磁共振特殊成像技术课件

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,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,MR,功能成像技术,.,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,射线的核素标记化合物注入人体,在体外测量,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(,+,),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。,.,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 Coherence 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),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,.,fMRI与其它成像技术比较,.,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，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,:,B,lood,O,xygenation,L,evel,D,ependent 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。,.,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。,BOLD,基本原理,.,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(,T,2,*,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（,T,2,*,变大）,在,T,2,*,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。,.,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,T,1,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,T,2,*,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。,.,.,表1.1 世界上流行的,fMRI,分析软件包,软件,提供者,Web,地址,运行要求,AFNI,R.W.Cox,MCW,www.biophysics.mcw.edu/bri-mri/bri-mri.html,Unix,Linux,SPM,K.Friston,UCL,www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm,Matlab,Stimulate,J.P.Strupp,UMN,www.cmrr.drad.umn.edu/stimulate,SUN,SGI,MEDx,Sensor System,Inc.,www-mrips.cc.nih.gov/MEDx.htmlmrips.cc.nih.gov/MEDx.html,Unix,Commercial,FMRI Analysis Package,P.Skudlarski,Yale Univ.,mri.med.yale.edu/individual/pawel/fMRIpackage.html,Matlab,SUN,SGI,.,fMRI实验应考虑的问题,生理波动干扰的抑制：,利用,BOLD,：刺激以适当重复频率使血流和血氧变化最大；任务和控制中重复频率的选择应尽可能避开显著的生理波动的干扰。,用表面线圈减少生理噪音,用圆极化线圈提高信躁比,.,fMRI的研究领域,主要的感觉和运动皮层的功能图,相对血流变化的定量测量,大脑的高级功能(语言、运动和视觉等）,小脑功能,激活脑区葡萄糖代谢的测量,脏器的功能,功能性疾病和肿瘤的诊断,.,fMR 应用,1.神经病学,2.情感,3.精神病学,4.小儿科,5.药理研究,6.手术计划,7.阅读困难,.,fMRI,在肿瘤中的应用,（1）肿瘤诊断与定位,（2）肿瘤手术计划,（3）肿瘤放疗,.,（1）肿瘤诊断与定位,BOLD,应用于肿瘤探测。病理生化研究表明，肿瘤组织的代谢异于正常组织：,（,1,）,有氧酵解的速度高于正常细胞,（,2,）,摄取的氧比正常组织少,肿瘤组织可以分为,里面乏氧部分,和,外面富氧部分,，因此通过对血氧水平敏感的脉冲序列扫描，结合统计处理的方法，有可能把正常组织和病变组织分开来。,.,（2）肿瘤手术计划,显示肿瘤边缘功能活动区，帮助确定是否进行立体定向治疗或精确治疗范围；,残余脑功能区的解剖学定位，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。,.,（3）肿瘤放疗,在放疗中，富氧细胞被优先杀死。因此，临床上通常用人工的方法增强放疗时的肿瘤组织的氧饱和度，如：吸入100%的纯氧,吸入卡普金气体（,Carbogen,），,即,5%,的二氧化碳和,95%,的氧气的混合气体,静脉注射乙酰唑胺（利尿剂）,ACZ,，,它可以改变脑血流（,CBF,）,.,磁共振特殊成像技术,.,第一节 饱和成像技术,MR,成像为了更好地区分目标区域，可采用一些特殊方法使某些组织信号减小。,局部饱和技术,化学位移频率选择饱和技术,化学位移水脂反相位饱和成像技术,磁化传递饱和技术,幅度选择饱和技术,.,一 化学位移频率选择饱和技术,利用频率差异在信号激发前，预先发射具有高度频率选择性的饱和脉冲使一种或几种单一频率的信号被饱和，只留下感兴趣组织的纵向磁化。,利用此技术可获得纯水或纯脂肪激发的图像，使不需要的组织全部被饱和。,.,Fat Sat,frequency,220,Hz,1.5 T,fat,selective,bandwidth,Fat Sat,frequency,220,Hz,1.5 T,water,fat,.,Fat Saturation,echo from water,only,RF pulse,signal,RF pulse,fat sat pulse,additional time required,for saturation pulse,.,.,Fat Sat,examples,.,A.The image was acquired without fat suppression.Chemical shift artefact obscures the visualisation of the articular cartilage.,B,The image was acquired with fat suppression.The articular cartilage is clearly visualised.,.,二局部饱和技术,对某一区域的全部组织在,RF,脉冲激发前预先施加,非选择性预饱和脉冲,，使其纵向磁化全部饱和。随后进行目标区的激发及数据采集，被饱和区无法产生信号。,常用于垂直于层面的流动信号的饱和。如腹部横断面成像。,.,no echo,RF pulse,signal,RF pulse,saturation pulse,additional time required,for single saturation pulse,.,Spatial Saturation,saturation band,within,the FOV,.,三 化学位移水脂反相位饱和成像技术,水中氢质子与脂肪中氢质子存在化学位移3.5,ppm。,周期性出现同相和反相。,反相时，两者信号相减，信号幅度低者消失或下降。水脂交界处及含水和脂肪的组织的信号下降明显。,此技术常用于肝脏脂肪浸润的检查。,.,四 磁化传递（MT）饱和技术,又称磁化传递抑制。,两种不同状态的水质子,自由池（,free pool）,频谱窄、幅度高,结合池（,bound pool）,频谱宽、幅度低,自由池与结合池的质子可通过偶极偶极交换作用产生一个稳定速率的磁化交换作用，达到一种平衡态。,.,如果一个池的磁化被饱和，平衡态被打破，可通过磁化传递作用使另一个池出现部分饱和，形成新的对比。,MT,技术,RF,脉冲激发前，使用一个中心频率与拉摩频率相差数百至数千,Hz,的偏共振饱和脉冲，使结合池质子的磁化饱和，通过,MT,作用使自由池质子的磁化部分饱和。,.,frequency,bound,free,MT pulse,1000 kHz,off-resonance,Magnetization Transfer,energy,transfer,saturation,effect,.,五 幅度选择饱和技术,利用,IR,序列，设定特定的反转时间使某种组织的磁化达到0值，该组织无法产生信号。,如,TI=120150ms，,短,T1,脂肪组织被饱和，,TI=20002500ms，,长,T1,水被饱和。,不完全饱和因此又称为抑制技术。,.,第二节 触发门控技术,心电触发及门控技术,脉搏触发技术,回顾性心电门控技术,无线门控技术,呼吸门控技术,伪门控技术,回顾性呼吸门控技术,.,一.ECG,利用心电图的,R,波触发信号采集，使每一次数据采集与心脏的每一次运动周期同步。,门控技术利用域值法，根据心电图与心动周期的关系设置上下域值，所有数据采集在“门,”,内进行。,.,二.脉搏触发技术,利用脉搏幅度触发扫描，使心脏运动与数据采集同步，较心电门控触发粗略、简单，常用于肺部及纵隔触发扫描，无准确时相对应。,.,三 回顾性心电门控技术,不利用心电图,R,波为触发信号，不以一个心电周期为一个数据采集单位，而是连续采集数据，心电