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一张军华的照片

华博士在约翰霍普金斯大学获得生物医学工程和电气工程硕士(2005)和博士(2009)学位。他的博士培训集中于开发用于大脑活体生理成像的新型MRI技术，如蛋白质含量和脑血容量。

2009年至2010年，华博士在约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)放射科完成博士后研究，成为约翰霍普金斯大学医学院(Johns Hopkins University School of Medicine)和肯尼迪克里格研究所(Kennedy Krieger Institute)放射科教员。狗万体育官方app下载

研究综述

华博士的研究重点是开发新型MRI技术，用于在体大脑功能和生理成像，并将这些方法应用于健康和疾病的大脑研究。这些包括发展人类和动物MRI方法，以测量功能脑活动，脑灌注和氧代谢在高(3特斯拉)和超高(7特斯拉以上)磁场。他对成像大脑小血管和淋巴管的新型核磁共振成像方法特别感兴趣。与临床研究人员合作，这些技术已被应用于1)检测神经退行性疾病(如亨廷顿病(HD)、帕金森病(PD)、阿尔茨海默病(AD)和精神分裂症等精神疾病的大脑功能、血管和代谢异常;2)绘制血管畸形、脑肿瘤和癫痫患者的脑功能和脑血管反应性，为术前规划提供依据。

成像技术的发展

1.基于流入的血管空间占用（iVASO）MRI

在大脑中，供局部代谢需要的充足氧气和能量底物的供应是由血管控制的。因此，微血管异常常伴随脑内代谢紊乱，并与许多神经退行性疾病有关。迄今为止，大多数使用MRI对大脑微血管系统的研究都是测量大脑总血容量(CBV)和脑流量(CBF)，这反映了微血管系统中动脉和静脉血管的信号之和。然而，不同类型的血管有不同的功能和生理，并可能受到不同的病理影响。小动脉是调节最活跃的血管，因此可能对大脑中的代谢紊乱更敏感。因此，分别测量微血管不同节段各类型血管的变化，可以提供总CBV和CBF测量无法获得的信息，可能为脑疾病提供更为敏感的生物标志物．我们组开发了基于流入的血管空间占位(iVASO) MRI方法，可以测量软脑膜小动脉和小动脉（CBVa）中的CBV直径可达100-150微米。与许多现有的CBV测量MRI方法不同，这是一种真正的无创方法，不需要使用外源性造影剂。iVASO方法已被应用于中风、脑肿瘤、亨廷顿病、阿尔茨海默病、帕金森病和精神分裂症等多种脑部疾病。

1

3.
来自Hua et al.， NMR in Biomedicine 24(10):1313- 25,2011。

2.t2准备(T2prep) BOLD fMRI和弥散准备DTI

血氧水平依赖性（BOLD）功能磁共振成像（fMRI）已经彻底改变了对大脑功能的无创评估。扩散张量成像（DTI）是唯一一种能够在体内显示主要白质（WM）束运动轨迹的无创成像方法。回波平面成像（EPI）是目前大多数功能磁共振成像和DTI研究的首选方法。然而，大磁化率效应引起的EPI图像几何畸变和信号丢失等问题阻碍了其在某些领域的应用。在正常大脑中，靠近颅底和鼻窦的骨/软组织和骨/空气界面区域通常受这些易感伪影的影响最大，这些伪影通常包括眶额区和颞叶。

图:脉冲序列图。

本研究小组开发了一种全脑t2准备(T2prep) BOLD fMRI方法，该方法在读取前使用自旋准备模块(T2prep)来诱导fMRI的t2加权BOLD效应。同样，扩散敏化驱动平衡(DSDE)序列用于扩散制备的DTI。通过采用具有短TE的3D快速GRE读出(通常用于解剖成像)序列，两种序列显示整个大脑的失真和dropout极小，这提供了对空气充满腔附近区域的清晰访问，而传统EPI读出由于敏感性伪影往往无法访问这些区域。

图:使用T2prep BOLD和GRE EPI获得的健康大脑的典型图像(a)，以及(b)戴牙套的受试者的典型图像。

金属植入物:

此外，这种易感伪影在MR兼容金属头植入物的存在下变得更加严重，例如金属牙填充物和支架以及各种其他装置（MR兼容动脉瘤夹、血管内线圈等）。我们对佩戴金属牙套的健康受试者进行了T2prep-BOLD功能磁共振成像和扩散准备DTI，以评估他们在金属物体存在时最小化易感伪影的能力。在涉及青少年的MRI研究中，牙齿填充物和牙套尤其是一个问题，因为在美国，超过80%的青少年和33%的世界人口（包括成年人）接受了正畸治疗（www.aaoinfo.org）。我们证明，在佩戴金属牙托的健康人体受试者中，T2prep-BOLD功能磁共振成像和扩散准备DTI可以分别获得功能磁共振图像和扩散磁共振图像，而不存在常规EPI图像中常见的易感伪影。

Figure from Miao et al.， Radiology. 2020 Jan;294(1):149-157

术前脑地形图：

在世界各地的大型医疗中心，使用fMRI和DTI进行术前脑成像的技术越来越多。手术前功能定位是目前功能磁共振成像最普遍的临床应用，也是唯一通过AMA(美国医学协会)计费CPT(现行程序术语)代码(http://www.asfnr.org/cpt-codes/)的功能磁共振成像应用。术前fMRI通常用于无创定位必要的皮质感觉运动区和语言区，并在术前确定语言优势半球，从而有助于减少对直接皮质刺激等有创诊断程序的需要，并提供补充信息。DTI提供了特定白质束的基本解剖信息，在当今时代是术前MRI的一个组成部分。外科手术的最终目标是最大限度地切除病理，同时保留重要的脑功能。为此，术前fMRI和DTI可以为神经外科医生提供必要的信息，以制定个性化的最佳治疗策略。

在使用当前标准的基于EPI的序列时，需要进行术前脑测图的患者中有一个重要的亚群体受到几何失真和信号丢失的影响，这些区域具有较大的磁化率影响。这些区域包括颅底和空腔附近的几个区域，如对许多认知和语言功能很重要的眶额和颞叶皮层，以及接近MR兼容的金属头部植入物的大脑区域。此外，这种易感性伪影也可由先前手术、钙化结构、出血和金属植入物引起。

与GRE EPI BOLD fMRI相比，T2prep BOLD fMRI在癫痫和脑肿瘤患者手术前mapping中显示出更大的功能敏感性。在相同的功能任务和统计阈值下，T2prep BOLD检测功能激活，而GRE EPI BOLD未检测功能激活。

图来自Hua et al.， Tomography 2017 june;3(2):105-113。一名癫痫患者，左颞叶海绵状大畸形，左额叶前部小畸形，导致EPI图像区域信号中断(C)。T2prep BOLD扫描(A)发现左侧额下叶(重要的语言区域，黄色箭头)激活，GRE EPI BOLD扫描(C)未发现。

嗅觉功能磁共振成像:

嗅球和其他几个与嗅觉相关的区域，如梨状皮层(初级嗅皮层)和眶额皮层，在很大程度上受到由邻近鼻腔引起的敏感性伪影的影响。T2prep BOLD fMRI可以检测到包括嗅球在内的这些区域的功能活动，这是传统EPI序列无法检测到的。

图:显示人脑嗅觉系统相关区域的高分辨率(0.5mm)结构图像。

图:一个定制的多通道计算机控制嗅觉计，用于在fMRI扫描期间以精确定时脉冲传递气味。

选择出版物:

  1. 华杰，秦强，Van Zijl PCM, Pekar JJ, Jones CK。7特斯拉全脑三维t2加权BOLD功能磁共振成像。医学磁共振2014年12月;72(6):1530-40。PMC4055555。
  2. 华杰， Miao X, Agarwal S, Bettegowda C, Quiñones-Hinojosa A, Laterra J, Van Zijl PCM, Pekar JJ, Pillai JJ。在存在大量敏感性伪影的情况下，使用t2制备的BOLD功能MRI语言映射——脑肿瘤和癫痫患者的初步结果。断层扫描2017年6月;3(2):105 - 113。DOI: 10.18383 / j.tom.2017.00006。PMC5552052。
  3. 苗X，吴Y，刘D，蒋H，伍兹D，斯特恩山，布莱尔尼斯，艾兰路，贝特戈达C，罗斯奇KS，秦Q，范齐尔PCM，皮莱JJ，华J *．金属矫正牙套患者的全脑功能和弥散张量MRI。放射学。2020年1月,294(1):149 - 157。doi: 10.1148 / radiol.2019190070。2019年11月12日。PubMed PMID: 31714192;PubMed Central PMCID: PMC6939835。

3.3 d-trip核磁共振

粗体功能磁共振成像中的总信号变化没有明确的生理意义。事实上，它可能反映了几个生理参数的整体变化，包括脑血容量（CBV）和流量（CBF）以及脑氧代谢率（CMRO2）。已经开发了许多方法来测量CBV和/或CBF响应以及BOLD信号变化，使得使用定量BOLD理论计算CMRO2动力学成为可能。传统上，使用连续MRI扫描测量BOLD、CBV和CBF信号变化。在这种方法中，扫描时间相对较长，更重要的是，扫描之间的生理参数可能会发生变化，导致CMRO2的计算不准确。我们小组开发了3D三重采集倒置准备（3D-TRIP）MRI方法，该方法可以在单次MRI扫描中测量全脑覆盖范围内的BOLD、CBF和CBV信号变化。使用这种方法，我们能够检查几种脑部疾病（如亨廷顿病（HD）和精神分裂症）中大脑的神经血管和代谢异常。

图:健康人体的3D-TRIP磁共振成像。

选择出版物:

  1. 程毅，Van Zijl PCM, Pekar JJ，华J *．单次扫描功能刺激时脑血容量和血流反应的三维采集。科学杂志2014年12月,103:533-41。PMC4252776。
  2. 程勇，秦强，Van Zijl PCM, Pekar JJ，华J *．一种用于测量功能刺激期间脑血容量、血流和血氧加权信号变化的三维单扫描方法。神经影像，147:976-984,2017 2月PMID28041979。
  3. Klinkmueller P, Kronenbuerger M, Miao X, Bang J, Ultz KE, Paez A, Zhang X, Duan W, Margolis RL, Zijl PCV, Ross CA，华J *．亨廷顿病患者脑氧代谢对视觉刺激的反应受损。J Cereb血流Metab. 2020 Aug 17;:271678X20949286。doi: 10.1177 / 0271678 x20949286。[Epub ahead of print] PubMed PMID: 32807001。

4.大脑小淋巴管的动态成像

脑脊液(CSF)的循环影响大脑生理的各个方面，包括大脑实质的物质分布和废物清除。最近，在动物模型中，在硬脑膜静脉窦旁、脑膜中动脉和筛板周围区域以及颅骨基底部发现了具有典型内皮标记物的脑血管，如体内其他器官的淋巴管。一些脑膜淋巴管也在人脑中被观察到。脑淋巴管被认为在脑脊液引流到颈部淋巴结中发挥重要作用，这对清除许多脑疾病(如阿尔茨海默病和帕金森氏病)中的异常蛋白和其他产物具有有趣的临床意义。

通过适当的对比调整CSF纵向(T1)和横向(T2)弛豫时间，与大脑其他组织相比，可以在结构MR图像上看到CSF空间。当使用钆(Gd)为基础的造影剂时，通常可以在脑脊液中颅内空间的某些位置观察到对比前和对比后的MR信号对比。英超新闻万博体育这主要是由于硬脑膜血管缺乏皮质血管中的血脑屏障(BBB)，这使得人类临床MRI扫描中常用的Gd造影剂可以穿过硬脑膜血管壁进入CSF。近年来的研究表明，在人脑中使用Gd对比MRI可以看到一些脑膜淋巴管。

然而，现有的基于gd的脑脊液和大脑淋巴管MR信号变化检测方法，通常至少需要几分钟才能实现全脑覆盖和足够的空间分辨率，提供相对较低的时间分辨率。此外，很少有研究对CSF中基于Gd的信号变化进行了系统的研究，以优化对比检测(大多数Gd研究集中在血液中的Gd对比)。如果动态信号的变化CSF和前后脑淋巴管Gd政府可以跟踪提供足够的空间和时间分辨率,它可以作为一个有用的工具的调查CSF排水路线在大脑中,尚未完全了解。

我们最近开发了一种MRI序列，用于在3T和7T人类MRI扫描仪上以高时间分辨率（TR<10 s）、精细空间分辨率（1-0.65 mm各向同性体素）和全脑覆盖率成像脑脊液中基于Gd的信号变化。使用这种方法，可以在脑脊液空间中量化动态信号变化和Gd浓度，这些区域包含大脑中的淋巴管血管，如硬脑膜窦（上矢状窦）、脑膜中动脉、筛板（嗅觉区）和基底脑区（颈静脉孔）。

图来自Cao等人，Magn Reson Med. 2020年7月3日;doi: 10.1002 / mrm.28389。

选择出版物:

  1. 曹东，康宁，皮莱JJ，缪旭，Paez A，徐旭，徐杰，李旭，秦强，Van Zijl PCM, Barker P，华J *．脑脊液动态易感性对比变化的快速全脑磁共振成像(cDSC MRI)。2020年7月3日;。doi: 10.1002 / mrm.28389。[Epub ahead of print] PubMed PMID: 32621291。

5.超高磁场(7T)磁共振成像和层状功能磁共振成像

超高磁场(7T及以上)有望显著提高MRI的固有灵敏度，但也带来了重大的技术挑战。自从2009年约翰霍普金斯大学的7T人体核磁共振扫描仪问世以来，我们一直在广泛研究7T的功能性和生理学核磁共振技术。除了常规的高分辨率结构MRI扫描，如MP2RAGE和FLAIR，我们设计、改进和优化了几个先进的MRI脉冲序列，用于7T应用，包括VASO、CEST和BOLD MRI。这些方法现在已经在约翰霍普金斯大学的7T核磁共振扫描仪上使用，以及美国和国外的一些其他机构。

图:2009年11月23日，我们的7T磁铁在F.M. Kirby研究中心功能性Brian成像交付。

7T层状fMRI

7T的增强灵敏度使全脑人类功能磁共振成像的表现在亚毫米(亚毫米)的空间分辨率。在人脑中，各功能层的厚度通常在毫米以下。在分层组织的大脑系统中，输入和输出信号到达给定功能单元的不同层。在大多数大脑区域，这种输入和输出层之间的距离在1-2mm范围内。因此，亚毫米fMRI允许在皮层层的介观空间范围内检测神经元活动，即层状(或层依赖或皮层深度依赖)fMRI。这种特定层次的信息可以用来推断脑回路的方向性，而传统的功能磁共振成像方法在宏观尺度上只能提供相关信息。

对于健康大脑的神经科学研究以及试图理解脑疾病机制的临床研究来说，分辨脑回路中特定活动层的能力是至关重要的。例如，众所周知，记忆回路在许多大脑疾病中都会受到影响，如痴呆症。内侧颞叶(MTL)是一种在记忆电路中起核心作用的结构，人们已经提出了几个模型来理解不同子区域之间的信息流。层状功能磁共振成像(fMRI)通过检测内嗅皮层(ERC, MTL的一个关键子区域)不同层次的神经元活动，提供了探测信息流方向性的潜力。区分记忆回路中这些分离的功能对于研究机制和理解记忆系统中潜在的疾病特异性变化至关重要。使用7T亚毫米空间分辨率的T2prep BOLD功能磁共振成像(fMRI)，在健康人类大脑中与信息编码和检索相关的ERC的表层和深层检测到不同的层状活动。

图:ERC内侧和外侧的解剖位置。显示t1加权(1mm各向同性体素，全脑)、t2加权(0.5mm各向同性体素，部分脑)和T2prep BOLD fMRI图像(0.9mm各向同性体素，部分脑)的冠状面。R:右，L:左;S:表层，D:深层;M:内侧，L:外侧。靠近脑脊液和WM的区域分别为浅层和深层。

图:外侧和内侧ERC的平均椎板激活(beta)剖面(n=9)。y轴是成功的编码试验和检索试验的对比值。x轴是层数。接近脑脊液和WM的层分别为浅层和深层。将阴影层中的beta值平均，分别给出浅层(绿色)和深层(橙色)的beta值平均值。误差条表示主体间的标准误差。

选择出版物:

  1. 华杰，秦强，范子杰PCM。在7特斯拉实现VASO核磁共振成像。核磁共振成像技术在医学分类中的翻译结果:PMC4121129。
  2. 华杰，秦强，Van Zijl PCM, Pekar JJ, Jones CK。7特斯拉全脑三维t2加权BOLD功能磁共振成像。医学磁共振2014年12月;72(6):1530-40。PMC4055555。
  3. 程勇，Van Zijl PCM，华J *．7特斯拉多回波VASO MRI测量实质血管外R2*和组织氧提取分数。NMR in Biomedicine 2015 Feb;28(2):264-71。PMC4297270。
  4. 吴勇，Agarwal S, Jones CK, Webb AG, Van Zijl PCM，华J *，Pillai J.在7T时不使用外源性造影剂的情况下，使用MRI测量脑肿瘤的小动脉血容量。磁共振成像杂志2016年11月；44(5):1244-1255. PMC5045323。
  5. 华杰， Brandt AS, Lee S, Blair NIS, Wu Y, Su L, Patel J, Faria AV, Lim IAL, Unschuld PG, Pekar JJ, Van Zijl PCM, Ross CA, Margolis RL。7T三维血流磁共振成像测量精神分裂症灰质小动脉脑血容量异常精神分裂症通报，2017年5月1日;43(3):620-632。doi: 10.1093 / schbul / sbw109。PMC5464028。
  6. 华杰， Blair NIS, Paez A, Choe A, Barber AD, Brandt A, Lim IAL, Xu F, Kamath V, Pekar JJ, van Zijl PCM, Ross CA, Margolis RL。通过休息状态BOLD功能磁共振成像(BOLD fMRI)在7T时测量的精神分裂症患者丘脑和皮层亚区功能连接的改变。2019年4月;206:370-377。doi: 10.1016 / j.schres.2018.10.016。2018年11月6日PubMed PMID: 30409697;PubMed Central PMCID: PMC6500777

脑疾病的应用:选定的出版物

亨廷顿氏舞蹈症(高清)

  1. Unschuld PG, Liu X, Shanahan M, Margolis RL, Bassett SS, Brandt J, Schretlen DJ, Redgrave GW华杰在前驱亨廷顿病的运动规划任务中，前额网络连接的改变。皮质49(10):2661 - 73年,2013年。PMID23906595。
  2. 华杰前驱亨廷顿病患者的小动脉脑血容量升高。运动障碍29(3):396-401 2014。PMC3834086。
  3. 范·卑尔根晋城无烟煤矿业集团华杰定量易感性图显示亨廷顿病前表现为脑铁改变。美国神经放射学杂志2016年5月;37(5):789-96。PMC4867278。
  4. 陈力,，华杰关键词:亨廷顿氏舞蹈病，脑铁含量，定量易感性MRI，脑铁沉积率J Neurosci Res. 2019 Apr;97(4):467-479。doi: 10.1002 / jnr.24358。11月29日。PMID: 30489648。PMC6367012。
  5. Kronenbuerger M,华J *关键词:亨廷顿氏舞蹈症，纹状体-前额叶和纹状体-运动回路，功能连通性2019年8月14日1-10日。doi: 10.1159 / 000501616。PMID: 31412344。
  6. Klinkmueller P, Kronenbuerger M, Miao X, Bang J, Ultz KE, Paez A, Zhang X, Duan W, Margolis RL, Zijl PCV, Ross CA，华J *．亨廷顿病患者脑氧代谢对视觉刺激的反应受损。J Cereb血流Metab. 2020 Aug 17;:271678X20949286。doi: 10.1177 / 0271678 x20949286。[Epub ahead of print] PubMed PMID: 32807001。

阿尔茨海默病(AD)

  1. 范伯根，李旭，华杰、施莱纳SJ、施泰宁格SC、奎文科FC、Wyss M、吉尔AF、特雷耶V、勒塞、巴克F、尼奇RM、普鲁斯曼KP、范齐伊尔PC、霍克C、Unschuld PG。轻度认知障碍患者大脑铁与β淀粉样蛋白共定位。Sci代表2016年10月17日；6:35514. PMC5066274。
  2. Quevenco FC、Preti MG、van Bergen JM、，华杰李,Wyss M, X,电光SJ。施SC, Meyer R, Meier IB, Brickman,列城,Gietl房颤,巴克,尼奇RM, Pruessmann KP, van Zijl PC,典当C, van De城镇D, Unschuld PG。大脑记忆绩效动态连接显示病理负担并为阿尔茨海默病遗传风险。阿尔茨海默病Res Ther. 2017年3月31日;9(1):24。PMC5374623。
  3. 华杰李年代,布莱尔NIS, Wyss M, van卑尔根晋城无烟煤矿业集团,称SJ, Kagerer SM,列城,Gietl房颤,特雷V,巴克,尼奇RM, Pruessmann KP,卢H, van Zijl PCM,阿尔伯特·M,典当C, Unschuld PG。脑血容量增加小动脉血管淀粉样蛋白的关联——β-相关认知能力下降。Neurobiol Aging 76:181-193, 2019年1月PMC6438210。

精神分裂症

  1. 华杰， Brandt AS, Lee S, Blair NIS, Wu Y, Su L, Patel J, Faria AV, Lim IAL, Unschuld PG, Pekar JJ, Van Zijl PCM, Ross CA, Margolis RL。7T三维血流磁共振成像测量精神分裂症灰质小动脉脑血容量异常精神分裂症通报，2017年5月1日;43(3):620-632。doi: 10.1093 / schbul / sbw109。PMC5464028。
  2. Brandt AS, Unschuld PG, Lim IAL, Churchill G, Harris A, Pradhan S，华杰， Barker P, Ross CA, Van Zijl PCM, Edden R, Margolis RL。精神分裂症患者前扣带皮层谷氨酸的年龄相关变化:7特斯拉1H MRS研究精神分裂症研究2016年4月172(1-3):101-5。PMC4821673。
  3. 华杰， Blair NIS, Paez A, Choe A, Barber AD, Brandt A, Lim IAL, Xu F, Kamath V, Pekar JJ, van Zijl PCM, Ross CA, Margolis RL。通过休息状态BOLD功能磁共振成像(BOLD fMRI)在7T时测量的精神分裂症患者丘脑和皮层亚区功能连接的改变。2019年4月;206:370-377。doi: 10.1016 / j.schres.2018.10.016。2018年11月6日PubMed PMID: 30409697;PubMed Central PMCID: PMC6500777

脑肿瘤和癫痫的术前脑标测

  1. Zaca D,华杰皮拉伊JJ。脑血管反应性地形图在脑肿瘤术前规划中的应用。世界临床杂志，2:289-98,2011。PMC3139032。
  2. 吴勇，Agarwal S, Jones CK, Webb AG, Van Zijl PCM，华J *，Pillai J.在7T时不使用外源性造影剂的情况下，使用MRI测量脑肿瘤的小动脉血容量。磁共振成像杂志2016年11月；44(5):1244-1255. PMC5045323。
  3. Agarwal S, Sair HI, Airan R，华杰， Jones CK, Heo HY, Olivi A, Lindquist MA, Pekar JJ, Pillai J.超高场静息态fMRI中脑肿瘤诱导的神经血管解耦的证明。脑连通性2016年5月;6(4):267-72。PMID26918887。
  4. 华杰， Miao X, Agarwal S, Bettegowda C, Quiñones-Hinojosa A, Laterra J, Van Zijl PCM, Pekar JJ, Pillai JJ。在存在大量敏感性伪影的情况下，使用t2制备的BOLD功能MRI语言映射——脑肿瘤和癫痫患者的初步结果。断层扫描2017年6月;3(2):105 - 113。DOI: 10.18383 / j.tom.2017.00006。PMC5552052。
  5. 阿加瓦尔年代,华杰， Sair HI, Gujar S, Bettegowda C, Lu H, Pillai JJ。脑肿瘤患者语言功能磁共振侧化和定位指标的重复性。Human Brain Mapping 2018 12月;39(12):4733-4742。doi: 10.1002 / hbm.24318。PMID: 30076768。PMC6218318。
  6. Agarwal S, Sair HI, Gujar S，华杰， Lu H, Pillai JJ。利用静息态血氧水平依赖的低频波动幅度优化脑肿瘤诱导的神经血管解耦设置中的功能磁共振成像激活。2月28日。doi: 10.1089 / brain.2017.0562。PMID: 30547681。

目前任命:
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F.M.柯比脑功能成像研究中心

约翰霍普金斯大学医学院，巴尔的摩，医学博士
副教授
放射和放射科学系


联系方式

办公室地址:
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北百老汇大街707号，G-25房间
马里兰州巴尔的摩21205
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办公室电话:443-923-3848

出版物

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