磁共振功能成像的应用,汕大医学院一附院 肖壮伟,磁共振功能成像 (fMRI) 是磁共振成像中迅速发展的领域fMRI包括: 弥散加权像（DWI）灌注成像（PI）包括外源性和内源性灌注成像血氧水平依赖法（BOLD）为内源性PI磁共振波谱分析（MRS）,血氧水平依赖法(BOLD) 成像是fMRI常用的方法，可用于无创性地检测脑功能变化情况，其信号具有较高的敏感性和空间特异性 最早的人脑BOLD成像是在1992年使用视觉刺激（Kwong, Ogawa）和运动任务（Bandettini）而实现的 由于神经元兴奋区血液动力学及代谢的特点，可导致其静脉血中相对的氧合血红蛋白增加及去氧血红蛋白减少,动脉血（氧合血红蛋白）毛细血管静脉血（去氧血红蛋白+氧合血红蛋白）神经元兴奋区静脉血中氧合血红蛋白含量高于非兴奋区静脉血中氧合血红蛋白含量，在T2*图像中信号较高（2-3%）,BOLD基本原理,BOLD扫描技术,梯度回波和自旋回波 回波平面成像（EPI）SE-EPI（信噪比好，适于高场机）GRE-EPI（敏感但伪影重） 螺旋扫描技术,BOLD的分辨率,BOLD的空间分辨率通常可达到35mm，优于其他非创伤性检测方法，如PET等 BOLD的时间分辨率也较高，但不如EEG等，它受到许多因素的影响，如神经元-血流动力学之间的结合情况、脑活动的复杂程度等,生理性噪声,BOLD图像的信号通常很微弱（中央前、后回等信号较强的区域一般也在4%以下，细微的兴奋区信号变化通常小于1%） 在其他条件（设备硬件、脉冲序列、制动装置等）稳定的情况下，生理性噪声为主要的噪声源 生理性噪声包括呼吸、心跳、脑脊液搏动、眼球运动等引起的噪声,图示正常人平静躺在磁体（4.0T, TR=200ms, TE=26ms） 内时脑部信号曲线，可见呼吸和心跳的噪声,呼吸噪声（约0.3Hz） 心跳噪声（约0.9Hz）,生理性噪声的修正方法Navigator（导航） echo correction methodsNon-navigator （非导航）echo correction methods,BOLD技术的实现,被试的准备和训练 刺激的施加（视觉、听觉、嗅觉、体感觉、痛觉、运动等） 记录反应 安全性机器噪声的防护神经肌肉刺激,刺激的设计,组块设计（Blocked design）常用，优点为方便可靠，容易获得兴奋区信号，缺点为：1.持续和重复给予相同的刺激可引起受试者注意力改变和对刺激的适应，2.尽管本设计可用于功能定位，但不能提供脑局部的反应特点 事件相关设计（Event-related design）可有效地避免神经元反应减弱，相对提高了实验的敏感性，可敏感地获得兴奋区局部血氧反应的曲线,组块设计,事件相关设计,BOLD数据处理,图像配准空间配准检出并修正运动伪影将数据编码到三维结构像按照Talairach图谱进行标准化,BOLD数据处理,统计学处理方法种类繁多（最简单的包括t检验）常用的软件包括AFNI、Stimulate和SPM设备配置的工作站也可进行自动处理,BOLD技术在研究领域的应用,BOLD 已经广泛用于基础研究领域运动（简单运动和复杂运动）、感觉 （包括听、视觉系统）、语言、记忆、儿童脑发育等,BOLD技术在临床领域的应用,BOLD在临床也有很广泛的应用前景，如神 经外科手术术前计划和术后评价、难治性癫痫的 定位 、脑康复的评价、慢性疼痛治疗的评价、针 灸穴位治疗机理的研究、药物成瘾病人脑内功能 的研究、无创性Wada试验(语言优势半球定位)、 记忆优势半球的定位、在痴呆研究中的应用等,A,B,7名受试的冠状位平均脑激活图A：颜色知觉激活图（V4）B：运动知觉激活图（MT+）颜色柱表示统计值P,左侧V4,左侧MT+,本研究利用事件相关功能磁共振成像技术研究了参与颜色知觉和运动知觉的脑结构，并研究了有关脑区的局部血氧反应。结果表明：颜色刺激主要激活V4，但也可一定程度激活MT；而运动刺激主要激活MT，但V4也有一定激活。这一现象在多数组块设计脑功能成像中未能得到反映，提示事件相关fMRI技术敏感度较高,汉字同音字与同义字脑部fMRI,左手运动,右手运动,fMRI在外科手术计划制订中的应用,右侧脑膜瘤与手指运动皮层的关系,右侧胶质瘤与手指运动皮层的关系,左手运动,右手运动,fMRI在外科手术计划制订中的应用,Postcentral G. activation during electroacupuncture,S1,S2,S1,S2,针刺脑部fMRI,图片包括主动持续右足背屈（对应为1）和持续电刺激（对应为6） “”说明兴奋较强，“”说明兴奋较弱 选用SPM软件处理，所用P值为0.0001 图象的左右方向均为：上对应左，下对应右；左对应左，右对应右,右足主动持续背屈,右足电刺激持续背曲,右足主动持续背屈,右足电刺激持续背曲,海洛因成瘾者脑部fMRI,Patient YGJMaleAge: 52 yearsRight-handedNative Chinese speakerEducation: 9 years,T2WI at onset,Stimuli :Chinese Numerals: 壹、贰Chinese CharactersHigh Frequency：人、水Low Frequency：兑、冗Presented visually Press a button if recognized,Time 16 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 400s Image 1 200,+ N + H + L + H + L + N +,N: Chinese Numerals H: High Frequency Words L: Low Frequency Words,Activation during reading Chinese characters,YJG, 1st Scan, 45 days after stroke,Healthy Subject,给予高频汉字阅读，认字率20%，右侧纹外区部分激活，左（患）侧无激活，而Broca区和Wernicke区有激活,正常对照，认字率100%，双侧纹外区明显激活，Broca 区及Wernicke区无激活,YJG, 2nd scan, 4 months after stroke,Healthy Subject,给予高频汉字阅读，认字率70%，右侧纹外区激活增加， 左（患）侧部分激活，而Broca区和Wernicke区激活减少,正常对照，认字率100%，双侧纹外区明显激活，Broca 区及Wernicke区无激活,Left Extrastriate Area Right Extrastriate Area,Hemodynamic response in right and left (lesions) extrastriate areas. Note that response in the left extrastriate is about 16 seconds later than that in the contralateral homologous area (right).,左侧纹外区激活时间晚于右侧，激活幅度也低于右侧,Activation Volume and Center of Activation in the exstrastriate areas in the patient and control,纹外区功能主要为视觉字形加工,在正常人汉语通常可激活双侧 Broca区和Wernicke区在正常人处理高频字（简单字）时不兴奋 左侧纹外区皮层是阅读功能的关键脑区之一 阅读功能恢复既可由病灶同侧代偿也可由对侧对应的脑区代偿，而且这两种代偿机制可在同一个病人并存,YJG, M/52 左侧纹外区脑梗死改变,纹外区功能主要为视觉字形加工，在正常人汉语通常可激活双侧Broca区和Wernicke区在正常人处理高频字（简单字）时不兴奋,分子影像技术要求对活体内部的生理过程或病理过程，在分子水平上进行无损伤、实时的测量和成像。,分子影像技术常用的探测方法有核探测方法、核磁共振方法、光学方法等。这些探测方法的探测原理和探测设备都不相同。,磁共振（MR）的分子水平成像广义上可以分为磁共振功能成像（functional MRI)和MRI分子成像。,磁共振功能成像可包括下列几类：,磁共振的弥散成像（diffusion MRI) 磁共振灌注成像（perfusion MRI) 磁共振波谱分析（MRI spectroscopy,MRs) 磁共振血氧水平依赖性成像（blood oxygen level dependent, BOLD),DTI：通过水分子的运动，描绘其神经纤维的走向，可直观反映神经纤维及其功能传导。,MRS：通过MR成像半定量地测定体内某种代谢物质的浓度，反映活体内某些物质的代谢过程。,星形细胞瘤病人PRESS序列的频谱图,磁共振血氧水平依赖性成像,