磁共振特殊成像技术

会引起局部磁场均匀性变化，从而引 起MR信号强度的变化，称为血氧水平 依赖性(BOLD : Blood Oxygenation Level Dependent contrast)。
BOLD是含氧和脱氧血红蛋白的磁化率差
异、神经活动引起的血流有变化、血氧浓 度及代谢率有变化的综合机制。
不需用对人体有害的外源性对比剂，而直
接测量人脑激活时的血液动力学变化。
BOLD基本原理
• 当人接受某种感觉、运动刺激或认知任务时，
人脑（尤其是大脑皮层）的局部神经活动增 强，代谢率增大，引起局部血管扩张(血管体 积和血流速度变化都可能引起血流容积的变 化)。血管扩张直接导致脑血流增多，带入更 多的氧气，尽管与此同时血体积也增大，氧 的消耗也上升，但总的效果还是局部氧浓度 增大，脱氧血红蛋白与氧合血红蛋白浓度比 下降。
脱氧血红蛋白 - 顺磁性 氧合血红蛋白 – 逆磁性 刺激开始时的氧消耗大，氧合血红蛋白和脱 氧血红蛋白的浓度比减小，局部磁化率增强 (T2*变小)，持续大约1-2秒钟。 神经组织受到刺激引起血液以弹丸的方式很 快增加，自旋相干增强（T2*变大） 在T2*加权图像上出现局部信号增强。 在响应曲线中有一段先负后正的过程。

脑功能成像方式(三)
光学成像技术
NIRS(Near Infrared Spectroscopy) 近 红外谱技术 利用脑对近红外光传输的影响来成像 OCT(Optical 源自文库oherence Tomography) 光 学相干层析成像技术 利用光学相干原理进行脑组织的层析成像

脑功能成像方式(四)

fMRI实验步骤
实验设计 设计脉冲序列 图像采集与重建 图像后处理
fMRI实验步骤：实验设计
根据一定的认知任务设计对被试的刺激 方案，即在一段时间内（十几分钟到几 十分钟）对人脑的各个层面进行连续重 复的成像，在这段时间内，被试处于交 替的“静息”状态（control or “off”）和 “任务”状态（task or “on”）。
fMRI实验步骤： 设计脉冲序列
通常要先对选定的各个层面进行T1 加权成像以得到高空间分辨力的结 构像，然后用快速成像序列(GE-EPI 等)对各层面进行T2*加权成像，即功 能像。
fMRI实验步骤：图像后处理
用统计方法处理时间序列数据，检 测大脑哪些区域在“任务”状态时 被激活了。
off
on off
MR 功能成像技术
脑功能成像方式(一)
测量脑活动时的电磁信号研究脑功能的
动态过程
EEG(Electro-physiological imaging) 脑电成像技术 MEG(Magnetic-physiological imaging) 脑磁成像技术

脑功能成像方式(二)
同位素成像技术
SPECT(Single Photon Emission Computerized Tomography) 单光子发射计算机断层显像技术 将发射γ射线的核素标记化合物注入人体,在体 外测量γ射线而获得此标记化合物在脑内分布 的断层图像。 PET(Positron Emission Computerized Tomography) 正 电子发射断层显像技术 将发射正电子(β+)的核素标记的化合物注入人 体,在体外测量正电子湮灭射线而获得此标记化 合物在脑内分布的断层图像。
实验方法
fMRI与其它成像技术比较
信号基础 EEG MEG 脑神经活动 脑神经活动 (细胞外全脑 (细胞外神经 电流之和) 电流引起的有 取向的弱磁 场) 1cm 3mm 10ms 1ms 无创，普及， 常规操作比较 明确，价格便 宜 长时间操作和 解剖定位，位 置精度差 无创，最佳的 时间空间分辨 结合，临床使 用容易 深度限制，取 向限于切向 源，价格贵 PET/SPECT fMRI 血流变化/代谢 血 氧 水 平 依 赖 物质的功能,药 性 与 结 构 和 代 物 的 药 效 和 功 谢谱测量 能 5mm 秒/ 分 整体成像， 能探 测整体活动三 维空间时间分 布 放射性， 很难重 复，价格贵 1mm 100ms 功能磁共振成 像，三维空间和 时间分辨率号 伪影多，价格贵
高分 时间 优点
缺陷
MRI是一种无损获取人脑和其他器官
的高分辨力结构像的方法。 MRI应用于脑功能的研究主要是测量 与脑激活相关的血氧和血液动力学变 化引起的MR信号强度的改变，而不 是测量它们的解剖学结构的变化。
BOLD机制
1990年由Ogawa等人所发现和命名。 大脑皮层的微血管中的血氧变化时，
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表1.1 世界上流行的fMRI分析软件包
软件 AFNI SPM Stimulate 提供者 R.W.Cox, MCW K.Friston, UCL, J.P.Strupp, UMN Web地址 http://www.biophysics.mcw.edu/br i-mri/bri-mri.html http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm http://www.cmrr.drad.umn.edu/sti mulate 运行要求 Unix, Linux Matlab SUN,SGI
以NMR为基础发展的成像技术 fMRI(Function Magnetic Resonance Imaging)功能 磁共振成像技术 根据MR信号与血流中含氧量有关的原理，测 量脑活动时脑内各处血流含氧量的变化反映相 应的神经细胞活动的变化 MRS(Magnetic Resonance Spectroscopy) 磁共 振波谱技术 根据MR信号有化学位移的原理，测量脑内有 关区域中各种化合物分子的谱
MRS(in vivo NMRS)
名称：活体原位测量核磁共振波谱
产生原因：MRI不能给出足够的信息
说明正常组织与病理组织之间细胞代 谢的区别 MRS与MRI相结合能测出神经活动分 子水平的信息
MRI与MRS比较
基本原理 表达方式 MRI MRS 核磁共振波谱学 核磁共振波谱学 解剖图像， 显示所测样 信 号 幅 度 与 共 振 频 率 品中核自旋的空间分 （或磁场强度）的函数 布 关系曲线，记录整个样 品或样品中某一感兴趣 区域 （VOI） 的 NMR 信 号 采用梯度场进行空间 在 均 匀 磁 场 中 采 集 信 位置的相位和频率编 号，不能使用识别位置 码 的编码技术