基于ASL序列的飞行员模拟失重状态脑功能变化研究

发布时间：2020-05-16 13:16

【摘要】：在民航飞行或者复杂的飞行训练过程中,飞行员经常会处于轻度失重状态。本文从轻度失重对飞行员的影响为出发点,结合磁共振实验设备的特点,设计出了-10°头低位模拟失重的实验。ASL技术具有无损,可重复性的优点,而且可以直接,定量的分析脑血流的变化,相对于PET技术和CT技术有自己独特的优势,是本文的重点研究序列。首先,文章介绍了ASL序列的技术原理以及多延迟pCASL序列的图像量化过程。然后,以ASL为核心研究序列,探讨模拟失重下飞行员脑血流的变化以及多延迟ASL技术测量脑血流参数的优势;在模拟失重的实验基础上,基于ASL序列和TRUST序列,研究了模拟失重状况下脑氧代谢率的变化;基于ASL序列和BOLD序列,进行了脑血流与功能连接强度基于体素的比值计算,研究模拟失重状态下单位功能连接强度的供血量的变化。实验结果表明,模拟失重状态下,脑血流发生改变,丘脑,中央前回等脑区升高,内侧额上回等脑区降低,通过纳入ATT的计算,使ASL序列的检测信号在ATT处达到最高,从而提高CBF的测量精度;通过TRUST序列和ASL序列测量的脑氧代谢率在模拟失重状态下是升高的,与平躺状态比,大脑处于相对更加活跃的状态;通过脑血流与功能连接强度基于体素的比值计算,发现两者之间是正相关的关系,且模拟失重状态下,两者关系减弱,说明飞行员大脑的单位连接强度下的供血能力受到了一定的影响。在以上研究的基础上,本文对飞行员的训练以及体检模式进行了新的探讨。综合以上内容,轻度失重会对飞行员的脑功能参数产生一定影响,ASL序列可以成为飞行员在脑功能变化领域以及体检训练领域的重要工具。
【图文】：

示意图,飞行员,受力情况,示意图

基于 ASL 序列的飞行员模拟失重状态脑功能变化研究况。1988 年 Burton[3]定义其为“突然的失重状态让大脑的血流循环极速降低改变”。意识丧失的过程分绝对无意识(Absolute Unconscious)和相对无意识(Rus)，分别持续 12s。而且，重复暴露在 G-LOC 下，会减少恢复时间。 Wh意识丧失的恢复曲线后，提出在 G-LOC 如果能够在五秒内发现，可以最小化风险。技术人员已经采取很多措施预防以及减少 G-LOC 对飞行员产生的影响舱辅助设备，日常针对训练等。研究失重情况下大脑 CBF，脑氧代谢率（C Rate of Oxygen，CMRO2）以及功能连接等参数的变化可以为保护装备设计基础上的可靠性[5]。

对比图,层面,对比图,血液

该区域通常位于大脑下方。标记后，需要后标记延迟期（也称为PASL的流入时间），在此期间，倒置的血液从标记区域移动到脑中，通过纵向T1弛豫逐渐失去其标记。出于这个原因，PASL本质上是一种比pCASL信噪比更低的技术。PASL的控制采集包括向标记脉冲施加具有等效功率的射频脉冲，，但其对标记区域中血液中的水分子磁化具有净零影响。在 pCASL 中，长标记周期（1-2 秒）由一系列非常短（1 毫秒）的脉冲[34]组成。这一系列短脉冲被设计成以绝热或伪稳态方式反转流入的血液磁化。当血液通过从下往上的方向流过“标记平面”时，对血液连续倒置是有影响的。如果 pCASL 脉冲序列中的每个第二脉冲的相位偏移180°，则流动的血液被最小程度地扰动，因此能够获取未标记的控制图像。 pCASL 最近被采用作为临床成像的首选标记方法，因为它易于实施和高信噪比[35]。pCASL 相对于 PASL 的主要优点是其更高的信噪比。对于 PASL，动脉血液平面在流入时间时反转，随后在流入时间内经历 T1 弛豫。对于 pCASL，动脉血在通过标记平面时不断反转，这意味着当它到达组织时，所有血液都具有相同量的 T1 衰变，而不管它何时被标记。然而，由于 PASL 中使用的射频脉冲的反转效率高于使用 pCASL 流动诱导的绝热反转脉冲序列所实现的效率，PCASL 的优点在实践中并不像理论上预测的那么大。因此，对于任何给定的研究，考虑具体两者的优点以及缺点而做出最佳的选择。本实验采取的序列为 pCASL 序列。图 2.1 为两种序列的采集层面对比。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R85

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