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FMRI脑功能磁共振成像原理及应用进展文章编号：1009-5519（2008）18-2754-03 中图分类号：R445 文献标识码：A 功能磁共振是在磁共振原理的基础上根据人脑功能区被信号激活时血红蛋白和脱氧血红蛋白两者之间比例发生改变，随之产生局部磁共振信号的改变而进行工作的。凭借其具有较高的空间、时间分辨率，无辐射损伤以及可在活体上重复进行检测等优点已广泛应用于脑功能的研究。 1 磁功能磁共振概述 磁共振功能成像(function magnetic resonance imaging，FMRI)是目前脑功能研究中的一个热点。20世纪90年代后，BOLD（blood oxygenation level dependent）磁共振功能成像已广泛应用于脑功能的研究。其优点是就有较高的空间、时间分辨率，无辐射损伤以及可以在活体上重复进行检测。理论上讲，凡以反映器官功能状态成像为目标的磁功能成像技术都应称之为功能磁共振成像。目前，临床上已较为普遍使用的功能成像技术有：各种弥散加权磁共振成像技术（diffusion-weighted imaging，DWI），各种灌注加权磁共振成像技术（perfusion weighted imaging，PWI），磁共振波谱和波谱成像技术（blood oxygenation level dependent，BOLD）。观察脑神经元活动和神经通路的成像技术时，这种成像技术应叫做脑功能磁共振成像（FMRI），它一般包括水平依赖成像；脑代谢测定技术成像；神经纤维示踪技术如弥散张量和磁化转移成像。 1.1 FMRI的基本原理：FMRI的方法很多，主要包括注射照影剂、灌注加权、弥散加权及血氧水平依赖（blood oxygenation level dependent，BOLD）法，目前应用最广泛的方法为BOLD法：血红蛋白包括含氧血红蛋白和去氧血红蛋白[1]，两种血红蛋白对磁场有完全不同的影响，氧合血红蛋白是抗磁性物质，对质子弛豫没有影响，去氧血红蛋白是顺磁性物质，其铁离子有4个不成对电子，可产生横向磁化磁豫缩短效应（preferential T2 proton relaxation effect，PT2PRE）。因此，当去氧血红蛋白含量增加时，T2加权像信号减低。当神经元活动增强时，脑功能区皮质的血流显著增加，去氧血红蛋白的含量降低，削弱了PT2PRE，导致T2加权像信号增强，即T2加权像信号能反映局部神经元活动，这就是所谓血氧水平依赖BOLD[2]效应，它是FMRI基础[3]。 梯度回波成像（gradient recall echo，GRE）是FMRI的常规脉冲序列，它对磁化效应引起的T2效应非常敏感，梯度回波脉冲序列使用单次激发小翻转角射频脉冲和极性翻转的f编码梯度场，在采集信号过程中，由于梯度场引起的去相位就会完全被再聚集，而回波信号则取决于组织的T2。在信号采集过程中，GRE与SE序列相似。都是通过多次反复采集回波信号完成全部的相位编码和数据采集。ＧRＥ扫描对流空现象，扩散现象以及对功能成像非常重要的Ｔ２效应等诸因素非常敏感[4]。特别适用于能够产生很强很可靠的功能信号的部位，如感觉皮质[5]。 平面回波扫描（echo planar imaging，EPI）：EPI是梯度回波的一种变形技术，它可以通过一次或数次激发采集完成像所需的所有数据，它既可以用梯度回波的方式采集信号（SE-EP）。可以说ＥＰＩ是目前FMRI的最佳扫描方法。使用单次激发ＥＰＩ，系统仅用一次读取信号之后就可以完成扫描，每层扫描最快仅需数十毫秒，是目前临床应用的最快扫描脉冲序列。它完成一次全脑采集（１５~２０层）仅需２~３秒，并可以进行多层面大容积的扫描，这样可以同时观察整个中央前回，运动前区和附属运动区等结构，还可避免因病人头部运动而造成的伪影。另外，EPI由于使用长TR时间，可以提高图像音噪比。 1.2 ＦＭＲＩ的基本过程：进行FMRI研究之前首先要确定试验计划，制定最优化方案。刺激方案对FMRI的检出非常重要。目前常用的使用方法有单次刺激（single trial）和事件相关法（event related），前者主要用于视觉、听觉、运动、感觉等，后者主要用于认知活动的刺激。BOLD加权像扫描之前，首先获取4~6幅高分辨率T1W1解剖定位图，然后在刺激（on）和静止（off）两种状态下的原始图像。之后在离线（offline）工作站上对原始图像进行降噪，匹配相减，统计学处理，叠加得到功能活动图，再与T1Ｗ１解剖定位图叠加得到可视化功能解剖定位图。 2 磁功能磁共振的应用 2.1 感觉 2.1.1 听觉：最初的FMRI成像研究是用发单音或单词来作为听觉刺激，使位于颞上