脑功能磁共振成像培训课件

脑功能磁共振成像功能磁共振成像1952年Purcell和Bloch获诺贝尔奖1971年Damadian发现肿瘤组织T1和 T2延长1973年Lauterbur发表充水试管的MR图 像1978年Mallard等取得第一幅人体MR 图像1980年MR机开始应用于临床1988年第一台MR机在中国应用于临床2脑功能磁共振成像诊断-治疗结构-功能宏观-微观3脑功能磁共振成像 磁共振的设备v磁体v线圈v计算机4脑功能磁共振成像 磁体的分类v永磁v常导v超导5脑功能磁共振成像6脑功能磁共振成像7脑功能磁共振成像射射 频 线 圈圈8脑功能磁共振成像9脑功能磁共振成像MR基本原理10脑功能磁共振成像 （N）MRI(Nuclear)Magnetic Resonance Imaging (核）磁 共振 成像11脑功能磁共振成像 MRI Magnetic Resonance Imaging 磁 共振 成像12脑功能磁共振成像 MRI (N)Magnetic (核)磁13脑功能磁共振成像 MRI Resonance 共振 14脑功能磁共振成像 MRI Imaging 成像15脑功能磁共振成像几几组常用磁共振常用磁共振 参数的概念参数的概念16脑功能磁共振成像 lT1lT2lTRlTElT1WIlT2WI17脑功能磁共振成像l水长T1、长T2。l脂肪短T1、长T2。l软组织等T1、等T2。l钙化短T1、短T2。18脑功能磁共振成像19脑功能磁共振成像lT1WI：短TR（小于500ms)、短TE。lPDWI：长TR（500-1000ms)、短TE。lT2WI：长TR（大于2000ms)、长TE。20脑功能磁共振成像21脑功能磁共振成像 随着磁共振成像技术的迅猛发展，功能性随着磁共振成像技术的迅猛发展，功能性磁共振成像技术亦日趋成熟。过去，临床功能磁共振成像技术亦日趋成熟。过去，临床功能性检查主要依靠同位素检查性检查主要依靠同位素检查(SPECT(SPECT、PETPET等等)。自九十年代末以来，功能性磁共振成像技术不自九十年代末以来，功能性磁共振成像技术不断地成功应用于临床，以其卓越的性能和全新断地成功应用于临床，以其卓越的性能和全新的技术，逐渐被临床工作者尤其神经科学工作的技术，逐渐被临床工作者尤其神经科学工作者的认同和接受。该技术即没有使患者暴露于者的认同和接受。该技术即没有使患者暴露于同位素的缺点，又有功能性与形态学完美结合同位素的缺点，又有功能性与形态学完美结合的优点，因此，作者认为，一旦功能性磁共振的优点，因此，作者认为，一旦功能性磁共振广泛应用于临床，势必有着宽阔的前景。广泛应用于临床，势必有着宽阔的前景。22脑功能磁共振成像功能性磁共振成像功能性磁共振成像 （Functional Magnetic Resonance Imaging）分广分广义和狭和狭义两种两种23脑功能磁共振成像弥散加权成像（弥散加权成像（DWI）灌注加权成像（灌注加权成像（PWI）磁共振波谱成像（磁共振波谱成像（MRS）血氧饱和度水平检测（血氧饱和度水平检测（BOLD）广广义功能性磁共振成像功能性磁共振成像24脑功能磁共振成像 特指血氧饱和度水平检特指血氧饱和度水平检测（测（Blood Oxygen Level Dependent 简称简称BOLD）。）。狭狭义功能性磁共振成像功能性磁共振成像25脑功能磁共振成像血氧血氧饱和度水平和度水平检测（BOLDBOLD）26脑功能磁共振成像19901990年年BelliveauBelliveau手次报手次报导了血氧饱和度水平检测技导了血氧饱和度水平检测技术以来，该技术已成为神经术以来，该技术已成为神经科学家探测各类认识活动脑科学家探测各类认识活动脑内定位的有效方法之一。内定位的有效方法之一。27脑功能磁共振成像采样过程中需设置两种状态：一种采样过程中需设置两种状态：一种是活动、一种是休息（是活动、一种是休息（“A”“A”和和“B”“B”），），在两种状态下，收集由于代谢活动的改在两种状态下，收集由于代谢活动的改变而引起的血氧水平增加信息，作为原变而引起的血氧水平增加信息，作为原始数据将这些原始数据进行标准化。如始数据将这些原始数据进行标准化。如动手实验中，要求受试者闭目、放松、动手实验中，要求受试者闭目、放松、停停3030秒、对掌运动秒、对掌运动3030秒、停秒、停3030秒、对掌秒、对掌运运动运运动3030秒、停秒、停3030秒，依次类推，完成秒，依次类推，完成1 1分分2020秒的扫描过程。秒的扫描过程。28脑功能磁共振成像29脑功能磁共振成像在工作站，将在工作站，将“A”“A”状态和状态和“B”“B”状态中标化的原始数据进行状态中标化的原始数据进行类比，无代谢活动改变的区域即血类比，无代谢活动改变的区域即血氧水平无改变的感兴趣区域脑组织氧水平无改变的感兴趣区域脑组织设为设为0 0，而有代谢活动改变的区域，而有代谢活动改变的区域即血氧水平增高或减低的感兴趣区即血氧水平增高或减低的感兴趣区域脑组织数字化，并依据血氧水平域脑组织数字化，并依据血氧水平增高或减低的情况作出伪彩图像。增高或减低的情况作出伪彩图像。30脑功能磁共振成像手手对掌掌运运动31脑功能磁共振成像双手双手对掌运掌运动32脑功能磁共振成像fMRI33脑功能磁共振成像34脑功能磁共振成像功能性磁共振成像的生理学基功能性磁共振成像的生理学基础脑活动状态的生理学变化脑活动状态的生理学变化脑活动状态的代谢变化脑活动状态的代谢变化脑活动状态的血管变化脑活动状态的血管变化 35脑功能磁共振成像功能功能脑成像的目的成像的目的是描绘出活体脑组是描绘出活体脑组织活动的空间和时间位置。织活动的空间和时间位置。监测脑细胞活动性的金标准是直接、侵入监测脑细胞活动性的金标准是直接、侵入性地记录单个神经元细胞膜的电势能；然而，性地记录单个神经元细胞膜的电势能；然而，这些方法仅限于实验中使用。这些方法仅限于实验中使用。在以人为研究对象时必须用非侵袭性的方在以人为研究对象时必须用非侵袭性的方法，因此这些方法本身具有局限性。非侵袭法，因此这些方法本身具有局限性。非侵袭性脑功能成像有两种方法：（性脑功能成像有两种方法：（1 1）电生理的）电生理的方法和（方法和（2 2）代谢）代谢/血流的方法。血流的方法。36脑功能磁共振成像电生理的方法生理的方法:脑电图（脑电图（EEGEEG）脑磁图描记术（脑磁图描记术（MEG)MEG)代代谢/血流的方法血流的方法:正电子发射体层成像（正电子发射体层成像（PETPET）功能磁共振成像（功能磁共振成像（fMRIfMRI）37脑功能磁共振成像利用成像利用成像设备产生功能生功能图像的像的过程被程被称作功能重建。要理解如何用称作功能重建。要理解如何用这些方些方法法获得功能得功能图像重要是要理解：像重要是要理解：脑活动与测量的生理参数之间的脑活动与测量的生理参数之间的关系。关系。这些生理参数与脑功能图像之间这些生理参数与脑功能图像之间的关系。的关系。38脑功能磁共振成像 生理参数方法葡萄糖消耗量葡萄糖消耗量 FCG-PET FCG-PET，FDG-SPETFDG-SPET氧耗量氧耗量 O O2 2-PET-PET细胞色素细胞色素-C NIRS-C NIRS(叶绿醇氧化还原状态叶绿醇氧化还原状态)脑血容量脑血容量 H H2 2O-PET,O-PET,氙氙-，ECD-ECD-，MPAO-SPET,fMRI,MPAO-SPET,fMRI,氙氙-CCT,NIRS+-CCT,NIRS+造影剂造影剂,TCD TCD脑血氧含量脑血氧含量 fMRI fMRI（BOLDBOLD）；）；NIRSNIRS；内；内 在的视觉信号（去氧血红在的视觉信号（去氧血红 蛋白，血红蛋白浓度）蛋白，血红蛋白浓度）39脑功能磁共振成像脑活动代谢变化功能图像脑活动血管变化功能图像40脑功能磁共振成像磁共振磁共振脑功能成像的功能成像的数据分析数据分析 41脑功能磁共振成像 磁共振脑功能成像的数据处理和分析的磁共振脑功能成像的数据处理和分析的方法很多，由于处理的数据量通常很大，因方法很多，由于处理的数据量通常很大，因此绝大多数研究的数据处理和分析多通过专此绝大多数研究的数据处理和分析多通过专门的软件包来完成。磁共振工作站所附带的门的软件包来完成。磁共振工作站所附带的软件虽然也可完成这项工作，如软件虽然也可完成这项工作，如GE公司的公司的FUNCTOOL等，但其处理较粗糙和简单，等，但其处理较粗糙和简单，仅可作为实验结果的初步观察，一般不能达仅可作为实验结果的初步观察，一般不能达到科学研究的需要。到科学研究的需要。概述概述42脑功能磁共振成像ACTIV2000AFNI*BrainVoyagerFIASCOFMRI Analysis PackageFSLLyngbyMEDxSPM*StimulateVoxBo常用磁共振常用磁共振脑功能成像功能成像处理理软件包件包 43脑功能磁共振成像l图像数据的获取图像数据的获取l图像数据的转换图像数据的转换l图像数据分析图像数据分析l图像数据展示图像数据展示 44脑功能磁共振成像l移动校正移动校正l层面的延时校正层面的延时校正l空间滤过空间滤过l信号强度的标化信号强度的标化l时序滤过时序滤过图像数据的像数据的预处理理45脑功能磁共振成像移动校正移动校正平滑平滑标化标化通用线性模型通用线性模型统计参数图统计参数图(SPM)(SPM)fMRIfMRI时间序列时间序列参数评估设计矩阵设计矩阵标标准准脑脑模版模版高斯内核高斯内核p 0.05采用高斯野理论的推论采用高斯野理论的推论局部数据的校正局部数据的校正空间分布模式以及空间分布模式以及相互有效的连通性相互有效的连通性46脑功能磁共振成像 感觉、运动、认知功能障碍是医学中的重点，然感觉、运动、认知功能障碍是医学中的重点，然而我们在对他们进行诊断、监测这项战略中还存在实而我们在对他们进行诊断、监测这项战略中还存在实质性的限制。在当今的医疗实践中，中枢神经系统疾质性的限制。在当今的医疗实践中，中枢神经系统疾病大致分成神经病学的（疾病的生物学基础已被认识病大致分成神经病学的（疾病的生物学基础已被认识的）和精神病学的（其特殊的生物学基础还不确定的）的）和精神病学的（其特殊的生物学基础还不确定的）。这种相当武断的分类根源于强调结构病理学。功能。这种相当武断的分类根源于强调结构病理学。功能测试直到现在还非常有限。传统医学的神经病学和精测试直到现在还非常有限。传统医学的神经病学和精神病学检查是通过特殊的刺激引起预期的反应来检查神病学检查是通过特殊的刺激引起预期的反应来检查神经系统。如反应正常其所做出的诊断是神经系统正神经系统。如反应正常其所做出的诊断是神经系统正常。这常。这“黑箱黑箱”方法现在可能被置疑，因为大脑甚至方法现在可能被置疑，因为大脑甚至在遇到严重损伤时也能够产生表面上是正常的反应。在遇到严重损伤时也能够产生表面上是正常的反应。然而，最后通过结合临床与病理，人们了解到许多，然而，最后通过结合临床与病理，人们了解到许多，这样的研究仅仅代表着对单个时间点的比较。这样的研究仅仅代表着对单个时间点的比较。47脑功能磁共振成像l工作人员工作人员l病员的准备病员的准备l患者的安全性患者的安全性l模式模式l扫描仪扫描仪l控制系统控制系统 临床床fMRI的的质量保量保证48脑功能磁共振成像l手术前计划手术前计划:动静脉畸形动静脉畸形,脑肿脑肿瘤瘤l诊断诊断:Alzheimers:Alzheimers病病l恢复治疗恢复治疗:中风模式中风模式l功能重组功能重组:臂丛移位臂丛移位l另类研究另类研究:针刺镇痛针刺镇痛,气功气功,吸毒吸毒 fMRI应用的用的临床病例展示床病例展示49脑功能磁共振成像中文中文汉字和空白注字和空白注视点点对比比顶上回顶上回顶下回顶下回额上回额上回扣带回扣带回50脑功能磁共振成像中文中文汉字和空白注字和空白注视点点对比比额中回额中回角回角回额下回额下回颞中回颞中回51脑功能磁共振成像拼音和空白注拼音和空白注视点点对比比额上回额上回额中回额中回额下回额下回顶上回顶上回顶上回顶上回顶下回顶下回52脑功能磁共振成像拼音和空白注拼音和空白注视点点对比比额下回额下回颞中回颞中回颞下回颞下回53脑功能磁共振成像中文中文汉字和拼音字和拼音对比比额上回额上回额中回额中回额中回额中回54脑功能磁共振成像中文中文汉字和拼音字和拼音对比比额下回额下回颞上回颞上回额下回额下回55脑功能磁共振成像材料与方法 HMGHMG，女，女，3737岁，右利，受教育岁，右利，受教育5 5年，年，工人。工人。20002000年年6 6月月5 5日因高血压发生左日因高血压发生左侧基底节区出血，出现右侧肢体瘫痪，侧基底节区出血，出现右侧肢体瘫痪，经当地医院治疗后好转，同年经当地医院治疗后好转，同年7 7月月5 5日日患者又突发语言障碍来我院就诊，经患者又突发语言障碍来我院就诊，经CTCT、MRMR检查发现右侧基底节区及额顶检查发现右侧基底节区及额顶叶脑梗死，收入院治疗。叶脑梗死，收入院治疗。56脑功能磁共振成像材料与方法选用选用3636对由双字词及非词。所有词均为名词。对由双字词及非词。所有词均为名词。具有很强的想象性如：马路、火柴、肥皂具有很强的想象性如：马路、火柴、肥皂；另一类为无意义的非词如：杀电、尖八。另一类为无意义的非词如：杀电、尖八。将将3636对词组分为六组，每组均包括三个常用对词组分为六组，每组均包括三个常用 词组和三个无意义词组，并在每组词组之间词组和三个无意义词组，并在每组词组之间 用用“+”“+”间隔。间隔。57脑功能磁共振成像材料与方法对照组任务为对照组任务为“+”“+”，显示时间为，显示时间为3030秒，秒，被试仅观看注视点。被试仅观看注视点。显示模式为：显示模式为：“+”30“+”30秒，秒，6 6个词组个词组3030秒，秒，每个词组显示每个词组显示5 5秒；秒；“+”30“+”30秒，秒，6 6个词组个词组 30 30秒秒，共，共6 6次采样。次采样。分别行患者治疗前后、对照，共分别行患者治疗前后、对照，共3 3次扫次扫 描。描。58脑功能磁共振成像 结 果60脑功能磁共振成像 结 果治治疗疗前前61脑功能磁共振成像 结 果治治疗疗后后62脑功能磁共振成像 右侧半球在语言功能损害和恢复中的作用：讨 论治疗后治疗后治疗前治疗前 额中回(BA9/10)额中回(BA9/10)63脑功能磁共振成像 右侧半球在语言功能损害和恢复中的作用：讨 论治疗后治疗后治疗前治疗前 颞中回 颞中回额中回额中回64脑功能磁共振成像 右侧半球在语言功能损害和恢复中的作用：讨 论治疗后治疗后治疗前治疗前病灶周围病灶周围额中回额中回65脑功能磁共振成像 右侧半球在语言功能损害和恢复中的作用：讨 论治疗前治疗前语言功能障碍语言功能障碍右侧半球语言功能活跃语言功能活跃治疗后治疗后语言功能恢复语言功能恢复右侧半球语言功能减弱语言功能减弱66脑功能磁共振成像 左侧半球在语言功能损害和恢复中的作用：讨 论治疗前治疗前治疗后治疗后额中回额下回额中回额下回67脑功能磁共振成像 左侧半球在语言功能损害和恢复中的作用：讨 论治疗前治疗前治疗后治疗后额中回额下回额中回额下回68脑功能磁共振成像 左侧半球在语言功能损害和恢复中的作用：讨 论治疗前治疗前治疗后治疗后额中回额下回额中回额下回69脑功能磁共振成像 左侧半球在语言功能损害和恢复中的作用：讨 论治疗前治疗前治疗后治疗后顶下回额下回顶下回额下回70脑功能磁共振成像 左侧半球在语言功能损害和恢复中的作用：讨 论治疗前治疗前语言功能障碍语言功能障碍左侧半球语言功能减弱语言功能减弱治疗后治疗后语言功能恢复语言功能恢复左侧半球语言功能恢复语言功能恢复71脑功能磁共振成像控制成像环境的质量，患者的准备和控制成像环境的质量，患者的准备和选择，以及适当的校对参数是必须的。选择，以及适当的校对参数是必须的。提供了监测这些内在的代偿机制来对提供了监测这些内在的代偿机制来对付由于疾病所造成的损害。付由于疾病所造成的损害。一个不同专业间的神经放射学医师队一个不同专业间的神经放射学医师队伍，认知心理学者和精神病专家将需要伍，认知心理学者和精神病专家将需要确保将这刚刚发展起来的确保将这刚刚发展起来的fMRIfMRI技术能合技术能合理地应用于临床。理地应用于临床。总 结72脑功能磁共振成像73脑功能磁共振成像