fMRI技术原理基础研究与临床应用.pptx

fMRI技术原理、基础研究与临床应用一、发展背景神经科学认为，大脑受到刺激时(视觉、运动及认知等)，皮层神经元处理信号以大脑皮层结构为基础研究脑结构与功能的相关性是当前脑科学研究的主要课题多年来，一直试图以图像的形式展现人类大脑功能活动的解剖区域脑功能定位手段1936年Pauling指出氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的磁化率不同1982年Thulborn发现血液中脱氧血红蛋白固有的顺磁性是导致血液局部磁敏感性变化的原因1986年Fox首先发现神经元活动伴随区域性脑血流、血容积、血氧和代谢变化1990年Ogawa发现血氧水平依赖效应(BOLD)1991年Beliveau发现光刺激时初级视觉皮层信号强度增加，fMRI可定位，实现对人脑的应用二、成像原理脑活动脱氧血红蛋白血氧水平依赖效应Vascular-Space-OccupancydependentfMRI(VASO)血管间隙占位依赖fMRI视觉刺激例:3T高分辨率VASO-fMRI三、成像设备、技术成像设备成像序列成像参数成像过程刺激模式组块设计组块设计优缺点事件相关设计事件相关设计示意图事件相关设计优点和不足BLOCK事件相关设计红、绿棋盘格视觉刺激刺激时间１s，间隔19sblock四、数据处理和统计分析数据处理和分析是fMRI研究的关键步骤目前对数据预处理，如运动探测和运动校正方法上已经达成共识对统计方法的选择、不同病人或志愿者之间的数据比较、数据结果的观察和报告等方面还缺乏统一认识目前大量的软件工具各有优缺点，国际公认的两个软件为SPM和AFNIStatisticsparametermapping（统计参数图）Analysisoffunctionalneuroimages（功能性神经影像分析）预处理运动类型头部自主运动呼吸和心跳等生理运动导致头部轻微移动必要性fMRI信号变化本身很小1/10像素大小的运动会产生1-2%的信号变化控制方法用海绵等固定头部运动校正：可检测各时相fMRI数据相对于第一时相在三维旋转和三维平移上的空间变化，并进行校正一般应确保头部旋转小于5°运动校正不同个体脑大小、形态不同，不便于被试之间比较，因此需要空间标准化方法：将不同病人或志愿者的全脑数据进行空间归一化处理，转换到标准Talairach模板脑坐标系统，以标准坐标系统描述脑结构的位置坐标系Y轴:前联合上缘和后联合下沿跨越大脑纵裂的连线Z轴：纵向上垂直于AC-PC连线X轴：垂直于Y轴和Z轴空间标准化采用一定半高宽（如5mm）的统一三维高斯过滤，对图像进行空间平滑处理降低噪声,提高图像质量统计分析结果输出方式五、基础研究MR可通过信号测定来反映血氧饱和度及血流量，间接反映脑的能量消耗，一定程度上反映神经元的活动情况已从单刺激/任务到多刺激/任务从功能定位发展到功能区反应特点和功能区联系从对感觉和运动等低级脑功能研究，发展到对思维和心理活动等高级脑认知功能研究运动中央前回4运动前区6辅助运动区8感觉：中央后回3，1，2视觉枕叶（17-19）颞中、下回（20，21）视觉4Hz高空间频率激活强、范围大双侧顶下小叶激活最明显，双侧枕叶激活色觉双侧颞枕联合区：数字视觉输入途径左侧顶下小叶：数字处理的重要功能区躯体运动躯体运动双手握拳运动右手握拳运动双手握拳维持肌张力左手运动右侧激活者占43%触觉右手触觉刺激（毛刷刷手指）痛觉痛觉听觉听觉皮层后天性聋哑人激活程度较弱正常人功能成像叠加到T1WI聋人功能成像叠加到T1WI音阶实验结果轻音乐与音阶对比结果恐怖音乐与音阶对比结果恐怖音乐与轻音乐对比语言双语者语义判断词语生成任务心算右利手组情绪边缘系统的杏仁核和海马激活枕叶激活可能与刺激以视觉形式传入有关，也可能与感受恐惧时的视觉调整有关恐惧快乐与恐惧交替刺激，双侧杏仁核激活音乐中的情绪反应面部表情识别针刺穴位针刺语言穴位通里和商丘针刺听力穴位颈髓手运动六、临床应用研究神经外科脑瘤脑瘤脑瘤：手运动功能区受压移位左手弹指运动双侧SMA激活右侧SMA功能尚保留右手运动：同侧SMA激活，对侧SMA无激活，SMA重组右手感觉刺激左侧功能区减弱,右侧代偿词语生成任务：主要激活右侧额下回（45区），患侧无激活听觉刺激：双侧颞上回激活，功能区轻度移位动静脉畸形双手弹指任务：双侧运动区激活，无功能损害左侧SMA和右侧SMC激活右侧SMA无激活，SMA重组左感觉中枢AVM:双手运动功能区激活无破坏同上例双手感觉刺激：左侧激活明显减弱脑脓肿脑脓肿癫痫癫痫患者癫痫患者EEG显示广泛异常放电时，fMRI显示双侧颞顶区激活EEG显示广泛异常放电时，fMRI显示双侧丘脑激活精神病学和神经病学强迫症--记忆任务精神分裂症—工作记忆任务精神分裂症—面部表情识别：悲伤面孔药物成瘾集中注意力任务尼古丁组少于安慰剂组的区域:尼古丁影响左侧顶内沟和楔叶，导致