磁共振功能成像

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1、3.5磁共振功能成像谢耀钦2003年12月4日概念°脑部磁共振成像能提供解剖层次清晰的图像。近十年来，人们利用常规的磁共振成像设备研究人脑的功能活动。这个新的技术就称为磁共振功能成像(functionalMagneticResonanceImaging)，简称fMRI。°磁共振功能成像或功能性磁共振成像(functionalMagneticResonanceImaging,fMRI)是指应用磁共振成像技术对人体(或动物体)的功能进行研究和检测。fMRI的分类°血氧合水平依赖(BloodOxygenationLevelDependant，BOLD)——fMRI的狭义概念°磁共振弥散成像(Diff

2、usionWeightedImaging,DWI)°灌注成像(PerfusionWeightedImaging,PWI)测量水分子的随机运动和区域脑血流进行的人体功能研究°磁共振弥散张量成像(DiffusionTensorImaging,DTI)对脑内白质包括纤维走行的研究°磁共振波谱成像(MagneticResonanceSpectroscopy,MRS)非侵入性地测量一些脑内代谢产物，进行有关化学成分的研究。BOLD-fMRI的发展简表年度事件1936年L.Pauling指出含氧与脱氧血红蛋白的磁化率不同K.Thulborn证明，脱氧血红蛋白与1982年含氧血红蛋白相比，其T2时间缩短P.

3、T.Fox发现脑活动时局部脑血流、1986年脑血容积和血氧等有改变1990年S.Ogawa发现血氧合水平依赖（BOLD）现象1991年R.Turner验证了含氧血红蛋白的作用1991年J.Bellivieau应用造影剂(Gd)，实现了脑功能的检测1992年K.Kwong应用BOLD法与EPI技术进行了脑功能的检测1993年P.Bandettini引入概率1995年出现事件相关fMRIBOLD的基本原理°由于BOLD法不需要注射照影剂，更简便易行，且具有更高地对比度，目前应用比灌注法更广泛。°fMRI亦可以用于研究其他器官的生理，如从研究血流到器官病理，由此有助于我们理解疾病过程。°因为脑的血流

4、灌注与神经活动有关，所以fMRI象其他成像技术如PET一样,可用于发现被试者在做特殊任务时或在特殊刺激下的脑功能活动。°fMRI的时间与空间分辨率要比PET好的多。在1991~1992年麻省总医院首次应用fMRI技术显示的视觉刺激下枕叶皮质激活。BOLD现象°BOLD-fMRI目前是最常用的fMRI技术。°其成像原理是连续采集一系列的脑图像并对之进行统计分析，以发现其中的差异。°同常规MRI一样，扫描系统仍然对氢原子成像，但是，所应用的T2*加权像具有检测顺磁性的脱氧血红蛋白、逆磁性的氧合血红蛋白的能力，即应用BOLD方法可以发现氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白有不同的磁敏感性。BOLD现象°由于脱

5、氧血红蛋白分子具有导致快速失相位的磁敏感性，与氧合血红蛋白相比，脱氧血红蛋白显示更低信号，而氧合血呈较高信号。°这就是说，如果某一个区域有较多的氧合血，与周围的含有氧合血较少的区域相比，在T2*加权像上该区域的信号强度就会增加。°在MRI图像上，当有较多动脉血液流入时，相应的脑区在MRI图像上呈高信号，这些高信号被认为与脑功能活动有关。具体检测步骤°在受试者静止时先对其脑内感兴趣区进行一系列成像，为基准图像。°受试者执行任务，再进行一系列成像。°两者相减，这时可以显示的区域即为执行任务所激活的功能活动区。°注意不要有头动，因为运动伪影可以造成假性结果。脑区的激活和血流的关系°当某区域被激活时，

6、这个区域就有更多的氧合血液进入。°这基于这样的原理：当某一脑区被使用时，人体的动脉氧合血将重新分布并且在这个区域增加。°对此原理我们需要注意的是，当脑区被激活且该区域血流增加时，它有一段时间(大约有几秒钟)的时间滞后，在手指运动实验中，我们所测得延迟时间为8秒。BOLD的基本原理°人体受到刺激后，局部脑组织产生兴奋，动脉血（含氧合血红蛋白）流入兴奋脑区，脑组织局部氧含量增加，造成了局部逆磁性物质的增加，而周围组织因没有神经活动，氧含量不增加，局部主要为顺磁性物质，这样就构成了信号对比。°通过图像后处理，即可算出脑内活动区域部位与范围。时段设计和事件相关°时段设计(blockdesign)fMR

7、I：在实验设计中，以一段时间无任务作为对照，然后开始一段时间的多次、连续的任务，之后再重复上述过程，直到结束。形成对照—任务—对照—任务范式，或者可以成为任务—对照—任务—对照的范式。°事件相关（event-related）fMRI：以一段时间无任务为对照，然后快速执行首次任务，这个任务仅执行一次；再进入一段无任务阶段，最后再进行第二次任务，这个任务也是执行一次；重复上述过程，直到结束。事件相关技