磁共振功能成像

磁共振功能成像（functional magnetic resonance imaging;FMRI）是一种安全的影像学检查手段，在完全无创伤的条件下可对人脑进行功能分析，其时间及空间分辨率较高，一次成像可同时获得解剖与功能影像，而且对人体无辐射损伤，在这一点上优于ECT和PET成像。目前，FMRI已广泛地用于人脑正常生理功能和脑肿瘤的术前评价，对手术计划的制定及最大程度地减小术后功能损伤有极大帮助。

1MR脑功能成像的原理与技术

神经元活动与细胞能量代谢密切相关，磁共振功能成像并不能直接检测神经元活动，而是通过MR信号的测定来反映血氧饱和度及血流量，从而间接反映脑的能量消耗，因此，在一定程度上能够反映神经元的活动情况，达到功能成像的目的。血氧水平依赖（blood oxygen level dependent;BOLD）技术是FMRI的基础，神经元活动增强时，脑功能区皮层的血流量和氧交换增加，但与代谢耗氧量的增加不成比例，超过细胞代谢所需的氧供应量，其结果可导致功能活动区血管结构中氧合血红蛋白增加，脱氧血红蛋白相对减少。脱氧血红蛋白是顺磁性物质，其铁离子有4个不成对电子，磁矩较大，有明显的T2缩短效应，即PT2PRE（preferential t2 proton relaxation effect）。因此，脱氧血红蛋白的直接作用是引起T2加权像信号减低，FMRI对其在血管结构中的浓度变化极为敏感，当浓度增加时可引起局部信号减低，减低时则可使磁化率诱导的象素内失相位作用减低，引起自旋相干性增大，从而导致T2*和T2弛豫时间延长，信号升高，使脑功能成像时功能活动区的皮层表现为高信号。

磁场强度的高低对脱氧血红蛋白引起的磁化率改变敏感性不同，磁场强度越高对磁化率变化的敏感性越大，超高磁场MRI仪对磁化率变化最为敏感。但由于技术上的限制，临床上一般采用1T～2T的磁共振仪进行脑功能成像，其结果也较为满意。FMRI一般采用梯度回波和回波平面T2加权成像，常用的梯度回波序列有：梯度破坏稳态再聚焦采集（spoiled gradient recalled acquisition in the steady-state;GRASS）序列和快速小角度激发（fast low angle shot;FLASH）序列，扫描参数为：TR/TE=40～120/40～60ms，翻转角30～40度，矩阵256×64～128，视野200～400mm，根据机型及获得的扫描层数不同，扫描参数有一定的差别；回波平面成像技术（echo-planar imaging;EPI）是一种超快速MR成像方法，是目前采用的主要技术，可以结合GRE序列和SE序列得到不同对比度的T1、T2加权像。目前，脑功能成像多采用单次激发梯度回波—回波平面成像（gradient-echo echo-planar imaging）序列，扫描参数因场强和机型不同而不同，常用参数为TR/TE=1000-3500/40～70ms，翻转角90度。

2正常生理活动的MR脑功能成像评价

2.1感觉功能的评价触觉刺激，如刺激手掌、手指和躯体侧面可发现多个皮层功能区出现信号改变，信号增加可达1%～5%，与刺激前有显著差异。大脑皮层两侧均可发现信号改变，以受刺激对侧变化较为明显，触觉的功能活动区分布在对侧的第一躯体感觉皮层的手部感觉代表区、顶后皮层及顶盖皮层，在额叶皮层也可见活动区；在受刺激的同侧，功能活动区位于顶后和顶盖皮层，与对侧相应的皮层活动区基本对称。中高场强MR脑功能成像对感觉功能的评价与脑磁图、PET及高场MR成像结果有良好的一致性。对听觉功能的研究表明，主要的功能活动区位于颞上小叶，测试前后皮层功能活动强度有明显差异，幅度变化可达2%～5.3%，平均

3.0%，左右侧的活动强度无明显差异。

2.2运动功能的评价早期的FMRI研究表明，手部运动的功能活动区在对侧中央沟周围皮层，是一个较为局限的区域。最近，对手部运动不同时相进行了更为细致的FMRI

研究，其结果显示：脑部功能活动区主要位于对侧主感觉运动皮层、辅助运动区的头尾部、豆状核、双侧的顶下皮层（Brodmann's40区）。而且，功能区活动形式与PET研究结果有较好的相关性，在手部运动的早期，中央运动前区皮层的头尾侧功能活动增强，有明显的信号升高，在无固定方向运动的早期，额前皮层活动明显增强。在后期可见辅助运动区的头部活动增强，但在作单一的重复动作时活动减弱。主感觉运动皮层无论是在手部活动的早期和晚期其功能活动均明显增强。中央运动前区和右侧额前皮层的早期功能活动增强与该区域执行运动前准备和计划有关，在进入无指令性运动阶段，信号可减低，而主运动区皮层则是直接指导肢体的运动，运动早期和晚期均可见皮层信号升高。对语言功能的研究结果显示，语言功能活动区位于额前叶、颞叶、角回皮层、压部后方及丘脑内囊区，而且，语言运动功能有明显的左侧优势，Frost等对大量的正常人进行研究，认为男性与女性的语言活动的脑皮层信号改变极为相似，均为左侧优势，男性、女性无显著差异。

2.3对嗅觉的脑功能评价EEG和行为学研究证据表明，在无确定味感情况下空气内的化学物质能够引起神经系统的电活动，然而，并不能确定脑内嗅觉中枢的功能活动及活动特征，FMRI不仅能够确定具体的嗅觉反应的脑功能活动区，还能够显示在不同的嗅觉刺激条件下，脑功能活动的变化情况。嗅觉刺激可引起脑内多个区域的功能变化，主要为丘脑中部前份、额下回、运动前区边缘、杏仁核、下丘脑、海马回区等结构，大脑半球两侧功能活动区基本对称，无明显的半球优势，但额下回的功能活动主要位于左侧，两侧对比有显著差异。部分结构的功能活动有浓度依赖性，高浓度化学物质刺激时丘脑的信号变化较低浓度刺激时明显，额下回和扣带回的功能活动则无明显的浓度依赖性。Sobel等的研究结果表明，

即使在无味感的条件下，只要空气内有一定浓度的化学物质存在，即能够引起脑内相关结构的功能活动，这从另一个侧面证实人类“外激素”存在的可能性。

3脑肿瘤的功能影像评价

最大程度的切除肿瘤，而使重要的脑功能结构得以保留是外科手术的主要目的，病人的生存时间和生活质量与肿瘤的切除程度有密切的关系。由于病变的影响，具有重要功能的解剖结构常发生变形和移位，功能皮层的定位与正常解剖结构的功能区分布有一定的差别，因此肿瘤切除前功能皮层的重新定位至关重要。大量的FMRI研究结果显示：肿瘤对功能区的侵犯可导致功能活动的完全消失，而且，由于占位效应的影响，肿瘤周围的功能活动区与正常对侧相比，常发生变形和移位，据肿瘤的形态和大小不同，程度上有所差异，脑水肿内及脑肿瘤内的功能活动区在FMRI上也能明确显示。目前，对肿瘤周围的主感觉运动皮层、辅助运动区、运动皮层、语言运动中枢等功能活动区进行FMRI的术前评价取得了良好的效果，与术中生理功能实验结果有良好的一致性。

FMRI的意义在于：显示肿瘤边缘功能活动区的存在，帮助确定是否进行立体定向活检或减小根治范围；残余脑功能区的解剖学定位，帮助放射外科或近距离放疗方案的确定，避免损伤功能区；肿瘤组织内功能活动区的显示，提示肿瘤的发展将破坏残余的功能区，对病情的发展评价有一定的帮助。

尽管磁共振脑功能成像具有较为广阔的发展前景，但是在现阶段对脑肿瘤术前功能评价还存在许多不足。首先，FMRI并不能直接显示神经细胞的功能活动，而是通过MR信号的测定来反映血氧饱和度及血流量，因此血管的功能状态对成像结果将造成一定的影响。正常情况下，由于功能区血管的自身调节能力正常，脑皮层的功能活动增强时局部血流量也随之增加，而肿瘤内及肿瘤周围血管结构的自身调节能力较低，在受到刺激时血流量增加不明显或不增加，结果导致FMRI对尚存在功能活性的感觉、运动皮层的敏感性降低或完全不能显示，导致误诊；由于占位效应的影响，肿瘤及其周围压力增大，小静脉及较大的静脉受压，使功能活动区的氧合血红蛋白的流出速度加快，局部浓度减低，脱氧血红蛋白的相对浓度增大，MR信号减低，从而减弱了FMRI对活性功能区的检出能力。另外，FMRI不能显示皮层下功能活动，对脑功能的评价是不全面的；由于功能活动区血流变化微弱，数据采集时常受到统计学误差的影响，也使脑功能成像的准确性降低；血流动力学的改变落后于神经细胞的电活动，再加上目前的EPI技术的时间分辨率较低，也限制了FMRI对皮层功能活动的准确显示。因此，在利用FMRI对脑功能进行术前评价时应考虑到上述影响因素和它的不足