽ വിലയിരുത്തൽ ആവശ്യമാണ്.