中国心理学家网
 
热线咨询 0551—2826223
当前位置: 网站首页 - 心理实验 - 脑成像技术
    发表日期:2013年2月18日 编辑:shphao 有6271位读者读过此文 【字体:
功能磁共振成像fMRI技术基本原理

fMRI 技术基本原理

功能磁共振成像简称fMRI,是使用磁共振成像技术来观察活体功能代谢活动的实验技术方法。上世纪九十年代初,由于 BOLD 技术的开创而逐渐兴起,起初被广泛用于神经科学研究领域,尤其在认知心理学和神经生物学研究方面取得很好的成绩。实际上,广义的功能磁共振成像(也有人成为 FMRI),不单指 BOLD技术而言,还包括多种其它可以用来探察活体功能代谢情况的磁共振成像技术,包括:CBFCBVMRSDWIDTI 等。这些技术各自有着不同的特点,在不同的研究领域有着各自相对的优势。

BOLD—血氧水平依赖技术,是通过脑血管内去氧血红蛋白的含量变化对脑皮质局部功能活动变化进行磁共振成像的一种脑功能影像学检查手段,去氧血红蛋白的磁敏感性是 BOLD 的成像基础。这项磁共振成像技术最早出现在 1990-1992,它是一种无创性检查,且具有较高的信号敏感性和空间特异性。BOLD 技术的主要原理是:神经元活动增强时,脑功能区皮层的血流量和氧交换增加,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(静脉和毛细血管)中氧合血红蛋白增加,脱氧血红蛋白相对减少。脱氧血红蛋白是顺磁性物质,有明显的 T2 缩短效应,其直接作用是引起 T2(T2*)加权像信号减低。当其浓度增加时可引起局部信号减低, 浓度减低时则其作用减小而导致信号升高,使脑功能成像时功能活动区的皮层表现为相对高信号。

BOLD 信号的变化本质上反映的是脑静脉和毛细血管中脱氧血红蛋白浓度的变化,但脱氧血红蛋白浓度变化的实际值是难以具体测定的。脱氧血红蛋白浓度变化也不是脑神经活动的直接反映,它是脑神经活动引起的血流改变(CBFCBV)和氧代谢改变综合作用的间接结果。所以 BOLD 信号的本质来源成分复杂(以 CBF为主),干扰因素较多。此外,由于 BOLD 信号主要反映脱氧血红蛋白浓度的变化,故其灵敏度依赖磁共振场强大小而不同。

CBF/CBV—脑血流量/血容量灌注技术,磁共振灌注成像是用来反映组织微循环的分布及其血流灌注情况,评估局部组织的活力和功能的磁共振检查技术,依据技术原理不同可分为:

①对比剂首过灌注成像:又称为磁敏感性对比剂动态首过团注示踪法。其基本原理是:当顺磁性对比剂(如钆)通过团注瞬间首过毛细血管床时,可导致成像组织的 T1T2(T2*)值缩短,以 T2(T2*)值缩短明显。此时利用超快速成像方法,如进行扫描成像来观察组织微循环的 T1T2(T2*)值的变化,从而得到信号强度—时间曲线,以及计算相对脑血容量(rCBV)、相对脑血流量(rCBF)等,临床用于脑梗死的早期诊断,心脏、肝脏和肾脏功能灌注及肿瘤良恶性鉴别诊断等方面;科研上也可进行脑功能成像研究,但时间分辨率较 BOLD 差,且要使用外源对比剂,难于结合复杂刺激任务。

②动脉血质子自旋标记(ASL):该方法是通过采用反转脉冲预先标记动脉血中质子,当其进入成像层面时因被标记而得以检测,或者对成像层面施加饱和脉冲,通过检测流入的未饱和质子来获得灌注信息,如血流量图、通过时间以及估计饱和程度,目前应用不广泛。

③广义上,血氧水平依赖对比增强 BOLD 也属于该技术范畴。MRS—磁共振波谱技术,是利用磁共振化学位移现象来测定组成物质的分子成分的检测技术,是目前唯一可以测得活体组织代谢物的化学成分和含量的检查方法。目前临床上以 H1P31 多用(还有更多化学标记物处于研究阶段),可根据其测得的波谱特点反映各种代谢物的含量比例,以反映疾病的分子水平改变,从而表示功能代谢的结果。

DWI—扩散加权成像技术,DWI 是基于水分子扩散能力差异转化为图像的灰度信号或其他参数值。在常规 MRI SE 序列中加入一对大小和方向均相同的梯度场的梯度脉冲,置于常规 SE 序列中的 180°脉冲的两侧。第一个梯度脉冲引起所有质子自旋,从而引起相位变化,而后一个梯度脉冲使其相位重聚,但此时相位分散不能完全重聚,而导致信号下降,从信号变化的差异反应水分子的扩散能力差异。在活体中,扩散是多种因素的综合作用, 因此用表观扩散系数(ADC )来描述每个体素内水分子的综合微观运动。DWI 最早用于脑缺血的急性期及超急性期的诊断及与其他疾病的鉴别诊断, 显示出明显的优势,后来逐步用于其他疾病如3脑肿瘤性病变、肿瘤、感染及脱髓鞘性疾病。现已经应用于全身各系统的肿瘤性病变、肿瘤、感染疾病,在肿瘤鉴别诊断及确定其范围显示明显优于传统方法。DTI-扩散张量成像技术,DTI 是在 DWI 技术基础上发展起来的一种新的磁共振成像技术,其可以在三维空间内定时定量地分析组织内水分子弥散特性。活体组织中结构的不同从而影响水分子自由弥散的方向和速率,这种差异是 DTI 成像的基础,并为其所检测并转为图像和各参数值。DTI 为三维信息的采集,因此至少要在 6 个方向施加弥散敏感梯度。具有随意微结构的组织中,水分子的弥散是随机的,即向各个方向运动的概率相同,表现为弥散的“各向同性”。各向同性用扩散张量的踪迹来描述,与各个方向平均 ADC 值成正比。具有固定排列顺序的结构中,水分子通常更加倾向于沿某一特定方向进行弥散,表现为弥散的“各向异性”。如在脑灰质主要为神经元的胞体,脑白质主要为神经元的突起—神经纤维组织。在神经纤维组织,水分子因受髓鞘、轴索排列方式等影响,表现为沿纤维走行方向的扩散比与其垂直的方向更容易。DTI 是目前惟一能在活体中显示神经纤维束的走行、方向、排列等信息的技术,可以研究不同脑区结构的解剖连接,被广泛应用于中枢神经系统的组织形态学和病理学研究。
【本文由 中国心理学家网 发布,转载须保留本文链接!手机浏览网页显示不完整时,请点击网页底部的电脑版。欢迎关注本站微信公共号:xinlixuejianwang

相关专题: 最新文章
专题信息:
  利用脑电生物反馈控制情绪(2017/10/30 17:18:33)[115]
  士兵在离院后自杀率增加(2017/10/11 16:28:25)[159]
  养宠物的孩子压力更少(2017/10/7 17:09:33)[178]
  宠物是如何促进儿童心理健康的(2017/9/24 22:32:56)[210]
  你的童年宠物会让你沮丧吗?(2017/9/13 22:33:30)[199]

相关信息:
 没有相关信息

相关评论:
 没有相关评论
发表、查看更多关于该信息的评论 将本信息发给好友 打印本页
版权所有  中国心理学家网技术支持创立互联    通讯地址:安徽医科大学医学心理学150#   邮编:230032

联系电话:0551—2826223  E-mail:cnpsy@126.com QQ:619938829  皖ICP备08103527号-3国内心理学类综合性门户网站
中国心理学家网电脑版 中国心理学家网手机版 中国心理学家网微信公共号:xinlixuejianwang