细胞交换成像（CEXI）：利用可渗透球体数值体模评估含细胞内水交换的扩散模型

目的：扩散 MRI 的生物物理模型已被开发用于表征多种组织中的微结构，但现有模型不适用于由可渗透球形细胞组成的组织。本研究我们引入细胞交换成像（CEXI），一种为可渗透球形细胞定制的模型，并将其性能与忽略渗透性的相关球与球（BS）模型进行比较。方法：我们使用 PGSE 序列在由球形细胞及其细胞外空间构成的数值基底上，针对一系列膜渗透率通过蒙特卡洛模拟生成 DW-MRI 信号。从这些信号中，使用 BS 和 CEXI 模型推断基底的特性。结果：CEXI 优于不可渗透模型，提供了更稳定且与扩散时间无关的细胞大小与细胞内体积分数估计。值得注意的是，CEXI 准确估计了其他研究中先前报道的低至中等渗透率水平下的交换时间（$\kappa<25\mu m/s$）。然而，在高渗透基底中（$\kappa=50\mu m/s$），估计参数较不稳定，尤其是扩散系数。结论：本研究强调了建模交换时间对于准确量化可渗透细胞基底中微结构特性的重要性。未来研究应在淋巴结等临床应用中评估 CEXI，探究交换时间作为肿瘤严重程度的潜在生物标志物，并开发考虑各向异性扩散与高渗透膜的更恰当组织模型。