磁共振功能成像

磁共振功能成像

磁共振功能成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)檢測病人/被試接受刺激(視覺、聽覺、觸覺等)後的腦部皮層信號變化,用於皮層中樞功能區的定位及其他腦功能的深入研究。

簡述及概念

磁共振腦功能成像(fMRI)是通過刺激特定感官,引起大腦皮層相應部位的神經活動(功能區激活),並通過磁共振圖像來顯示的一種研究方法。

流程 流程

它不但包含解剖學信息,而且具有神經系統的反應機制,作為一種無創、活體的研究方法,對進一步了解人類中樞神經系統的作用機制,以及臨床研究提供了一個重要的途徑

基本原理

fMRI 最初是採用靜脈注射增強劑等方法等來實現的。

1990 年美國貝爾實驗室學者Ogawa 等首次報告了血氧的T2*效應。在給定的任務刺激後,血流量增加,即氧合血紅蛋白增加,而腦的局部耗氧量增加不明顯,即脫氧血紅蛋白含量相對降低。脫氧血紅蛋白具有比氧合血紅蛋白T2*短的特性,另一方面, 脫氧血紅蛋白較強的順磁性破壞了局部主磁場的均勻性,使得局部腦組織的T2*縮短,這兩種效應的共同的結果就是,降低局部磁共振信號強度。由於激活區脫氧血紅蛋白相對含量的降低,作用份額減小,使得腦局部的信號強度增加,即獲得激活區的功能圖像。由於這種成像方法取決於局部血氧含量,故稱為血氧水平依賴功能成像。

套用

包括正常腦功能的基礎研究與臨床套用的研究,目前涉及的主要方面包括:神經生理學和神經心理學 。

fMRI 最早套用於神經生理活動的研究,主要是視覺和功能皮層的研究。後來隨著刺激方案的精確、實驗技術的進步,fMRI 的研究逐漸擴展於聽覺、語言、認知與情緒等功能皮層及記憶等心理活動的研究。

對於腦神經病變的fMRI 研究,已有大量的論文報導,涉及到癲癇、帕金森綜合症、阿爾茨海默病(AD)、多發性腦硬化(MS)及腦梗死等方面。由於其時間、空間的分辨高,所以對疾病的早期診斷、鑑別、治療和愈後的跟蹤具有重要的意義。在精神疾病方面,對精神分裂症患者、抑鬱症患者也有相應的研究。

fMRI 對於神經疾病的研究、診斷、進展估計及實驗性干預治療效果的評價,能提供敏感、客觀精確的信息評價。對腫瘤病變的手術及放療計畫的制定、預後估計、減少手術損傷和併發症,提高術後生活質量具有重要意義。

fMRI 的實驗設計主要採用“基線-任務刺激的OFF-ON 減法模式”來實現。

通過外在有規律的、任務與靜止狀態的互動刺激,得到激活條件與控制條件下同一區域的信號,經過傅立葉轉換後獲得一系列隨時間推移的動態原始圖像。圖像後處理時,通過設定閾值使兩種狀態下的原始圖像進行匹配減影,減影圖像經過像素平均化處理後,使用統計方法重建可信的功能激發圖像。目前常用的統計方法主要是相關分析、t 檢驗。通過這些後處理我們不但可以提高實驗結果的可信度,並可有效地消除部分圖像偽影。

技術方面,對於小血管BOLD 效應與場強的平方成正比,所以fMRI 的研究較適合於在高場強的系統上進行。研究表明,場強在1.5T 以下的系統不適於進行腦功能研究。對成像序列的要求,一般使用T2*效應敏感的快速成像序列,如GRE、GRE-EPI、SE-EPI 等。

目前大多數fMRI成像需要1.5-2.0T以上高場強的MR設備,一般使用對T2效應敏感的GRE序列和快速成像EPI序列。單純GRE序列成像的缺點是圖像採集時間較長,成像層面數量有限,圖像容易受運動影響而產生偽影。EPI是由MansField在1997年首次闡述的[5],該技術把經典成像中的多次掃描簡化為一次掃描,使成像速度得到巨大提高,目前大多數高場強MR機都採用GRE與EPI相結合的序列EPI。梯度場切換速度快,單次或少於一次激發便可完成整個K空間的數據採集,成像時間可縮短至30-100ms,這樣大大降低了運動偽影。

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