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    发表日期:2012年11月6日 编辑:shphao 有4679位读者读过此文 【字体:
fMRI脑成像原理及其应用领域

功能磁共振成像(fMRI)技术是二十世纪九十年代发展起来的一种新的脑功能研究手段,它对脑功能的成像原理是建立在脑部血氧水平依赖性(BOLD)的基础之上的。fMRI-BOLD是基于神经元兴奋区血氧水平变化而显影的一种成像技术,通过大量在人和动物身上的研究,其原理主要是通过观察在显示组织水分方面明显且可逆转的弛豫时间(T2)的增加来定位脑部激活的区域。在脑激活期间,fMRI信号的增加能够反映静脉内脱氧血红蛋白浓度的下降,而脱氧血红蛋白浓度又受局部脑血流量(cerebral blood flow,CBF),脑血流容积(cerebral blood volmueCBV),脑部耗氧量代谢率(cerebralMetabolic rate of oxygen consumptionCMR02)的相互作用的影响。

当神经元的活动增强时,脑功能区皮层的血流量和氧交换量增加,但与代谢耗氧量的增加不成比例,超过细胞代谢所需的氧供应量,其结果可导致功能活动区血管结构中氧合血红蛋白增加,脱氧血红蛋白的相对减少。脱氧血红蛋白是顺磁性物质,其铁离子有四个不成对的电子,磁矩较大,有明显的T2缩短效应。因此,脱氧血红蛋白的直接作用是减少T2加权像的信号减低,fMRI对其在血管结构中的浓度变化极为敏感,当浓度增加时可以引起局部信号的减低,减低时则可使磁化率诱导的像素内相位作用减低,引起自旋相干性增大,从而导致T*2T2驰豫时间的延长,信号升高,使脑功能成像时功能活动区的皮层表现为高信号。神经元活动与细胞能量代谢密切相关,磁共振功能成像并不是直接检测神经元活动,而是通过磁共振信号的测定来反映血氧饱和度及血流量,从而间接反映脑的能量消耗。因此,在一定程度上能够反映神经元的活动情况,达到功能成像的目的。

由于fMRI-BOLD无需注射任何放射性的核素,具有空间分辨率高及无创伤性,同时可以观察多个脑区的活动,探讨各个脑功能区域之间的关系等特点,作为一种较理想的研究脑部功能变化的可行性手段,在现代脑功能研究领域具有很大的发展潜力,已成为世界脑科学研究领域的热点之一。

fMRI的优点在于能在数秒钟内多次成像,并使受试者处于各种测试状态下,连续测定MRJ的变化。感知觉、学习、记忆、情感及思维过程甚至药物刺激等因素均能导致局部神经元功能兴奋,而局部神经元兴奋导致局部血流量增加和氧分压升高,使MRI信号随脑功能变化的过程而变化,由此将功能过程与结构关联起来成像,在神经科学和高级脑功能研究中已得到应用,显示出巨大的优越性。


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