第一篇：腦功能磁共振成像及其應(yīng)用進(jìn)展-Eduwest（寫寫幫推薦）

腦功能磁共振成像及其應(yīng)用進(jìn)展

聶生東1,聶 斌2(1.上海第二醫(yī)科大學(xué)計算機(jī)教研室,上海 200025;2.泰山醫(yī)學(xué)院)

功能磁共振成像是近10余年來在傳統(tǒng)的磁共振成像技術(shù)的基礎(chǔ)上迅速發(fā)展起來的一種新的成像技術(shù)。與傳統(tǒng)的磁共振成像技術(shù)不同的是，功能磁共振成像得到的是人腦在執(zhí)行某項任務(wù)或受到某種刺激時的功能映射圖，而不是人腦的解剖圖像。它能夠確定人腦在執(zhí)行某項任務(wù)或受到某種刺激時大腦的哪些區(qū)域被激活。目前，功能磁共振成像技術(shù)在國外已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及到腦科學(xué)研究的各個領(lǐng)域，如認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、藥物濫用以及臨床應(yīng)用等。國內(nèi)在這一方面的研究和應(yīng)用還剛剛開始。本文對近年來功能磁共振成像及其在國內(nèi)外的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。

一、功能磁共振成像的原理及特點

功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging,fMRI）的突出特點是可以利用超快速的成像技術(shù)，反映出大腦在受到刺激或發(fā)生病變時腦功能的變化。它突破了過去僅從生理學(xué)或病理生理學(xué)角度對人腦實施研究和評價的狀態(tài)，打開了從語言、記憶和認(rèn)知等領(lǐng)域?qū)Υ竽X進(jìn)行探索的大門。

傳統(tǒng)的磁共振成像（MRI）與功能磁共振成像（fMRI）之間的主要區(qū)別是它們所測量的磁共振信號有所不同[1-3,6]。MRI是利用組織水分子中的氫原子核處于磁場中發(fā)生的核磁共振現(xiàn)象，對組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像，而fMRI所測量的是在受到刺激或發(fā)生病變時大腦功能的變化。根據(jù)所測量的腦功能信號的不同，磁共振功能成像主要有以下四種工作方式：①血氧水平依賴功能磁共振成像（blood-oxygen-level-dependent fMRI，BOLD-fMRI）,它主要是通過測量區(qū)域中氧合血流的變化（或血流動力學(xué)的變化），實現(xiàn)對不同腦功能區(qū)域的定位；②灌注功能磁共振成像（perfusion fMRI）,又稱為灌注加權(quán)成像(perfusion weighted imaging，PWI)。這種成像方法主要用于測量局部腦血流和血容積；③彌散加權(quán)功 能磁共振成像（diffusion-weighted fMRI）,這種方法主要用于測量水分子的隨機(jī)運動；④磁共振波譜成像（MRI spectroscopy）,該方法用于測量腦的新陳代謝狀態(tài)以及參加到新陳代謝中的某些物質(zhì)(如磷和氧)的含量。目前，臨床上和腦科學(xué)研究中一般都是用第一種方式，文獻(xiàn)中出現(xiàn)的fMRI，如果不做特別說明，一般都是指BOLD-fMRI，簡稱為fMRI。以下只給出其工作原理。

BOLD技術(shù)是fMRI的理論基礎(chǔ)。當(dāng)大腦在執(zhí)行一些特殊任務(wù)或受到某種刺激時，某個腦區(qū)的神經(jīng)元的活動就會增強(qiáng)。增強(qiáng)的腦活動導(dǎo)致局部腦血流量的增加，從而使得更多的氧通過血流傳送到增強(qiáng)活動的神經(jīng)區(qū)域，使該區(qū)域里的氧供應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了神經(jīng)元新陳代謝所需的氧量，導(dǎo)致了血流中氧供應(yīng)和氧消耗之間的失衡，結(jié)果造成了功能活動區(qū)血管結(jié)構(gòu)中氧合血紅蛋白(oxyhemoglobin)的增加，而脫氧血紅蛋白(deoxyhemoglobin)的相對減少[3-7]。脫氧血紅蛋白是一種順磁性物質(zhì)，其鐵離子有四個不成對電子，磁距較大，有明顯的T2*縮短效應(yīng)，因此在某一腦區(qū)脫氧血紅蛋白的濃度相對減少將會造成該區(qū)域T2*信號的相對延長，使得該區(qū)域中的MR信號強(qiáng)度增強(qiáng)，在腦功能成像時功能活動區(qū)的皮層表現(xiàn)為高信號，利用EPI快速成像序列就可以把它檢測出來。

目前，在臨床和腦科學(xué)研究中進(jìn)行腦功能成像的手段主要有：單光子發(fā)射計算機(jī)斷層成像（SPECT），正電子發(fā)射斷層成像（PET）和功能磁共振成像（fMRI）。與其他腦功能成像手段相比，fMRI具有以下特點[8]：①fMRI的空間分辨率和時間分辨率要比PET和SPECT高的多，這意味著fMRI能夠?qū)λ查g的認(rèn)知事件和大腦的微細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像，并能夠提供比較清晰的圖像；②與PET和SPECT不同，fMRI技術(shù)對人體無輻射性傷害，它利用脫氧血紅蛋白作為內(nèi)生的造影劑，在成像過程中不需要注射放射性同位素，可對同一患者進(jìn)行重復(fù)成像；③利用fMRI，可以對發(fā)生在同一個體的不同的精神狀態(tài)（如躁狂、壓抑和欣喜等）進(jìn)行比較時，易于作統(tǒng)計推斷，而利用PET和SPECT掃描通常要對一組個體在不同的精神狀態(tài)之間做統(tǒng)計推斷。這樣，fMRI在理解個體腦功能方面具有重要的應(yīng)用；④與其他功能成像儀器比，fMRI的掃描費用較低?；谝陨咸攸c，fMRI技術(shù)在臨床和腦科學(xué)研究中得到了廣泛的應(yīng)用。

二、功能磁共振成像的應(yīng)用

1991年，Belliveau等人在美國麻省總醫(yī)院首先報道了MRI對腦功能活動的敏感性[3]。他們通過在靜脈內(nèi)注射順磁性的造影劑，首次利用光刺激獲得了人類視覺皮層的功能磁共振圖像。1992年，Ogawa等直接利用血液中脫氧血紅蛋白的順磁性特點而不是注射造影劑進(jìn)行了腦的fMRI。目前fMRI主要應(yīng)用領(lǐng)域有：臨床、藥物濫用和正常腦功能研究。這些研究相輔相成，其研究所涉及到的學(xué)科主要有：神經(jīng)生理學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)、病理學(xué)和精神科學(xué)等，研究成果可以互相借鑒。例如，正常腦功能的研究成果可以作為臨床和藥物濫用研究中的異常腦功能的對照，通過與正常腦功能的對比研究，為研究患者的異常腦功能和行為提供依據(jù)。

（一）fMRI在臨床上的應(yīng)用

患者的生存時間和生活質(zhì)量與病灶（如腫瘤、血腫等）的切除程度密切相關(guān)[9-11]。如果對病灶過度切除，會造成對病灶周圍重要功能區(qū)域的損害，而這種損害是不可逆轉(zhuǎn)的，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量；反之如果對病灶切除不夠，殘余病灶會嚴(yán)重影響患者的生存時間。最大程度地切除病灶，同時使主要的腦功能區(qū)域（如視覺、語言和感知運動皮層等）得以保留是神經(jīng)外科手術(shù)的目標(biāo)。神經(jīng)外科的風(fēng)險主要是由外科手術(shù)對重要腦功能區(qū)域的損傷程度決定的[9,11]。手術(shù)的成功與否取決于對大腦結(jié)構(gòu)和重要組織功能的精確描述。迄今為止，實施神經(jīng)外科手術(shù)的主要程序是：在術(shù)前，外科醫(yī)生根據(jù)由患者得到的二維CT或MRI圖像想象和估計病灶的大小及形狀，“構(gòu)思”病灶與周圍組織之間的空間關(guān)系，從而確定手術(shù)方案；在術(shù)中，為了最大程度地切除病灶，最小限度地減小患者重要功能區(qū)域的損傷，外科醫(yī)生一般是通過對腦皮層直接電刺激的方法對重要功能區(qū)域進(jìn)行定位，根據(jù)定位結(jié)果決定病灶的切除范圍。因此，術(shù)前計劃的合理性及手術(shù)的成功與否極大地取決于醫(yī)生的經(jīng)驗。目前，對重要腦功能區(qū)域進(jìn)行定位的“金標(biāo)準(zhǔn)”仍然是對腦皮層直接進(jìn)行電刺激[11,12,16]。這種功能定位方法的局限性是顯而易見的。首先，它對患者會造成一定的傷害和痛苦，定位的時間和精度取決于醫(yī)生的經(jīng)驗；其次，這種定位方法只能適用于很有限的腦區(qū)（開顱后裸露的腦區(qū)）[12]，定位數(shù)據(jù)只能在術(shù)中得到，不能用于術(shù)前的手術(shù)計劃和手術(shù)風(fēng)險的評估。因此，功能定位結(jié)果如果能在術(shù)前獲得，將會大大縮短手術(shù)時間，提高手術(shù)效率，減輕患者痛苦等。近年來，腦功能成像技術(shù)，特別是功能磁共振成像技術(shù)（fMRI）的發(fā)展，為這一設(shè)想的實施奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

利用fMRI可以在術(shù)前無創(chuàng)地獲得人腦重要區(qū)域的功能映射圖，這些信息可被外科醫(yī)生用來制定最優(yōu)手術(shù)方案，以便在最大程度地切除病灶的同時，把患者的重要功能區(qū)域保留下來。在術(shù)前，把由fMRI得到的患者的功能定位圖像與其腦結(jié)構(gòu)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)/融合，經(jīng)三維重建后，可明確標(biāo)示病灶區(qū)與周圍組織皮層、血管之間的空間關(guān)系，幫助外科醫(yī)生選擇最佳手術(shù)路線，并對外科手術(shù)的風(fēng)險進(jìn)行評估，這就是近年來在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域產(chǎn)生的一個新的研究方向——集成可視化技術(shù)(integrated visualization)。在術(shù)中，如果對個別患者有必要利用直接電刺激的方法進(jìn)行功能定位時，外科醫(yī)生也可以在術(shù)前功能定位圖的指導(dǎo)下，直接對感興趣的皮層區(qū)進(jìn)行刺激，從而大大縮短定位時間；在術(shù)后，術(shù)前的功能定位圖與患者的隨訪數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可用來評價手術(shù)效果，并評估預(yù)后。

目前，利用fMRI進(jìn)行神經(jīng)外科術(shù)前功能定位在國外已相當(dāng)普及。文獻(xiàn)[7]報道了利用fMRI在術(shù)前對運動皮層進(jìn)行定位，作為定位方法在手術(shù)中得到了驗證。美國麻省總醫(yī)院利用fMRI對31例患有腫瘤、海綿狀血管瘤、腦皮層萎縮和灰質(zhì)異位移位的患者進(jìn)行術(shù)前評估[10]，并輔助術(shù)前計劃的制定，取得了很好的手術(shù)效果。Maximilian等人[9]，利用 fMRI技術(shù)對腦腫瘤患者在術(shù)前進(jìn)行功能定位（主要是感知運動皮層和語言皮層），并在術(shù)中利用直接電刺激的方法對定位精度進(jìn)行了驗證，結(jié)果表明，利用fMRI在術(shù)前進(jìn)行功能定位是非?？煽康摹?/p>

大約70%的病人在腫瘤的治療過程中接受放療[13]。放療的目的就是最大限度地把放射能量集中在靶位上，從而使周圍的重要功能區(qū)和正常組織的損害減到最小，在這一方面，fMRI可以對病變組織周圍的功能定位起到關(guān)鍵的作用。大量的臨床應(yīng)用表明，對腫瘤周圍的主感覺運動皮層、輔助運動區(qū)、運動皮層、語言運動中樞等功能活動區(qū)進(jìn)行fMRI的術(shù)前評價，與術(shù)中生理功能實驗具有良好的一致性[11]。在改善神經(jīng)病學(xué)上的紊亂治療方面，fMRI同樣具有廣闊的應(yīng)用前景[4]，某些潛在的應(yīng)用包括在對腫瘤或頑固性癲癇進(jìn)行手術(shù)前，要對運動、語言和記憶等重要的功能皮層進(jìn)行精確定位，確定手術(shù)入口，為最大限度地切除病灶，最小限度地減少對重要功能區(qū)域的損傷奠定基礎(chǔ)。

目前，fMRI在老年癡呆（Alzheimer）、帕金森綜合征(Parkinson)和精神分裂癥(schizophrenia)等疑難病的早期診斷和治療方面也有相關(guān)報道[15,16],但從總的應(yīng)用情況看，這些應(yīng)用尚處在臨床應(yīng)用研究階段。但有可能為最終揭示這些疾病的發(fā)病機(jī)制，并對這些疾病的早期診斷和治療方面提供有力的支持。另外，fMRI在對慢性和頑固性疼痛的發(fā)病機(jī)制以及治療，對神經(jīng)紊亂的生理學(xué)基礎(chǔ)的揭示等諸多方面有廣闊的應(yīng)用前景。

（二）fMRI在藥物濫用研究中的應(yīng)用

毒品已成為全球性公害，且有日益增長的趨勢[17]。近年來，各國都投入大量的人力、物力廣泛開展對吸毒成癮、戒毒方法以及復(fù)吸和防復(fù)吸的機(jī)制研究。目前國內(nèi)外在毒品成癮及戒斷的腦機(jī)制研究方面采用的主要方法有：①在細(xì)胞和分子水平上研究毒品對腦的影響，探索腦興奮的傳導(dǎo)與傳遞回路，從神經(jīng)病理、神經(jīng)藥理、分子生物學(xué)等角度研究毒品對腦的作用機(jī)制；②利用腦成像技術(shù)觀察腦內(nèi)受體的上調(diào)、下調(diào)，受體親和力，腦內(nèi)遞質(zhì)變化，糖和氨基酸等代謝變化。前一種方法只能從單純結(jié)構(gòu)或單一介質(zhì)的角度來研究毒品對腦的影響，而且這種方法不直觀，其研究結(jié)果只能反映身體依賴時的一些變化，還不好反映精神依賴時的變化。腦成像技術(shù)可以在整體，而且是在清醒狀態(tài)下觀察腦內(nèi)受體和很多微觀的生物化學(xué)變化，因此這種方法具備了前一種方法所沒有的優(yōu)點。它不僅可以用來分析身體依賴時的變化，也可用來分析精神依賴時的變化。

盡管人們利用各種手段對藥物濫用進(jìn)行了大量的研究，但是到目前為止，毒品對人腦的作用位置和作用機(jī)制知之甚少，而這些信息對于研究更有效的治療方法是至關(guān)重要的[22]。從大量報道的文獻(xiàn)可以看出，fMRI在藥物濫用研究中的主要目的是：確定毒品成癮患者在不同的吸毒行為（如欣快感、戒斷癥狀以及對藥物的強(qiáng)烈渴求和不可控制的覓藥行為等）出現(xiàn)后，大腦的哪些區(qū)域被激活，從而確定參與到不同吸毒行為的大腦環(huán)路，為研究新的戒毒方法或?qū)ΜF(xiàn)有戒毒方法的改進(jìn)提供客觀依據(jù)和理論基礎(chǔ)。Sue等[18]利用fMRI研究大腦對可卡因的反映，結(jié)果顯示多于90個腦區(qū)對可卡因表現(xiàn)出增加的活動。這一研究給出了一個可卡因作用于腦回路的詳細(xì)圖。上述腦回路涉及到獎賞系統(tǒng)的兩個方面：強(qiáng)化和刺激。強(qiáng)化是指一種直接的積極或愉快的反映，刺激是指重復(fù)某一行為的動機(jī)。文獻(xiàn)[19]利用fMRI獲得了可卡因?qū)Υ竽X的作用映射圖，利用fMRI發(fā)現(xiàn)，可卡因激活了具有高濃度多巴胺受體并與愉快感覺相關(guān)聯(lián)的伏隔核（nucleus accumbens），降低了參與到情緒記憶以及其他認(rèn)知功能的杏仁核(amygdala)和前額葉(frontal cortex)的活性。應(yīng)用fMRI技術(shù)，在與可卡因使用有關(guān)的不同行為實驗中，麻省總醫(yī)院（MGH）的科學(xué)家獲得了被激活的極其詳細(xì)的許多不同的腦回路[20]。MGH的研究顯示出在可卡因成癮的不同階段，如可卡因極度快感（rush）、快感(high)和渴求(craving)，腦的不同區(qū)域被激活。這些研究成果提供了一個清晰和非常詳細(xì)的可卡因作用在人腦上的圖像，這對可卡因成癮的治療方面將具有重要意義。Bloom等利用fMRI確定在大腦中可卡因、尼古丁和大麻的作用位置[21]。他們的研究表明在大腦的某些區(qū)域如伏隔核、杏仁核、額葉和cingulate中，尼古丁會產(chǎn)生一種與劑量相關(guān)的fMRI信號的增加。Elliot等，在由NIDA（美國國家藥物濫用研究所，Natoinal Institute of Drug Abuse）資助的研究項目（可卡因和尼古丁作用于人腦的神經(jīng)解剖學(xué)基礎(chǔ)研究）中，利用fMRI技術(shù)確定可卡因和尼古丁對人腦作用的神經(jīng)解剖位置。

行為心理學(xué)家在藥物濫用的研究中，過于強(qiáng)調(diào)獎賞和強(qiáng)化機(jī)制的作用，忽略了強(qiáng)化過程的信息加工和表現(xiàn)方面[22]。近年來，fMRI研究開始集中在一些特定的亞皮層和邊緣系統(tǒng)（paralimbic），這些亞皮層和對位邊緣系統(tǒng)涉及到與潛在的獎賞有關(guān)的信息加工，其區(qū)域包括：杏仁核、腦島、伏隔核等。當(dāng)戒斷后的藥物濫用患者看到吸毒場景或吸毒工具以及其往日的吸毒同伴時，往往會使其回憶起吸毒時的欣快感，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的覓藥行為，這也是復(fù)吸率居高不下的主要原因。這種由與吸毒有關(guān)的場景刺激引起的患者覓藥行為，是否是由神經(jīng)解剖的特異性（specificity）造成的，Hugh等[23]回答了這個問題。在對吸毒組和對照組實施不同刺激（讓他們觀看三個不同的錄象片段：①吸毒者吸食可卡因；②戶外自然場景；③有關(guān)性的場面）的情況下，利用fMRI進(jìn)行功能成像，結(jié)果發(fā)現(xiàn)由與吸毒有關(guān)的場景刺激引起的患者覓藥行為與獨特的神經(jīng)解剖環(huán)路無關(guān)，這種吸毒行為與患者的學(xué)習(xí)能力有關(guān)。

由于藥物成癮是由不同的神經(jīng)生物學(xué)、行為和環(huán)境等諸多因素相互作用造成的一種重大腦疾病，目前，還沒有一種藥物或行為治療方法能夠解決藥物成癮的問題。然而，腦功能成像技術(shù)已經(jīng)使我們離解決這一問題越來越近。目前，國內(nèi)還未見到有關(guān)利用fMRI研究藥物濫用的報道。

（三）fMRI在腦功能研究中的應(yīng)用

腦科學(xué)研究最具挑戰(zhàn)性的研究課題之一是對人腦工作機(jī)制即人腦高級功能的研究，這些功能主要包括：視覺、聽覺、認(rèn)知（語言、記憶）和運動功能等。了解人腦的高級功能可以為人類認(rèn)識腦、保護(hù)腦、開發(fā)腦和利用腦，為許多重大腦疾病（如老年癡呆、帕金森綜合征和藥物依賴等）的診斷、治療以及病理學(xué)、藥理學(xué)研究提供科學(xué)依據(jù)。

腦科學(xué)研究首先是從認(rèn)識腦開始的。所謂認(rèn)識腦，就是揭示腦的奧秘，闡明腦的功能，即闡明行使感知、情感和意識的腦區(qū)的結(jié)構(gòu)和功能[24]。目前，國內(nèi)外在腦科學(xué)研究領(lǐng)域大都把精力集中在這一方面，即研究當(dāng)人在執(zhí)行讀、聽、看等不同功能時，大腦的哪部分在突出地活動。早期的腦功能研究由于受科學(xué)技術(shù)的限制，研究手段主要是通過動物實驗和對重大腦疾病患者實施手術(shù)的過程中,通過對腦皮層的直接電刺激，確定大腦的功能區(qū)域。腦電圖儀的出現(xiàn)使研究正常人的腦功能成為可能。但是，正是由于PET、SPECT特別是fMRI的出現(xiàn)，才使得對腦功能的研究進(jìn)入了一個全新的時代。

以往有關(guān)腦的研究包括神經(jīng)解剖、神經(jīng)生化、神經(jīng)免疫、神經(jīng)電生理、神經(jīng)心理等，已經(jīng)獲得了大量有關(guān)動物腦和人腦的試驗數(shù)據(jù)和研究結(jié)果。近年來，分子神經(jīng)生物學(xué)研究從基因水平來揭示人腦的奧秘，先進(jìn)的基因芯片技術(shù)在每秒鐘可以得到大量的試驗數(shù)據(jù)。腦功能成像（fMRI、PET等）的應(yīng)用使我們能夠從活體和整體水平來研究腦，好比窺探腦的窗口，可以在無創(chuàng)傷條件下了解到人的思維、行為活動時腦的功能活動。這些新方法、新技術(shù)極大增強(qiáng)了我們從微觀和宏觀量各水平上進(jìn)行腦功能研究的能力。

作為一項新興的技術(shù)，fMRI可以形象地展現(xiàn)人類大腦在處理與加工各類信息的活動情況，使研究者能夠在無創(chuàng)傷的條件下直接觀察腦的復(fù)雜功能，便于深入探討人類的行為與腦活動之間的關(guān)系，認(rèn)識大腦在人類認(rèn)知活動及發(fā)展中的作用。Khushu等[7]，利用EPI協(xié)議通過fMRI獲得了20個志愿者做對指(finger tapping)運動時的腦功能圖像，并通過這些圖像對大腦的主運動區(qū)域進(jìn)行了定位。實驗中他們發(fā)現(xiàn)，BOLD信號的強(qiáng)度以及在對側(cè)主運動區(qū)中激活區(qū)域的大小會隨著對指速率的增加而增加。Craig等人[10]利用fMRI研究性對情緒的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)異性氣味能夠引起強(qiáng)烈的情緒反映。他們選用雄性小猿猴作為實驗對象，首先對小猿猴實施輕度麻醉后置于一個特殊設(shè)計的限制器中，然后把裝有小猿猴的限制器放在9.4T的fMRI設(shè)備中。在小猿猴處于完全清醒狀態(tài)時，對其實施兩種嗅覺刺激，一種是處于排卵期雌猴的氣味，另一種是卵巢切除后的雌猴的氣味。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與卵巢切除后的雌猴的氣味相比，處于排卵期雌猴喚起性的氣味明顯增強(qiáng)了雄性小猿猴視葉前區(qū)和前端下丘腦處的信號強(qiáng)度。Randy等利用fMRI驗證了在功能解剖方面與年齡有關(guān)的特征的改變[25]。他們把41個受試者分成3組（14個年輕人為組1，14個非癡呆的老年人為組2，13個有癡呆的老年人為組3）。定量研究結(jié)果表明，相對組1的年輕人，組2和組3的老年人在血流動力學(xué)反應(yīng)的幅度上有顯著減少。這些減少也是與不同的腦區(qū)有關(guān)的：視覺區(qū)顯示了顯著的幅度減少，而運動區(qū)幅度的改變則不明顯。Scott等利用fMRI研究人類大腦視覺注意的神經(jīng)學(xué)機(jī)制[26]。視覺注意與人類的認(rèn)知能力密切相關(guān)。實驗中他們利用同一幅圖片的兩種版本交替呈現(xiàn)在受試者的面前，受試者的任務(wù)是利用視覺搜索（visual search）區(qū)別兩幅圖片的不同之處。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，包括腦島、額葉和extrastriate視覺皮層區(qū)等不同腦區(qū)在視覺搜索期間被激活。

目前，從國外大量的文獻(xiàn)報導(dǎo)來看，利用fMRI對正常腦功能進(jìn)行的研究大多集中在對大腦視覺、聽覺、運動、情感等功能區(qū)的定位研究方面，對大腦認(rèn)知（如學(xué)習(xí)、記憶）等復(fù)雜功能的研究也在進(jìn)行之中。國內(nèi)在這方面的研究與國外相比差距是非常大的，很少能見到利用fMRI對腦功能進(jìn)行研究的文獻(xiàn)。但隨著我國在2001年加入人類腦計劃，相信我國的科學(xué)家會在世界性的腦科學(xué)研究進(jìn)程中做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

三、功能磁共振成像存在的問題及發(fā)展前景

像任何新興科學(xué)一樣，正處于發(fā)展階段的fMRI在許多方面還不成熟，尚存在著一些急待解決的問題。本文在有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對fMRI存在的一些問題歸納如下：

（一）BOLD-fMRI的工作機(jī)制問題

根據(jù)前面的討論，我們知道BOLD是目前臨床和腦科學(xué)研究中所廣泛接受和使用的fMRI的理論基礎(chǔ)。BOLD-fMRI的工作原理已經(jīng)在本文的第一部分進(jìn)行了闡述。通過探測神經(jīng)活動期間順磁性物質(zhì)脫氧血紅蛋白的相對減少，BOLD-fMRI可對激活的腦區(qū)進(jìn)行成像。許多實驗已經(jīng)證明，對于神經(jīng)功能正常的成年人來講，當(dāng)某一腦區(qū)被激活時，就會造成該區(qū)域血流量的增加，血流量增加造成了腦局部區(qū)域中氧合血紅蛋白的增加和脫氧血紅蛋白的相對減少，這一現(xiàn)象表現(xiàn)為T2*信號的增強(qiáng)，從而可以用BOLD-fMRI技術(shù)把腦激活區(qū)域檢測出來。上述BOLD-fMRI的工作機(jī)制能否適用于神經(jīng)功能受到損害的腦疾病患者，至今還少有報道，但是目前臨床上和腦科學(xué)研究中對腦疾病患者采用的大都是BOLD-fMRI。日本學(xué)者酒谷薰博士等利用NIRS（near infrared spectroscopy）技術(shù)對腦血氧的變化進(jìn)行評估，他們發(fā)現(xiàn)在腦外傷患者的激活腦區(qū)內(nèi)，伴隨著氧合血紅蛋白的增加，脫氧血紅蛋白不是減少了，而是增加了，因此，利用BOLD-fMRI就難以對神經(jīng)功能不正常的腦疾病患者的激活區(qū)域進(jìn)行成像。盡管人們已經(jīng)利用BOLD-fMRI在臨床和腦科學(xué)研究中取得了很多成果，但是日本學(xué)者的發(fā)現(xiàn)至少可以說明，BOLD-fMRI能否在臨床上得到廣泛應(yīng)用尚值得人們進(jìn)一步去研究和論證。

（二）fMRI圖像的噪聲問題

血液只占到灰質(zhì)的很小一部分（約6%），在白質(zhì)中所占的比例就更小。因此，在fMRI圖像中，由神經(jīng)活動造成的血流動力學(xué)信號的改變所占的比例也是非常小的，信號比例的大小與靜態(tài)磁場的強(qiáng)度直接相關(guān)。在1.5T的磁場中，血流動力學(xué)信號的改變一般在2%到5%之間，在4T的磁場中，血流動力學(xué)信號的改變一般在10%左右，其他成分是一些系統(tǒng)噪聲和生理噪聲。系統(tǒng)噪聲是成像環(huán)境及成像系統(tǒng)本身造成的噪聲，生理噪聲是由于受試者呼吸、心臟的跳動以及與刺激無關(guān)的神經(jīng)活動造成的。噪聲信號嚴(yán)重影響了腦功能活動區(qū)域的定位。利用高的靜態(tài)磁場可以明顯提高M(jìn)R信號的信噪比，但在高場中，由于質(zhì)子MR信號的衰減時間因失相（dephasing）而變短，fMR圖像的質(zhì)量會有所下降。目前，解決fMRI噪聲問題最理想的方法是圖像后處理[2]。

（三）fMRI圖像的運動偽影問題

fMRI對受試者頭部微小的運動十分敏感，頭部運動是造成fMRI圖像運動偽影的主要原因[2]，微小的頭部運動所造成的大腦邊緣象素強(qiáng)度的變化遠(yuǎn)大于BOLD激活反映。因此，在利用fMRI圖像進(jìn)行定位處理前，應(yīng)消除運動偽影的影響。解決運動偽影問題的一般做法是：①限制頭部運動，即在成像前固定受試者的頭部；②利用圖像后處理方法進(jìn)行配準(zhǔn)，即利用圖像配準(zhǔn)技術(shù)對運動偽影進(jìn)行校正處理。前一種方法難以適用于具有嚴(yán)重腦部疾病的患者，在這種情況下，一般是利用第二種方法消除運動偽影的影響。

盡管fMRI還存在一些問題，但作為發(fā)展最為迅速、應(yīng)用前景最為廣闊的腦功能成像技術(shù)，fMRI已經(jīng)在腦科學(xué)、臨床等領(lǐng)域的應(yīng)用中獲得了巨大成功，取得了很多突破性的研究成果。目前，一種新的發(fā)展趨勢是[27]，fMRI可能向多技術(shù)聯(lián)合的方向發(fā)展。例如，將fMRI和PET采用圖像融合或配準(zhǔn)技術(shù)，就可得到更多的腦功能性活動信息；fMRI如果與一組具有時間特性的腦電磁檢測手段（腦電圖、腦磁圖等）相結(jié)合，就有可能解決腦區(qū)域性活動的時相問題。

四、結(jié)束語

作為目前最具發(fā)展?jié)摿Φ尼t(yī)學(xué)成像技術(shù)之一，fMRI是目前國內(nèi)外MRI研究的前沿課題和熱門課題。與MRI不同，fMRI仍然是一種處于發(fā)展階段的研究性功能成像方法。無論是在腦科學(xué)研究方面還是在臨床應(yīng)用方面，利用fMRI技術(shù)都要涉及到幾個環(huán)節(jié)的問題：刺激方案的設(shè)計問題；所使用的快速成像序列的優(yōu)化問題；圖像后處理方法的選擇及可視化問題；功能定位方法的選擇問題等。上述的每一個環(huán)節(jié)都會對fMRI實驗的成功與否產(chǎn)生較大的影響。因此，對于fMRI，還有相當(dāng)多的技術(shù)問題需要深入研究和探索。

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第二篇：腦功能磁共振成像及其法醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景

【摘要】腦功能磁共振成像是近年來磁共振成像技術(shù)的一項新發(fā)展。它不僅能清晰、準(zhǔn)確地顯示腦組織的解剖和

病理改變，還能同時觀察到腦皮層功能活動時的信息，可無創(chuàng)、實時地對大腦的功能活動進(jìn)行成像。為法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中所涉

及的人體損傷程度鑒定和傷殘等級評估以及對法醫(yī)精神病領(lǐng)域中認(rèn)知功能的界定．從單一形態(tài)學(xué)研究到形態(tài)與功能相

結(jié)

合的系統(tǒng)研究開辟了一條嶄新的道路。本文就人腦的功能活動磁共振成像的概念、原理、優(yōu)勢、臨床研究狀況及法醫(yī)學(xué)

應(yīng)用前景進(jìn)行綜述。

【關(guān)鍵詞】腦功能磁共振成像；法醫(yī)病理學(xué)

【中圖分類號】d919．1： r445．

2【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】b

【文章編號】1007—9297(2004)04—0291—0

4technology of functional magnetic resonance imaging of brain and appucation prospects in forensic medicine． ca i ji一，0 tao，pan hong-fu，et ．forensic pathology department，school ofleg~l medicine，sichuan university,chengdu

61004

1【abstract】technology of functional magnetic resonance imaging of brmn(fmrib)is a new approach developed in the

resent years． it can not only show clearly and accurately the changes of tissues，autopsy and pathology of the brain，but also

show the information of the activity of the brain in time without harm． it can be widely used in forensic medicine such as injury

gradated evaluation，disability evaluation and cognition in forensic assessment in psychiatry providing a new method from pure

morphological study to morphology-function combination study．this article reviewed the fmrib conceptions，principles，advan—

tages，the conditions of clinical study and application prospects in forensic medicine

．

【key words】functional magnetic resonance imaging of brain；forensic medicine

一、腦功能磁共振成像的概念與原理

(一)概念

腦功能磁共振成像(functional mri，fmri1，是一種

新興的影像學(xué)檢查技術(shù)。它以腦功能活動時引起的血

氧濃度改變?yōu)榛A(chǔ)，采用不同顏色直接實時地將腦功

能變化反映在mr圖像上，突破了既往研究腦功能的黑箱技術(shù)，以往的影像學(xué)檢查技術(shù)絕大部分是依賴于

被檢組織形態(tài)學(xué)的改變，而功能性成像這一領(lǐng)域一直

為正電子發(fā)射體層攝影(positron emission tomographv．

pet)所獨有。隨著mr技術(shù)的發(fā)展，fmri能在特定的腦功能活動時或血液動力學(xué)變化時對腦組織進(jìn)行實時的功能成像，對人腦在生理和病理狀態(tài)下的功能活動

進(jìn)行有效的評價。其時間分辨率和空間分辨率均較高，一次成像即可同時獲得解剖和功能影像，是目前人們

用mr方法研究大腦皮層功能活動的最主要方法

ri為腦科學(xué)研究提供了直觀有效的研究手段．為醫(yī)

學(xué)影像學(xué)的研究和臨床開辟了全新的領(lǐng)域 lli

(二)基本原理

神經(jīng)活動與血流動力學(xué)變化之間的密切關(guān)聯(lián)是

ri的基礎(chǔ)。人體各種生理活動都由相應(yīng)的大腦皮層

[作者簡介] 蔡繼峰，四川大學(xué)華西基礎(chǔ)與法醫(yī)學(xué)院病理教研室在讀研究生，tel；+86—28-89592918：e-ma11：cj f-j1feng@163

． com

。292。

第三篇：磁共振成像技術(shù)在泌尿外科的應(yīng)用.

磁共振成像技術(shù)在泌尿外科的應(yīng)用 討論

磁共振成像是近年來開展的一種有價值的新技術(shù)，其優(yōu)點在于參數(shù)多，可取任意方位成像，而且組織分辨率高，無創(chuàng)傷，不但能顯示形態(tài)學(xué)的改變，亦可反映組織器官的功能性變化，有可能提供生化過程的信息和動態(tài)的定量資料。

mru的研究開始于1986年，henning首先用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷。我們體會mru存在一定的局限性：①不利于評價腎功能；②由于采用mip重建，必然有部分信息損失，造成對較小充盈缺損病變(如小的結(jié)石或腫瘤)的漏診；③不能動態(tài)顯影，腎盞顯影圖像較差；④輸尿管下段與膀胱重疊部位的病變診斷較為困難；⑤檢查費用較為昂貴。

mra是應(yīng)用磁共振成像技術(shù)對血管和血流進(jìn)行描述及其特征的顯示。目前認(rèn)為數(shù)字減影血管造影術(shù)是血管造影的金標(biāo)準(zhǔn)，但僅能顯示血管內(nèi)腔，對血流依賴性較弱，存在栓塞、血管損傷、腹股溝區(qū)血腫、感染及心肺并發(fā)癥之可能。而mra可評價血管壁和血管周圍組織，反映的是血流信息，屬無損傷性檢查。我們認(rèn)為mra在泌尿外科主要用于以下3個方面：①磁共振靜脈成像，可探查下腔靜脈有無癌栓，為治療方案提供有價值的依據(jù)。本組4例腎癌患者行磁共振下腔靜脈成像未見癌栓，后均經(jīng)手術(shù)證實。②篩選腎動脈狹窄。本組4例高血壓患者腎動脈近段均未見狹窄，其中1例后經(jīng)數(shù)字減影血管造影術(shù)檢查發(fā)現(xiàn)腎動脈狹窄，即予手術(shù)切除。③可使術(shù)者掌握腎血管解剖情況，了解有無副腎動脈，可為捐腎者及腎切除患者手術(shù)方案的選擇提供依據(jù)。本組4例腎癌患者術(shù)中均未發(fā)現(xiàn)副腎動脈，與術(shù)前mra表現(xiàn)一致。盡管mra優(yōu)點明顯，但亦存在一些限制：①檢查時，患者需較長時間保持完全不動，呼吸稍粗即易造成偽影；②外科手術(shù)后鉗夾血管即引起局部信號消失，產(chǎn)生明顯偽影，影響分析；③對腎動脈遠(yuǎn)段顯影較差；④存在一定假陽性，對病變范圍有放大作用。

磁共振雙成像是將mru及mra圖像疊加而成，可三維立體多方位旋轉(zhuǎn)觀察，展示正常解剖結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系。在泌尿外科范圍之內(nèi)，mru和下腔靜脈、腹主動脈雙成像可以了解輸尿管和下腔靜脈、腹主動脈等腹膜后結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系，可明確診斷腔靜脈后輸尿管等解剖變異及先天性畸形。本組2例為排除腔靜脈后輸尿管行磁共振雙成像，未見輸尿管纏繞下腔靜脈影像。與常規(guī)磁共振圖像結(jié)合觀察，磁共振雙成像可以了解腹膜后腫瘤侵犯的范圍及與輸尿管、下腔靜脈和腹主動脈的關(guān)系，為手術(shù)方案的制定提供可靠依據(jù)。目前影響磁共振雙成像應(yīng)用的主要問題之一為檢查費用高，性能價格比尚不理想。相信隨著技術(shù)和設(shè)備水平的不斷提高，磁共振檢查費用會逐漸下降?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)對影像學(xué)的要求越來越高，追求的目標(biāo)是全面、快速、準(zhǔn)確和無創(chuàng)。磁共振成像作為近年來一種有價值的新技術(shù)，已倍受臨床注目。mru、mra及雙成像技術(shù)不斷得到開發(fā)和利用，在泌尿外科臨床應(yīng)用方面取得了較大發(fā)展，還需要進(jìn)一步發(fā)揮其潛能。資料與方法

1.1 一般資料

泌尿外科疾病組31例，男18例，女13例，年齡9～75歲，平均51歲。病種包括上尿路結(jié)石11例，腎盂輸尿管連接部梗阻4例，腎囊腫2例，腎癌4例，輸尿管癌3例，膀胱癌2例，后尿道憩室1例，高血壓患者4例(腎動脈狹窄1例)。正常對照組6例，男3例，女3例，年齡25～70歲，平均46.4歲。兩組均采用美國ge公司生產(chǎn)的vectra 0.5 t超導(dǎo)型磁共振成像機(jī)。1.2 成像方法

mru成像方法：采用體線圈進(jìn)行冠狀位掃描后用最大強(qiáng)度投影法(mip)進(jìn)行重建并多方位成像。掃描采用快速自旋回波(fse)，重復(fù)時間(tr)/回波時間(te)=6 000/200 ms，層厚5 mm，層間距0 mm，fov=35 cm，矩陣128×224，采集次數(shù)為5次。

mra成像方法：采用體線圈行與mru范圍相同的冠狀位掃描后用mip及多方位旋轉(zhuǎn)形成多方位的三維血管圖像。掃描采用梯度回波(gre)，tr/te=50/10 ms，激勵角度(flip angle)=30°，fov=35 cm，層厚5 mm，層間距0 mm，矩陣128×224，采集次數(shù)為1次。

mru加mra成像方法：采集原始圖像后，采用美國ge advantage windows工作站，迭加相應(yīng)層面的mru和mra圖像，即獲得雙成像圖像。2 結(jié)果

正常對照組：4例行mru，僅見形態(tài)正常的膀胱呈高信號；2例行mra，可見正常走行、形態(tài)完整的下腔靜脈、腹主動脈及腎動脈呈高信號，均無充盈缺損。

泌尿外科疾病組：①mru檢查20例(不包括mr雙成像3例)，其中上尿路結(jié)石9例(腎鑄型結(jié)石3例，輸尿管結(jié)石6例)，均表現(xiàn)為梗阻上方腎盂腎盞、輸尿管擴(kuò)張呈高信號，斷端呈杯口狀；腎盂輸尿管連接部梗阻4例，均清晰顯示患腎腎盂積水，腎盂輸尿管連接梗阻部呈漏斗狀；腎囊腫2例，呈相對孤立的類圓形、邊界光滑的均勻高信號；輸尿管癌2例，顯示輸尿管梗阻上方呈高信號，1例斷端呈不規(guī)則漏斗狀，另1例斷端形態(tài)不規(guī)則；膀胱癌2例，示膀胱占位病變部分充盈缺損；后尿道憩室1例，膀胱左下后方有一3.5 cm×6.1 cm高信號，向后尿道前列腺部延伸。②mra檢查8例，其中腎癌4例，下腔靜脈成像未見低信號癌栓，亦未發(fā)現(xiàn)副腎動脈，均經(jīng)手術(shù)證實；高血壓4例，示腎動脈近段無狹窄，1例經(jīng)數(shù)字減影血管造影術(shù)檢查發(fā)現(xiàn)腎動脈遠(yuǎn)端狹窄。③mra加mru檢查3例，其中腎積水及輸尿管擴(kuò)張各1例，為排除腔靜脈后輸尿管行磁共振雙成像，未見輸尿管纏繞下腔靜脈影像，手術(shù)證實為輸尿管結(jié)石；右側(cè)輸尿管癌1例，示輸尿管下段梗阻，下腔靜脈內(nèi)未見低信號癌栓，后經(jīng)手術(shù)證實。

我院自1997年10月～1999年7月分別采用磁共振水成像(mr urography，mru)和磁共振血管成像(mr angiography，mra)技術(shù)檢查診斷泌尿外科疾病患者31例，其中mru加mra成像3例，效果良好，現(xiàn)報告如下。

第四篇：磁共振成像(MRI)檢查注意事項

MR檢查注意事項

1.下列情況的患者及家屬，禁止進(jìn)入檢查室，禁止進(jìn)行檢查和陪伴患者檢查：●體內(nèi)已植入或留有任何金屬物品(如：眼球內(nèi)金屬異物、血管結(jié)扎銀夾等)；●體內(nèi)或體表安裝有任何電子裝置者(如：心臟起搏器、生物刺激器等)；●體內(nèi)或體表含有其他不明材質(zhì)的物品者(如：假牙、節(jié)育環(huán)、化妝品、護(hù)發(fā)

劑等)；

●病情危急需立即搶救者，但不能自主配合、不能保持安靜不動者；●3個月內(nèi)的妊娠婦女；

●有嚴(yán)重幽閉恐懼癥者；

●核素檢查（ECT）后3日內(nèi)不宜做MRI檢查，請合理安排好檢查順序。

2.有手術(shù)史者，必須如實告知，有無將金屬或電子物品及其他材質(zhì)的物品留

在體內(nèi)。

3.病人及陪伴病人家屬，不得將金屬物品、電子產(chǎn)品、磁卡、存折、工資本等及有化學(xué)腐蝕性、潮濕、易燃易爆物品等及其他不明材質(zhì)的物品帶入檢查室。4.MRI檢查時間較長，所處的環(huán)境較幽暗、噪聲較大，要有思想準(zhǔn)備，不要急躁、害怕，要耐心配合檢查；檢查過程中切勿移動身體，并配合醫(yī)生的口令做好吸氣和閉氣動作。

5.檢查前需請病員和家屬認(rèn)真、詳實填寫《磁共振檢查禁忌及注意事項》單，并要求家屬或病員簽字確認(rèn)，以保證安全。

6.患者及家屬不能帶入檢查室的貴重物品，請自理負(fù)責(zé)保管。

7.患者請帶以往就醫(yī)資料及影像檢查資料，以參考對照。

8.MR預(yù)約及檢查地點：磁共振室

患者一般可于檢查次日，下午四點以后，領(lǐng)取檢查診斷報告，工休日順延。

第五篇：磁共振成像術(shù)語中英文對照

磁共振成像術(shù)語中英文對照

脈沖序列 快速自旋回波 快速場回波 快速反轉(zhuǎn)恢復(fù) 自旋-平面回波成像 自旋回波

梯度-平面回波成像 三維-相干梯度回波 擾相梯度回波 三維-快速自旋回波 反轉(zhuǎn)恢復(fù)-平面回波成像 重度T2加權(quán)梯度回波平衡式梯度回波 快速梯度回波

T1高分辨各向同性容積激發(fā) 三維快速梯度回波 短TI反轉(zhuǎn)恢復(fù) 長TI反轉(zhuǎn)恢復(fù) 單激發(fā)快速自旋回波 快速反轉(zhuǎn)自旋回波平面回波成像 梯度加自旋 并行采集 回波時間 重復(fù)時間 反轉(zhuǎn)時間 反轉(zhuǎn)角 視野 矩形視野 層厚 層間距平均次數(shù) 方位 矩陣 脂肪飽和近線圈效應(yīng)校正 時間飛躍 相位對比 對比增強(qiáng)MRA 橫斷位 冠狀位 矢狀位 磁敏感成像

簡稱 TSE FFE TIR SE-EPI SE GRE-EPI 3D-FFE SPGR 3D-TSE IR-EPI SSFP B-FFE TFE THRIVE 3D-TFE STIR FLAIR SS-FSE FRFSE EPI GRASE iPAT TE TR TI FA FOV RFOV Thi Gap NSA OriSPAIR CLEAR TOF PC CE-MRA TRA COR SAG SWI

飛利浦 TSE FFE TIR SE-EPI SE FFE-EPI 3D-FFE T1-FFE 3D-TSE IR-EPI T2-FFE Balanced FFE TFE THRIVE 3D TFE STIR FLAIR Single-shot TSE DRIVE EPI GRASE SENSE TE TR TI Flip Angle FOV RFOV slice thickness Gap NSA

Slice orientation Matrix SPIR/SPAIR CLEAR TOF Phase contrast CE-MRA transverse coronal sagittal Venous BOLD

西門子 TSE FISP TIR SE-EPI SE FISP-EPI 3D-FISP FLASH 3D-TSE IR-EPI PSIF

TrueFISP/CISS Turbo FLASH VIBE MPRAGE STIR

Turbo Dark Fluid HASTE RESTORE EPI TGSE iPAT TE TR TI Flip Angle FOV FOV Phase slice thickness Distance Factor ACQ

Slice orientation Base resolution Fat Sat

Prescan Normalize TOF

Phase contrastCE-MRA transverse coronal sagittal SWI

GE FSE GRASS IR SE-EPI SE GRASS-EPI 3D-GRASS SPGR/FSPGR 3D-FSE IR-EPI SSFP

FIESTA/FIESTA-C Fast GRE/ Fast-SPGRLAVA/FAME

3DFGRE/3D Fast SPGR STIR FLAIR Single-shot FSE FRFSE EPIASSET TE TR TI Flip Angle FOV PFOV slice thickness Gap NEX

Slice orientation Matrix Fat Sat PURE TOF

Phase contrastCE-MRA transverse coronal sagittal SWI