大脑控制着身体的重要功能，使我们能够生存，使我们能够与世界互动，并产生使我们成为人类的思想和观点。
当肿瘤侵袭时，神经外科医生必须进行干预，尽可能彻底地切除癌症，而不切除控制这些重要功能的大脑部分。外科医生使用磁共振成像 (MRI) 来引导他们。虽然 MRI 是当前护理标准的一部分，但精确指导癌症切除存在重大障碍，因此迫切需要增强肿瘤边缘和浸润的放射学可视化，并提高绘制脑功能图的效率。
新墨西哥大学健康科学中心最近获得了一项新专利 MRI数据采集与分析技术 为外科医生提供有关肿瘤和周围脑组织的精确、实时信息。该技术与现有的 MRI 扫描仪兼容，可同时执行两种类型的 MRI 扫描，在短短三分钟内即可生成有影响力的数据。
对于1.3以上 美国有数百万人患有脑肿瘤，这种范式转变技术可以帮助改善手术后的结果。
提高 MRI 效率和精度
MRI 扫描依赖于活体组织中普遍存在的氢（水 - H 2O - 是体内最丰富的分子），强磁场使氢原子中的质子自旋极化，无线电发射器产生质子自旋共振，使活体组织中的质子发射无线电信号，我们可以处理成图像。
神经外科医生使用这些图像来收集手术前、手术期间和手术后有关大脑的信息。 MRI 的一些主要类型包括：
- 结构核磁共振： 来自不同脑组织区室（例如皮层中的灰质和底层白质）的信号可以被处理成高分辨率图像，以高对比度显示不同的脑组织结构。
- 功能性磁共振成像（fMRI）： 当大脑活动增加时，通过检测这些区域的血流量增加来突出代谢活跃的组织，可以将其处理成大脑功能区域的地图。由于大脑始终存在活动，即使大脑在休息时，大脑中的信号波动也可以被处理成大脑功能网络图（静息态fMRI）。
- 弥散磁共振成像 (dMRI)： 测量水扩散率，并将信号处理成连接不同皮质区域的白质纤维束图。
- 磁共振波谱成像 (MRSI)： 测量除水之外的多种细胞内有机分子（代谢物）的信号，这些信号特定于不同的组织类型，并提供有关大脑生物化学的信息。这些代谢物信号可以被处理成代谢物的光谱图和浓度图。这些分子的浓度在脑肿瘤中发生变化，可以帮助识别肿瘤类型。
功能性 MRI 和 MR 光谱成像可用于指导外科医生切除癌组织，但收集这些 MRI 数据非常耗时，并且通常分多次单独完成。磁共振波谱成像技术要求非常高，因此在临床实践中并不常规进行。
此外，基于任务的功能磁共振成像和术中绘图是当前的临床护理标准，要求患者执行任务来激活大脑区域，也有其自身的挑战。由于脑肿瘤的存在、年龄或其他原因，患者可能无法执行任务。术中语言功能映射要求患者在手术期间保持清醒，进行活动以调动大脑的某些部分，以便可以映射这些区域——这可能会给患者带来压力。在这种情况下，静息态功能磁共振成像可以作为一种辅助手段，为那些无法很好地执行任务的患者获取数据，从而在临床上用于手术指导。
我们的技术提供了一种新的高速方法，可以在一次成像过程中绘制大脑功能网络和大脑生物化学图谱，在短至 3 分钟的扫描时间内收集整个大脑功能的数百种不同的静息状态表示和多切片代谢图谱。这为加强脑肿瘤手术切除提供了一系列机会，同时保留口才皮层，特别是额叶皮层，而传统的基于任务的功能磁共振成像无法充分成像。
神经外科医生长期以来一直关注控制运动、语言、视觉和听觉系统的大脑区域，而额叶皮层基本上未被绘制出来。这项技术可以彻底改变神经外科医生的决策方式，部分是通过提供对大脑额叶皮层（重要的认知中心）的新理解。
同时收集功能和代谢信息的能力可以为神经外科医生提供新的精确度，以描绘脑肿瘤和邻近的雄辩皮层之间的空间边缘，以最大限度地切除肿瘤，同时保留重要的大脑功能。
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合作研究改善患者治疗效果
新墨西哥大学 HSC 神经内科 已与我们的合作伙伴合作获得美国国立卫生研究院的小企业技术转让赠款资金 美国明尼苏达大学 和 美国匹兹堡大学 使用广泛使用的 MRI 扫描仪对术前环境中的大脑活动进行实时分析，并使用术中 MRI 扫描仪对术中环境中的大脑活动进行实时分析。
该技术将针对脑肿瘤患者的术前测绘和术中测绘进行验证，以评估为神经外科医生提供有关肿瘤附近脑组织功能的规划信息以及手术期间组织功能的术中更新的可行性。
新的同步 fMRI 和 MRSI 技术将得到进一步开发，以实现雄辩皮层的实时静息态 fMRI 测绘，以及组织中存在的大脑代谢物（如氨基酸、脂质、胆碱、肌酸等）的在线测绘。将这些代谢物的数量与正常脑组织进行比较可以帮助确定组织代谢状态和脑肿瘤类型。
我们正在努力使这些技术广泛用于临床应用，以便它们能够为最多数量的患者带来最大的益处。我们的研究涉及改进数据采集技术以回答重要的临床问题。然而，这种突破性的研究不可能在真空中完成，因此我们与全国和世界各地的合作伙伴合作。
新墨西哥大学 HSC 学员受益于这个机会，培养他们与世界各地领先研究中心的科学家密切合作所需的沟通和团队合作技能。更重要的是，他们发现了做出改变游戏规则的发现所必需的企业家精神，并与世界各地的顶尖科学家联合发表论文。
对于我们所有人来说，我们最关心的始终是改善现实世界中的患者治疗效果。我们的工作是改变患者的护理和手术结果。
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