fMRI基本原理读书笔记

第一章MRI的基础原理（补充）

一、自由感应衰减FID

1、失相位的原因

⑴、外磁场的不均匀性

⑵、自旋间的相互作用

2、自由感应衰减FID（Free Induction Decay）

⑴、理想接收信号：正弦函数（旋转的横向磁化矢量）

⑵、实际接收信号：衰减正弦函数（螺旋状的横向磁化矢量）

二、TR和TE

1、基本概念：TR（Time of Repetition，脉冲重复时间）

两个连续的90度射频脉冲的间隔时间

2、基本概念

⑴、基本概念：TE（Time of Echo，回波时间）

90度射频脉冲到回波采集的间隔时间

⑵、理想情况：如果能够在关闭90度射频脉冲的同时，进行信号检测

⇒则检测到的FID信号最大

⑶、实际情况：需要等待一段时间，才能进行信号检测

三、饱和

1、基本概念：饱和：当90度射频脉冲，刚刚将纵向磁化矢量偏转到XY平面时

⇒系统处于饱和状态

2、基本概念：部分饱和：经过一段时间，部分T1弛豫恢复

⇒系统处于部分饱和状态

四、自旋回波

1、重聚脉冲

⑴、作用：复相位

⑵、关键：90度射频脉冲激发后，τ时刻后失相位

180度重聚脉冲激发后，τ时刻后复相位

2、自旋回波（Spin Echo，SE）

⑴、作用：利用重聚脉冲，去除外磁场的不均匀性所导致的失相位

⑵、关键：TE＝2×τ

五、空间编码

1、Gz梯度

⑴、基本概念：Gz＝层面选择梯度

⑵、打开时刻：90度射频脉冲激发时

2、Gx梯度

⑴、基本概念：Gx＝频率编码梯度

⑵、打开时刻：回波采集时

3、Gy梯度

⑴、基本概念：Gy＝相位编码梯度

⑵、打开时刻：90度射频脉冲~180度射频脉冲之间

⑶、理想过程：Step1：打开Gy梯度⇒各行质子以不同频率的进动

Step2：关闭Gy梯度⇒各行质子之间，永久性的相位移

Step3：打开Gx梯度⇒各列质子以不同频率的进动

Step4：归纳【各行各列的质子，具有不同的频率和相位】⑷、实际过程：每一次相位编码，都需要一个TR周期

第二章BOLD成像原理

第一节基本概念

一、BOLD成像概述

1、基本概念

⑴、概念：fMRI（Functional Magnetic Resonance Imaging，磁共振功能成像）

⑵、概念：BOLD（Blood Oxygenation Level Dependent，血氧水平依赖）

⑶、关系：BOLD成像＝狭义的fMRI

2、BOLD成像的基本步骤【归纳性的结论】

⑴、接受某种外界刺激，或者执行某项任务（视觉/触觉刺激，手指运动）

⑵、功能区的神经元细胞⇒电生理活动和新陈代谢增加

⇒血流量增加（功能区的激活）

⑶、氧合血红蛋白相对含量的增加，脱氧血红蛋白相对含量的减少

⑷、功能区的水质子磁共振信号的增强

二、生理基础和物理基础

1、 核心公式

⑴、公式：)2cos()(sin )/()1(22200ϕθωχπωr r Y b out -∆=∆

⑵、解释：=∆out ω在外磁场中，血管外任意一点的磁场强度的差值

血管中存在脱氧血红蛋白，血管中不存在脱氧血红蛋白

⑶、解释：=∆0χ血管中全是脱氧血红蛋白时，血管内外的磁化率的差值

⑷、解释：1－Y ＝脱氧血红蛋白的比例

⑸、解释：=0ω外磁场强度

⑹、解释：rb ＝血管半径，r ＝感兴趣点到血管中心轴的垂直距离

⑺、解释：θ＝外磁场与血管中心轴的夹角

2、 基本性质

⑴、性质：氧合血红蛋白是抗磁性物质，脱氧血红蛋白是顺磁性物质

⑵、性质：脱氧血红蛋白⇒可作为内源性对比强度剂

3、 生理基础★★

⑴、在肺泡中，氧气和血红蛋白结合成氧合血红蛋白⇒随动脉循环到达并灌注脑组织 ⑵、由于：脑组织中的氧分压＜动脉血中的氧分压

⇒氧合血红蛋白分解为：游离氧＋脱氧血红蛋白

⑶、游离氧参＋葡萄糖⇒有氧代谢⇒脑组织活动需要的能量

⑷、脱氧血红蛋白作为内源性对比增强剂，是BOLD 成像的生理基础

⇒随静脉循环流出大脑

4、 物理基础★★

脱氧血红蛋白的相对含量减少⇒周围环境的磁场强度减少

⇒失相位减少⇒磁共振信号增强

三、新陈代谢和血流动力学

1、基本概念

⑴、概念：脑血流（Cerebral Blood Flow，CBF）

每100g脑组织每分钟的血流量（单位：ml/100g·min）

⑵、概念：脑血容量（Cerebral Blood V olume，CBV）

每100g脑组织的含血量（单位：ml/100g）

⑶、概念：脑氧代谢率（Cerebral Metabolic Rate of Oxygen，CMRO）

2、基本性质

⑴、性质：CBF增加⇒脱氧血红蛋白的相对含量减少⇒磁共振信号增加

⑵、性质：CBV增加⇒脱氧血红蛋白的绝对含量增加⇒磁共振信号减少

⑶、性质：CMRO增加⇒脱氧血红蛋白的相对含量增加⇒磁共振信号减少

3、基本性质

⑴、性质：新陈代谢

脑组织活动增加⇒电生理活动增加⇒能量消耗增加⇒

葡萄糖代谢增加⇒氧气消耗增加⇒CBF增加

⑵、性质：血流动力学

刺激开始⇒CMRO立即增加⇒CBF滞后增加，但幅度要大得多⑶、概念：正BOLD效应、负BOLD效应