白质中 R2' 的方向依赖性：数字表征、建模及其对脑生理研究的意义

引言 R2* 是组织的横向弛豫率，受由磁化率差异引起的局部磁场不均匀性影响。它可分解为 R2 和 R2'，其中 R2' 是可逆组分，对血氧合最为敏感，并构成 BOLD fMRI 信号的基础。尽管白质（WM）中 R2 和 R2* 的方向依赖性主要归因于髓鞘，但血管对 R2' 的贡献尚未被系统表征。本研究考察了 WM 中 R2' 的方向依赖性，评估了现有模型，并建立了一个同时纳入髓鞘和血管效应的改进模型。 方法 采用 BOLDswimsuite 进行蒙特卡罗模拟，使用 5,000 根纤维生成二维 WM 体素。对 30 种纤维取向（0°–90°）下的自旋回波（TE = 70 ms）和梯度回波（TE = 35 ms）信号进行模拟，并将 R2' 计算为 R2* − R2。系统改变了氧合水平、脑血容量（CBV）、血管尺寸和血管几何结构。将 4 个已发表模型和一个新的 Myelin-Blood 模型拟合到模拟的 R2' 数据，并采用 R2 和 RMSE 进行比较。 结果 R2 和 R2* 均表现出显著的方向依赖性。平行型和混合型血管几何较随机型几何产生更大的 R2' 幅度和更强的方向依赖性。氧合水平降低和 CBV 增加会增强方向效应；血管尺寸则会改变峰值位置。现有血管模型拟合效果较差，而经验性髓鞘模型在魔角附近表现出较大误差。Myelin-Blood 模型可提供近乎完美的拟合（平均 R2 = 0.999，RMSE = 0.007 Hz），使 RMSE 降低约 74%。 讨论 仅用血管效应或髓鞘效应之一均不足以充分描述 WM 中的 R2'。髓鞘是方向依赖性的主要决定因素，但也观察到系统性的血管贡献，尤其是在魔角附近以及低氧合条件下。Myelin-Blood 模型改进了对 WM R2' 的表征，并可能在 qBOLD OEF 估计中减少方向依赖性偏倚，同时改善对白质 BOLD fMRI 信号的解释。

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白质中 R2′ 的取向依赖性：数字化表征、建模及其对脑生理研究的意义

Nayana Menon， Xiaole Zhong， J. Jean Chen

doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.02.729601

Nayana Menon 1 多伦多大学； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在所有者为作者/资助方，其已授权 bioRxiv 永久展示该预印本。 保留所有权利。未经许可不得再次使用。

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发布于 2026 年 6 月 5 日。

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Nayana Menon， Xiaole Zhong， J. Jean Chen

bioRxiv 2026.06.02.729601； doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.02.729601

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Nayana Menon， Xiaole Zhong， J. Jean Chen

bioRxiv 2026.06.02.729601； doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.02.729601

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.02.729601v1?rss=1

🏷️ 白质 R2'方向依赖性 BOLD fMRI 髓鞘-血管建模 蒙特卡罗模拟 脑氧代谢