1、磁共振功能成像的應(yīng)用,汕大醫(yī)學(xué)院一附院 肖壯偉,磁共振功能成像 (fMRI) 是磁共振成像中 迅速發(fā)展的領(lǐng)域 fMRI包括: 彌散加權(quán)像（DWI） 灌注成像（PI） 包括外源性和內(nèi)源性灌注成像 血氧水平依賴法（BOLD）為內(nèi)源性PI 磁共振波譜分析（MRS）,血氧水平依賴法(BOLD) 成像是fMRI常用的方法，可用于無創(chuàng)性地檢測腦功能變化情況，其信號具有較高的敏感性和空間特異性 最早的人腦BOLD成像是在1992年使用視覺刺激（Kwong, Ogawa）和運動任務(wù)（Bandettini）而實現(xiàn)的 由于神經(jīng)元興奮區(qū)血液動力學(xué)及代謝的特點，可導(dǎo)致其靜脈血中相對的氧合血紅蛋白增加及去氧血紅蛋白減少

2、,動脈血（氧合血紅蛋白） 毛細(xì)血管 靜脈血（去氧血紅蛋白+氧合血紅蛋白） 神經(jīng)元興奮區(qū)靜脈血中氧合血紅蛋白含量高于非興奮 區(qū)靜脈血中氧合血紅蛋白含量，在T2*圖像中信號較 高（2-3%）,BOLD基本原理,BOLD掃描技術(shù),梯度回波和自旋回波 回波平面成像（EPI） SE-EPI（信噪比好，適于高場機(jī)） GRE-EPI（敏感但偽影重） 螺旋掃描技術(shù),BOLD的分辨率,BOLD的空間分辨率通?？蛇_(dá)到35mm，優(yōu)于其他非創(chuàng)傷性檢測方法，如PET等 BOLD的時間分辨率也較高，但不如EEG等，它受到許多因素的影響，如神經(jīng)元-血流動力學(xué)之間的結(jié)合情況、腦活動的復(fù)雜程度等,生理性噪聲,BOLD圖像的信號

3、通常很微弱（中央前、后回等信號較強(qiáng)的區(qū)域一般也在4%以下，細(xì)微的興奮區(qū)信號變化通常小于1%） 在其他條件（設(shè)備硬件、脈沖序列、制動裝置等）穩(wěn)定的情況下，生理性噪聲為主要的噪聲源 生理性噪聲包括呼吸、心跳、腦脊液搏動、眼球運動等引起的噪聲,圖示正常人平靜躺在磁體（4.0T, TR=200ms, TE=26ms） 內(nèi)時腦部信號曲線，可見呼吸和心跳的噪聲,呼吸噪聲（約0.3Hz） 心跳噪聲（約0.9Hz）,生理性噪聲的修正方法 Navigator（導(dǎo)航） echo correction methods Non-navigator （非導(dǎo)航）echo correction methods,BOLD技術(shù)

4、的實現(xiàn),被試的準(zhǔn)備和訓(xùn)練 刺激的施加（視覺、聽覺、嗅覺、體感覺、痛覺、運動等） 記錄反應(yīng) 安全性 機(jī)器噪聲的防護(hù) 神經(jīng)肌肉刺激,刺激的設(shè)計,組塊設(shè)計（Blocked design） 常用，優(yōu)點為方便可靠，容易獲得興奮區(qū)信號，缺點為：1.持續(xù)和重復(fù)給予相同的刺激可引起受試者注意力改變和對刺激的適應(yīng)，2.盡管本設(shè)計可用于功能定位，但不能提供腦局部的反應(yīng)特點 事件相關(guān)設(shè)計（Event-related design） 可有效地避免神經(jīng)元反應(yīng)減弱，相對提高了實驗的敏感性，可敏感地獲得興奮區(qū)局部血氧反應(yīng)的曲線,組塊設(shè)計,事件相關(guān)設(shè)計,BOLD數(shù)據(jù)處理,圖像配準(zhǔn) 空間配準(zhǔn) 檢出并修正運動偽影 將數(shù)據(jù)編碼到三

5、維結(jié)構(gòu)像 按照Talairach圖譜進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,BOLD數(shù)據(jù)處理,統(tǒng)計學(xué)處理方法 種類繁多（最簡單的包括t檢驗） 常用的軟件包括AFNI、Stimulate和SPM 設(shè)備配置的工作站也可進(jìn)行自動處理,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 運動（簡單運動和復(fù)雜運動）、感覺 （包括聽、視覺系統(tǒng)）、語言、記憶、 兒童腦發(fā)育等,BOLD技術(shù)在臨床領(lǐng)域的應(yīng)用,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)前計劃和術(shù)后評價、難治性癲癇的 定位 、腦康復(fù)的評價、慢性疼痛治療的評價、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、無創(chuàng)性Wada試驗(語言優(yōu)勢半球定位

6、)、 記憶優(yōu)勢半球的定位、在癡呆研究中的應(yīng)用等,A,B,7名受試的冠狀位平均腦激活圖 A：顏色知覺激活圖（V4） B：運動知覺激活圖（MT+） 顏色柱表示統(tǒng)計值P,左側(cè)V4,左側(cè)MT+,本研究利用事件相關(guān)功能磁共振成像技術(shù)研究了參與顏色知覺和運動知覺的腦結(jié)構(gòu)，并研究了有關(guān)腦區(qū)的局部血氧反應(yīng)。結(jié)果表明：顏色刺激主要激活V4，但也可一定程度激活MT；而運動刺激主要激活MT，但V4也有一定激活。這一現(xiàn)象在多數(shù)組塊設(shè)計腦功能成像中未能得到反映，提示事件相關(guān)fMRI技術(shù)敏感度較高,漢字同音字與同義字腦部fMRI,左手運動,右手運動,fMRI在外科手術(shù)計劃制訂中的應(yīng)用,右側(cè)腦膜瘤與手指運動皮層的關(guān)系,右側(cè)

7、膠質(zhì)瘤與手指運動皮層的關(guān)系,左手運動,右手運動,fMRI在外科手術(shù)計劃制訂中的應(yīng)用,Postcentral G. activation during electroacupuncture,S1,S2,S1,S2,針刺腦部fMRI,圖片包括主動持續(xù)右足背屈（對應(yīng)為1）和持續(xù)電刺激（對應(yīng)為6） “”說明興奮較強(qiáng)，“”說明興奮較弱 選用SPM軟件處理，所用P值為0.0001 圖象的左右方向均為：上對應(yīng)左，下對應(yīng)右；左對應(yīng)左，右對應(yīng)右,右足主動持續(xù)背屈,右足電刺激持續(xù)背曲,右足主動持續(xù)背屈,右足電刺激持續(xù)背曲,海洛因成癮者腦部fMRI,Patient YGJ Male Age: 52 years Ri

8、ght-handed Native Chinese speaker Education: 9 years,T2WI at onset,Stimuli : Chinese Numerals: 壹、貳 Chinese Characters High Frequency：人、水 Low Frequency：兌、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

9、 Numerals H: High Frequency Words L: Low Frequency Words,Activation during reading Chinese characters,YJG, 1st Scan, 45 days after stroke,Healthy Subject,給予高頻漢字閱讀，認(rèn)字率20%，右側(cè)紋外區(qū)部分激活，左（患）側(cè)無激活，而Broca區(qū)和Wernicke區(qū)有激活,正常對照，認(rèn)字率100%，雙側(cè)紋外區(qū)明顯激活，Broca 區(qū)及Wernicke區(qū)無激活,YJG, 2nd scan, 4 months after stroke,Healthy S

10、ubject,給予高頻漢字閱讀，認(rèn)字率70%，右側(cè)紋外區(qū)激活增加， 左（患）側(cè)部分激活，而Broca區(qū)和Wernicke區(qū)激活減少,正常對照，認(rèn)字率100%，雙側(cè)紋外區(qū)明顯激活，Broca 區(qū)及Wernicke區(qū)無激活,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

11、 that in the contralateral homologous area (right).,左側(cè)紋外區(qū)激活時間晚于右側(cè)，激活幅度也低于右側(cè),Activation Volume and Center of Activation in the exstrastriate areas in the patient and control,紋外區(qū)功能主要為視覺字形加工,在正常人 漢語通常可激活雙側(cè) Broca區(qū)和Wernicke區(qū)在正常人處理高頻字（簡單字）時不興奮 左側(cè)紋外區(qū)皮層是閱讀功能的關(guān)鍵腦區(qū)之一 閱讀功能恢復(fù)既可由病灶同側(cè)代償也可由對 側(cè)對應(yīng)的腦區(qū)代償，而且這兩種代償機(jī)制可 在同

12、一個病人并存,YJG, M/52 左側(cè)紋外區(qū)腦梗死改變,紋外區(qū)功能主要為視覺字形加工，在正常人漢語通常可激活雙側(cè) Broca區(qū)和Wernicke區(qū)在正常人處理高頻字（簡單字）時不興奮,分子影像技術(shù)要求對活體內(nèi)部的生理過程或病理過程，在分子水平上進(jìn)行無損傷、實時的測量和成像。,分子影像技術(shù)常用的探測方法有核探測方法、核磁共振方法、光學(xué)方法等。這些探測方法的探測原理和探測設(shè)備都不相同。,磁共振（MR）的分子水平成像廣義上可以分為磁共振功能成像（functional MRI)和MRI分子成像。,磁共振功能成像可包括下列幾類：,磁共振的彌散成像（diffusion MRI) 磁共振灌注成像（perfusion MRI) 磁共振波譜分