磁共振功能成像的应用1课件

磁共振功能成像的应用1磁共振功能成像(fMRI)是磁共振成像中迅速发展的领域fMRI包括:弥散加权像（DWI）灌注成像（PI）包括外源性和内源性灌注成像 血氧水平依赖法（BOLD）为内源性PI 磁共振波谱分析（MRS）2血氧水平依赖法(BOLD)成像是fMRI常用的方法，可用于无创性地检测脑功能变化情况，其信号具有较高的敏感性和空间特异性最早的人脑BOLD成像是在1992年使用视觉刺激（Kwong,Ogawa）和运动任务（Bandettini）而实现的由于神经元兴奋区血液动力学及代谢的特点，可导致其静脉血中相对的氧合血红蛋白增加及去氧血红蛋白减少3动脉血（氧合血红蛋白）毛细血管静脉血（去氧血红蛋白+氧合血红蛋白）神经元兴奋区静脉血中氧合血红蛋白含量高于非兴奋 区静脉血中氧合血红蛋白含量，在T2*图像中信号较高（2-3%）BOLD基本原理4BOLD扫描技术梯度回波和自旋回波回波平面成像（EPI）SE-EPI（信噪比好，适于高场机）GRE-EPI（敏感但伪影重）螺旋扫描技术5BOLD的分辨率BOLD的空间分辨率通常可达到35mm，优于其他非创伤性检测方法，如PET等BOLD的时间分辨率也较高，但不如EEG等，它受到许多因素的影响，如神经元-血流动力学之间的结合情况、脑活动的复杂程度等6生理性噪声BOLD图像的信号通常很微弱（中央前、后回等信号较强的区域一般也在4%以下，细微的兴奋区信号变化通常小于1%）在其他条件（设备硬件、脉冲序列、制动装置等）稳定的情况下，生理性噪声为主要的噪声源生理性噪声包括呼吸、心跳、脑脊液搏动、眼球运动等引起的噪声7图示正常人平静躺在磁体（4.0T,TR=200ms,TE=26ms）内时脑部信号曲线，可见呼吸和心跳的噪声呼吸噪声（约0.3Hz）心跳噪声（约0.9Hz）8生理性噪声的修正方法Navigator（导航）echocorrectionmethodsNon-navigator（非导航）echocorrectionmethods9BOLD技术的实现被试的准备和训练刺激的施加（视觉、听觉、嗅觉、体感觉、痛觉、运动等）记录反应安全性机器噪声的防护神经肌肉刺激10刺激的设计组块设计（Blockeddesign）常用，优点为方便可靠，容易获得兴奋区信号，缺点为：1.持续和重复给予相同的刺激可引起受试者注意力改变和对刺激的适应，2.尽管本设计可用于功能定位，但不能提供脑局部的反应特点事件相关设计（Event-relateddesign）可有效地避免神经元反应减弱，相对提高了实验的敏感性，可敏感地获得兴奋区局部血氧反应的曲线11组块设计事件相关设计12BOLD数据处理图像配准空间配准检出并修正运动伪影将数据编码到三维结构像按照Talairach图谱进行标准化13BOLD数据处理统计学处理方法种类繁多（最简单的包括t检验）常用的软件包括AFNI、Stimulate和SPM设备配置的工作站也可进行自动处理14BOLD技术在研究领域的应用BOLD已经广泛用于基础研究领域运动（简单运动和复杂运动）、感觉（包括听、视觉系统）、语言、记忆、儿童脑发育等15BOLD技术在临床领域的应用BOLD在临床也有很广泛的应用前景，如神经外科手术术前计划和术后评价、难治性癫痫的定位、脑康复的评价、慢性疼痛治疗的评价、针灸穴位治疗机理的研究、药物成瘾病人脑内功能的研究、无创性Wada试验(语言优势半球定位)、记忆优势半球的定位、在痴呆研究中的应用等1610-3610-17AB7名受试的冠状位平均脑激活图A：颜色知觉激活图（V4）B：运动知觉激活图（MT+）颜色柱表示统计值P17左侧V4左侧MT+18本研究利用事件相关功能磁共振成像技术研究了参与颜色知觉和运动知觉的脑结构，并研究了有关脑区的局部血氧反应。结果表明：颜色刺激主要激活V4，但也可一定程度激活MT；而运动刺激主要激活MT，但V4也有一定激活。这一现象在多数组块设计脑功能成像中未能得到反映，提示事件相关fMRI技术敏感度较高19汉字同音字与同义字脑部fMRI2021左手运动右手运动fMRI在外科手术计划制订中的应用 右侧脑膜瘤与手指运动皮层的关系22右侧胶质瘤与手指运动皮层的关系左手运动右手运动fMRI在外科手术计划制订中的应用 23 PostcentralG.activationduringelectroacupuncture1.00-1.00.5-0.5IntensitySIIS1S2S1S2针刺脑部fMRI 24图片包括主动持续右足背屈（对应为1）和持续电刺激（对应为6）“”说明兴奋较强，“”说明兴奋较弱选用SPM软件处理，所用P值为0.0001图象的左右方向均为：上对应左，下对应右；左对应左，右对应右25右足主动持续背屈右足电刺激持续背曲26右足主动持续背屈右足电刺激持续背曲27海洛因成瘾者脑部fMRI 28Patient YGJ Male Age:52 years Right-handed Native Chinese speaker Education:9 years29T2WI at onset30Stimuli:ChineseNumerals:壹、贰ChineseCharactersHighFrequency：人、水LowFrequency：兑、冗PresentedvisuallyPressabuttonifrecognized31Time16323232323232323232323232Time16323232323232323232323232400s400sImage1200Image1200+N +H +L +H +L +N +N:Chinese NumeralsH:High Frequency WordsL:Low Frequency Words32ActivationduringreadingChinesecharactersActivationduringreadingChinesecharactersYJG,1YJG,1stst Scan,45 days after stroke Scan,45 days after strokeHealthy SubjectHealthy Subject给予高频汉字阅读，认字率给予高频汉字阅读，认字率20%20%，右侧纹外区部分激活，右侧纹外区部分激活，左（患）侧无激活，而左（患）侧无激活，而BrocaBroca区和区和WernickeWernicke区有激活区有激活正常对照，认字率正常对照，认字率100%100%，双侧纹外区明显激活，双侧纹外区明显激活，BrocaBroca区及区及WernickeWernicke区无激活区无激活33YJG,2YJG,2ndnd scan,4 months after stroke scan,4 months after strokeHealthy SubjectHealthy Subject给予高频汉字阅读，认字率给予高频汉字阅读，认字率70%70%，右侧纹外区激活增加，右侧纹外区激活增加，左（患）侧部分激活，而左（患）侧部分激活，而BrocaBroca区和区和WernickeWernicke区激活减少区激活减少正常对照，认字率正常对照，认字率100%100%，双侧纹外区明显激活，双侧纹外区明显激活，BrocaBroca区及区及WernickeWernicke区无激活区无激活34Left Extrastriate Area Right Extrastriate AreaHemodynamic response in right and left(lesions)extrastriate areas.Note that response in the left extrastriate is about 16 seconds later than that in the contralateral homologous area(right).左侧纹外区激活时间晚于右侧，激活幅度也低于右侧左侧纹外区激活时间晚于右侧，激活幅度也低于右侧35Activation Volume and Center of Activation in the Activation Volume and Center of Activation in the exstrastriate areas in the patient and controlexstrastriate areas in the patient and controlRightExtrastiateLeftExstriateActivation Volume(mm3)Center of Activation(x,y,z)Activation Volume(mm3)Center of Activation(x,y,z)YJG(1st scan)6993-36.2,80.4,7.1-YJG(2nd scan)21492-30.3,78.1,11.7426626.0,82.8,12.2Control25515-33.0,70.4,8.62673027.3,72.2,9.636纹外区功能主要为视觉字形加工纹外区功能主要为视觉字形加工,在正常人在正常人 汉语通常可激活双侧汉语通常可激活双侧BrocaBroca区和区和WernickeWernicke区在正常人处理高频字区在正常人处理高频字（简单字）时不兴奋（简单字）时不兴奋左侧纹外区皮层是阅读功能的关键脑区之一阅读功能恢复既可由病灶同侧代偿也可由对 侧对应的脑区代偿，而且这两种代偿机制可 在同一个病人并存37YJG,M/52YJG,M/52左侧纹外区脑左侧纹外区脑梗死改变梗死改变纹外区功能主要为视纹外区功能主要为视觉字形加工，在正常觉字形加工，在正常人汉语通常可激活双人汉语通常可激活双侧侧BrocaBroca区和区和WernickeWernicke区区在正常人处理高频字在正常人处理高频字（简单字）时不兴奋（简单字）时不兴奋38分子影像技术要求对活体内部的生理过程或病理过程，在分子水平上进行无损伤、实时的测量和成像。39分子影像技术常用的探测方法有核探测方法、核磁共振方法、光学方法等。这些探测方法的探测原理和探测设备都不相同。40磁共振（MR）的分子水平成像广义上可以分为磁共振功能成像（functional MRI)和MRI分子成像。41磁共振功能成像可包括下列几类：磁共振的弥散成像（diffusion MRI)磁共振灌注成像（perfusion MRI)磁共振波谱分析（MRI spectroscopy,MRs)磁共振血氧水平依赖性成像（blood oxygen level dependent,BOLD)42DTI：通过水分子的运动，描绘其神经纤维的走向，可直观反映神经纤维及其功能传导。43MRS：通过MR成像半定量地测定体内某种代谢物质的浓度，反映活体内某些物质的代谢过程。星形细胞瘤病人PRESS序列的频谱图44磁共振血氧水平依赖性成像45