醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)功能磁共振第一頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五Contents功能磁共振成像介紹12功能磁共振分類3功能磁共振應(yīng)用4功能磁共振研究現(xiàn)狀第二頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

一、功能磁共振介紹

功能磁共振成像（functionalmagneticresonanceimaging,fMRI）主要是用于腦科學(xué)研究即人腦高級(jí)功能的研究。了解人腦的高級(jí)功能可以使人類更好地認(rèn)識(shí)腦、保護(hù)腦、開(kāi)發(fā)腦和利用腦，并為許多重大腦疾病（如老年癡呆、兒童精神疾病、帕金森綜合癥等精神疾?。┑脑\斷、治療以及病理學(xué)研究提供科學(xué)依據(jù)。目前，國(guó)際上fMRI技術(shù)也廣泛用于神經(jīng)學(xué)和心理學(xué)的研究，并在已作過(guò)大量研究的基礎(chǔ)上逐步轉(zhuǎn)入臨床應(yīng)用階段。第三頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

功能磁共振成像成像原理

功能磁共振是1990年貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家Owaga發(fā)現(xiàn)的。血紅蛋白分為含氧血紅蛋白和脫氧血紅蛋白，脫氧血紅蛋白是順磁性物質(zhì)，含氧血紅蛋白是逆磁性物質(zhì)。順磁性物質(zhì)在主磁場(chǎng)中受到磁化，在其周圍產(chǎn)生一個(gè)微弱磁場(chǎng)，影響主磁場(chǎng)的均勻性；而逆磁性物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)沒(méi)有影響或影響很小。第四頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五腦在進(jìn)行認(rèn)知任務(wù)加工活動(dòng)時(shí)，會(huì)消耗氧和能量，血液中的含氧血紅蛋白脫氧成為脫氧血紅蛋白，這時(shí)需要補(bǔ)充含氧血紅蛋白，局部血管膨脹，輸入大量的含氧血紅蛋白，使得在局部區(qū)域內(nèi)脫氧血紅蛋白的濃度降低，從而在采集的T2*加權(quán)像上表現(xiàn)為微弱的信號(hào)升高，這種現(xiàn)象稱為血氧含量對(duì)比度（BOLD)。第五頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

典型的（fMRI)實(shí)驗(yàn)中，受試者躺在磁共振病床上，磁共振成像系統(tǒng)掃描的同時(shí)，刺激任務(wù)控制計(jì)算機(jī)與磁共振掃描同步觸發(fā)刺激程序，通過(guò)射頻屏蔽投影系統(tǒng)呈現(xiàn)給病人視覺(jué)刺激，或者通過(guò)耳機(jī)呈現(xiàn)給病人聽(tīng)覺(jué)刺激，病人需要根據(jù)刺激程序的要求做指定的任務(wù)，并用按鍵反饋?lái)憫?yīng)，然后通過(guò)MR掃描采集結(jié)構(gòu)和功能原始數(shù)據(jù)，用專業(yè)的圖像后處理與統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行計(jì)算，就可重建出人腦的激活區(qū)并做各項(xiàng)定量分析研究。功能磁共振基本試驗(yàn)方法第六頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

功能磁共振成像獲得大量圖像，通過(guò)在線實(shí)時(shí)處理或離線處理方法進(jìn)行圖像的配準(zhǔn)、統(tǒng)計(jì)可以獲得針對(duì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的激活區(qū)，這些腦區(qū)的激活程度差異，不同激活腦區(qū)之間的相互關(guān)系等，把激活結(jié)果疊加到三維個(gè)體磁共振圖像或標(biāo)準(zhǔn)化腦模板圖像上，使人們對(duì)腦的高級(jí)功能有更加豐富的理解。第七頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、功能磁共振分類磁共振的彌散成像（diffusion)磁共振灌注成像（perfusion)磁共振波譜分析（MRS)磁共振血氧水平依賴性成像（BOLD)分類第八頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五彌散概念是指分子的不規(guī)則隨機(jī)平行運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)在物理學(xué)上稱為布朗氏運(yùn)動(dòng)。該詞常用來(lái)描述粒子由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的微觀運(yùn)動(dòng)。在活體組織里這種運(yùn)動(dòng)是一種具有方向性、不等量運(yùn)動(dòng)，其空間狀態(tài)為張量。磁共振彌散成像實(shí)際上是測(cè)量水分子之間運(yùn)動(dòng)的信號(hào)。1、MR彌散成像（DiffusionDWI)研究精神分裂癥患者第九頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五其成像基礎(chǔ)在于MP在磁場(chǎng)不均勻的情況下，對(duì)移動(dòng)水所攜帶的質(zhì)子在橫向磁化上產(chǎn)生的相位位移的敏感性，相位位移越大，信號(hào)衰減就越明顯。通過(guò)EPI技術(shù)可得到反映這種水分子彌散運(yùn)動(dòng)的圖像，并通過(guò)數(shù)學(xué)方法可計(jì)算出反映水分子相位位移量，即運(yùn)動(dòng)自由度的表現(xiàn)彌散系數(shù)ADC值（apparentdiffusioncoefficient)。第十頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

水分子彌散運(yùn)動(dòng)的自由度大小，是通過(guò)ADC值量化表達(dá)的，該值的大小反映了不同病理基礎(chǔ)的病變，亦可反映同一病理基礎(chǔ)病變不同的病理階段，在臨床診斷中具有重要意義。ADC值目前常用MP彌散圖形（Mpdiffusionmapping)表達(dá)，它具有直觀、快捷、誤差小等優(yōu)點(diǎn)。第十一頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

腦彌散成像的信號(hào)高低取決于小分子彌散運(yùn)動(dòng)的自由度大小及運(yùn)動(dòng)方向。信號(hào)的變化直接反映了這種水分子微觀運(yùn)動(dòng)，正常水分子以彌散運(yùn)動(dòng)方式平衡于細(xì)胞內(nèi)外、組織間隙中，一旦這種平衡破壞，即可出現(xiàn)DWI的信號(hào)變化。因此可以認(rèn)為DWI反映了細(xì)胞內(nèi)外水分子的流動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)彌散原理，我們可分別得到三向同性彌散圖，各向異性彌散圖，ADC圖和指數(shù)ADC圖。病理生理基礎(chǔ)第十二頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、磁共振灌注成像（

PWI）

灌注成像有兩個(gè)內(nèi)容：一種是利用磁共振造影劑的血管內(nèi)注射和快速成像程序相結(jié)合：另一種利用血流內(nèi)水分子自旋標(biāo)記技術(shù)觀察微循環(huán)的灌注情況。兩種灌注方法均屬于非彌散灌注范疇。由于順磁性對(duì)比劑可使腦局部磁場(chǎng)不均勻，引起去相位，T2時(shí)間縮短，致信號(hào)降低，其降低程度與正常腦組織局部對(duì)比劑濃度成正比，因而能反映局部腦組織灌注的血容量。第十三頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

腦灌注成像，反映了毛細(xì)血管床內(nèi)血流分布特征，這些特征由容量指標(biāo)-局部腦血容積（rCBV);速度指標(biāo)-血液通過(guò)組織的平均通過(guò)時(shí)間（MTT）；流量指標(biāo)-局部腦血流量（rCBF)組成。通過(guò)這些指標(biāo)能全部了解腦梗塞、腦缺血、腦再通及過(guò)度充盈等不同狀況下腦微循環(huán)的變化。病理生理基礎(chǔ)及應(yīng)用指標(biāo)第十四頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、磁共振波譜分析（MRS)

組織內(nèi)的一些化合物和代謝物的含量以及它們的濃度，由于各組織中的原子核質(zhì)子是以一定的化合物的形式存在，在一定的化學(xué)環(huán)境下這些化合物或代謝物有一定的化學(xué)位移，并在磁共振波譜中的峰值都會(huì)有微小變化，它們的峰值和化學(xué)濃度的微小變化經(jīng)磁共振掃描儀采集，使其轉(zhuǎn)化為數(shù)值波譜。這些化學(xué)信息代表組織或體液中相應(yīng)代謝物的濃度，反映組織細(xì)胞的代謝狀況。即磁共振波譜是從組織細(xì)胞代謝方面來(lái)表達(dá)其病理改變的。第十五頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五通過(guò)MR成像半定量地測(cè)定體內(nèi)某種代謝物質(zhì)的濃度，反映活體內(nèi)某些物質(zhì)的代謝過(guò)程。星形細(xì)胞瘤病人PRESS序列的頻譜圖

第十六頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五成像活動(dòng)性成像是利用脫氧血紅蛋白的磁敏感性為基礎(chǔ)的磁共振成像技術(shù)，亦稱為血氧水平依賴性成像（bloodoxygenlevel

dependentimaging,BOLDImaging)。大腦皮層的某一區(qū)域興奮時(shí)，局部小動(dòng)脈擴(kuò)張，血流量增加，但局部的氧耗量?jī)H輕度增加，故氧合血紅蛋白量明顯增加，氧合血紅蛋白中含有反磁性鐵，在T1和T2加權(quán)上，相應(yīng)區(qū)域信號(hào)增高，可根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度的變化反映區(qū)域灌注的變化，利用該原理可行皮層功能定位成像。4、磁共振血氧水平依賴性成像（BOLD)第十七頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五a.建立功能區(qū)興奮方式（如聽(tīng)、說(shuō)、光覺(jué)、嗅覺(jué)、肢體運(yùn)動(dòng)外周體表刺激等）；b.按一定的節(jié)律進(jìn)行興奮（takeon)、靜止（takeoff)交替；

c.用EPI序列進(jìn)行全過(guò)程快速掃描；成像方法第十八頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五a.評(píng)價(jià)區(qū)域性血流狀態(tài)-對(duì)腦缺血性疾患現(xiàn)狀及預(yù)后評(píng)價(jià)；b.功能區(qū)定位-外科手術(shù)學(xué)；

c.心理學(xué)，認(rèn)知過(guò)程的基礎(chǔ)研究；

d.消遣。三、磁共振成像的應(yīng)用第十九頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五PWI和DWI作為反映機(jī)體組織器官流體微觀運(yùn)動(dòng)的手段，首先應(yīng)用于腦缺血性疾病的診斷，已獲得肯定的結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)。在腦缺血的病理進(jìn)程中，PWI和DWI反映了同一病因的二個(gè)不同的病理方面。聯(lián)合應(yīng)用有助于全面了解腦缺血性疾病病理生理變化，對(duì)早期診斷、分期診斷、預(yù)后測(cè)和療法評(píng)估均有實(shí)際意義。PWI、DWI的臨床應(yīng)用第二十頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五BOLD技術(shù)在研究領(lǐng)域的應(yīng)用

BOLD已經(jīng)廣泛用于基礎(chǔ)研究領(lǐng)域運(yùn)動(dòng)（簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)和復(fù)雜運(yùn)動(dòng)）、感覺(jué)包括聽(tīng)、視覺(jué)系統(tǒng)）、語(yǔ)言、記憶、兒童腦發(fā)育等。BOLD在臨床也有很廣泛的應(yīng)用前景，如神經(jīng)外科手術(shù)術(shù)前計(jì)劃和術(shù)后評(píng)價(jià)、難治性癲癇的定位、腦康復(fù)的評(píng)價(jià)、慢性疼痛治療的評(píng)價(jià)、針灸穴位治療機(jī)理的研究、藥物成癮病人腦內(nèi)功能的研究、無(wú)創(chuàng)性Wada試驗(yàn)(語(yǔ)言優(yōu)勢(shì)半球定位)、記憶優(yōu)勢(shì)半球的定位、在癡呆研究中的應(yīng)用等。第二十一頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五功能磁共振成像方法目前已成為神經(jīng)科學(xué)系和心理學(xué)系的重要實(shí)驗(yàn)研究之一，涉及到腦高級(jí)功能研究的各個(gè)領(lǐng)域：語(yǔ)言、記憶、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、運(yùn)動(dòng)、知覺(jué)、情緒等。來(lái)自美國(guó)得克薩斯大學(xué)圣·安東尼奧分校腦成像中心的小腦功能磁共振實(shí)驗(yàn)，打破了150年來(lái)占統(tǒng)治地位的小腦只負(fù)責(zé)全身運(yùn)動(dòng)的理論，實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明小腦也對(duì)感覺(jué)和知覺(jué)做出反應(yīng)，這促使科學(xué)家開(kāi)始了對(duì)小腦的再認(rèn)識(shí)。功能磁共振的廣泛應(yīng)用第二十二頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五四、功能磁共振的研究現(xiàn)狀

功能性磁共振成像（functionalMagneticResonanceImaging，fMRI）技術(shù)已廣泛應(yīng)用于腦功能的臨床和基礎(chǔ)研究。fMRI結(jié)合了功能、解剖和影像三方面的因素，為臨床磁共振診斷從單一形態(tài)學(xué)研究到與功能相結(jié)合的系統(tǒng)研究提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。該技術(shù)具有無(wú)創(chuàng)傷性、無(wú)放射性、可重復(fù)性、較高的時(shí)間和空間分辨率、可準(zhǔn)確定位腦功能區(qū)等特點(diǎn)，為腦神經(jīng)科學(xué)提供了廣闊的應(yīng)用前景。第二十三頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五目前，利用fMRI對(duì)正常腦功能進(jìn)行的研究大多集中在對(duì)大腦視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、運(yùn)動(dòng)、情感等功能區(qū)的定位研究方面，對(duì)大腦認(rèn)知（如學(xué)習(xí)、記憶）等復(fù)雜功能的研究也在進(jìn)行之中。第二十四頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

近年來(lái)，更多的學(xué)者投入到認(rèn)知fMRI研究的行列，其研究的深度和廣度進(jìn)一步加大。隨著事件相關(guān)設(shè)計(jì)模式的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，fMRI在認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究中得到日益廣泛的運(yùn)用，并在感知覺(jué)、注意、記憶、思維、語(yǔ)言和其他高級(jí)功能的腦機(jī)制研究中取得了具有重要意義的成果。人類對(duì)顏色和運(yùn)動(dòng)知覺(jué)、人類大腦皮質(zhì)對(duì)人物肖像和風(fēng)景的識(shí)別、聽(tīng)覺(jué)數(shù)據(jù)工作記憶、默讀漢字及聾人手語(yǔ)、認(rèn)知干擾抑制、不同計(jì)算思維、形狀識(shí)別及空間低頻慮波對(duì)人類認(rèn)知的影響、語(yǔ)言任務(wù)等f(wàn)MRI研究也有報(bào)道。第二十五頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

大量的臨床應(yīng)用表明，利用fMR