功能磁共振成像

功能磁共振成像(fMRI)功能磁共振成像技術簡述〔fMRI是一種興的神經影像學方式，其原理是利用磁振造影來測量神經元活動所引發(fā)之血液動力的轉變。由于fMRI的非侵入性、沒有輻射暴露問題與其較為廣泛的應1990年月開頭就在腦部功能定位領域占有一席之地。目前主要是運用在爭論人及動物的腦或脊髓。相關技術進展自從1890〔兩者合稱為血液動力學〕與神經元的活化有著密不行分的關系。神經細胞活化時會消耗氧氣，而氧氣要借由神經細胞四周的微血管以紅血球中的血紅素運送過來。因此，當腦神經活化時，其四周的血流會增加來補充消耗掉的氧氣。從神經活化到引發(fā)血液動力學的轉變，通常會有1-5秒的延遲，然后在4-5秒到達的頂峰，再回到基線〔通常伴隨著些微的下沖〕。這使得不僅神經活化區(qū)域的腦血流會轉變，局部血液中的去氧與帶氧血紅素的濃度，以及腦血容積都會隨之轉變?！睟loodoxygen-leveldependent,BOLD〕首先由貝爾試驗室小川誠二等人于1990年所提出[2與其同事很早就了解BOLD對于應用MRI于腦部功能性造影的重要性，但是第一個成功的fMRI爭論則是由JohnW.Belliveau1991〔Gd〕健民等人于19924月底提出了他的結果且于7月發(fā)表于PNAS。在接下來的幾年，小川博士發(fā)表了BOLD的生物物理學模型于生物物理學期刊。Bandettini博士也于1993年發(fā)表論文示范功能性活化地圖的量化測量。由于神經元本身并沒有儲存所需的葡萄糖與氧氣，神經活化所消耗的能量必需快速地補充。經由血液動力反響的過程，血液釋出葡萄糖與氧氣的比率相較于未活化神經元區(qū)域大幅提升。這導致了過多的帶氧血紅素布滿于活化神經元處，而明顯的帶氧/缺氧血紅素比例變化使得BOLD可作為MRI的測量指標之一。幾乎大局部的功能性磁共振成像都是用BOLD的方法來偵測腦中的反響區(qū)域，但由于這個方法得到的信號是相對且非定量的，使得人們質疑它的牢靠性。因此，還有其他能更直接偵測神經活化的方法〔像是氧抽取率〔OxygenExtractionFraction,OEF〕這種估算多少帶氧血紅素被轉變成去氧血紅素的方法；或偵測神經訊號造成的電磁場變化〕被提出來，但由于神經活化所造成的電磁場變化格外微弱，過低的信雜比使得至今仍無法牢靠地統(tǒng)計定量。BOLDfMRI原理血紅蛋白包括合氧血紅蛋白和去氧血紅蛋白,兩種血紅蛋化弛豫時間(T2)縮短效應。因此,當去氧血紅蛋白含量增加時,T2加權像信號減低。當神經元興奮時.電活動引起腦血流量顯著增加,同時氧的消耗量也增加,但增加幅度較低,其綜合效了T2T2加權像信號增加,反過來講就是T2BOLDBOLD-fMRIMR測量,響應神經活動的血液動力學變化fMRI的空間區(qū)分率雖然受到肯定限制,但能供給關于功能間隔的信息。BOLD成像是利用內源性MRI比照劑—脫氧血紅蛋白作為比照MRI紅蛋白磁化相關的場畸變正是BOLD比照度源,與功能活動相MRI腦磁圖(MEG)腦磁圖技術簡述腦磁圖(MEG)是無創(chuàng)傷性地探測大腦電磁生理信號的一種腦功能檢測技術，它通過超導量子干預儀SQUID對人腦進展非侵入性的測量，得到由腦內神經活動產生的頭外微弱磁場,在進展腦磁圖檢查時不需要固定于患者頭部，檢測設備對人體可以用它來進展人腦的動態(tài)行為比方誘發(fā)刺激反響的腦功能爭論。腦磁圖進展概況19Osrsted覺察隨著時間變化的電流四周產生磁場，磁場的方向遵循右手法則，即當右手拇指指向電流方向時其余四指所指的方向即為磁場方向。此法則同樣適用于生物電電流。人類首次記錄生物磁場測定是在1963年,由美國的Baule和Mcfee兩人用200萬匝的誘導線圈測量心臟5年以后,美國麻省理工學院的Cohen首次在磁屏蔽室內進展了腦磁圖記錄。Cohen用誘導線圈和信號疊加技8~12Hz節(jié)律電流所產生的腦磁信號。隨著電子技術的進展，1969Zimmermun與其同事制造了點接觸式超導量子干預儀，使探測磁場的靈敏度大大提高。首次記錄包括心磁圖，隨后在磁屏蔽室內使用該干預儀技術測量了腦磁圖。最早期的腦磁圖設備為單通道，也就是說有1個傳感器，它掩蓋的面積格外小，隨后消滅4通道、7通道、24通道、3764MEG信號發(fā)生氣理物磁性材料產生的感應磁場和侵入人體內的強磁性物質產生的剩余磁場。其中，第一種就是產生腦磁場的磁源。細胞膜內外的離子移動引起了腦內的電活動，由此產生了磁場。記錄下這種磁場變化即獲得腦磁圖。對于腦磁爭論來說，并不是全部的神經細胞都會產生可測量的電磁場。在中樞神經系統(tǒng)中，由于電流偶極子產生的磁場會隨著距離的平方而減低，只有在皮層上的電流才能有奉獻，且只有錐體細胞才產生磁場。一個電流偶極子用來表征處于興奮或抑制狀態(tài)的錐體細胞，在大腦皮層一個小區(qū)域內(通常為1~2cm2也就是它們同時同方向放電，從而形成了一個平面偶極層，因此也可用一個由較大偶極矩的偶極子來等效。但假設錐體細胞群(>2cm22一群這樣的細胞的平均行為可以被模擬成一個電流偶極子產生徑向的磁場和切向的電場，因此EEG主要是測量平行于顱骨的神經細胞的活動，而MEG主要是測量垂直于顱骨的這些細胞的活動。由此也可以知道，腦電腦磁能互補地測量皮層區(qū)域的錐體細胞的突觸后電位變化而產生的皮層電活動。對于MEG而只關心切向偶極子。通常，MEG信號源的電流偶極子的偶極矩在10nAm的量級，故對一個誘發(fā)刺激，大約有106個突觸會產0.1106個椎體細胞/mm2，而每個細胞又有大約數千個突觸，因此當在每平方毫米的皮層中有千分之一左右的突觸發(fā)生同步響應，就產生了可探測到的MEGMEG測量的主要設備腦磁圖的測量設備主要有以下幾個局部組成:磁屏蔽系統(tǒng)，主要作用是確保腦磁信號不被外界磁場干擾。電機、電線、汽車等各種電磁信號可明顯干擾腦磁信號，尤其是MR法、渦流屏蔽法和近年來制造的高溫超導屏蔽法，用的最普遍的屏蔽方法為鐵磁屏蔽法和渦流屏蔽法，其原理是磁屏蔽室由導磁率極高的稱之為金屬的合金構成，當外界磁流沖出磁屏蔽室時，磁流將通過磁屏蔽室壁并遠離磁屏蔽室內放置的傳感器系統(tǒng)。腦磁場的探測裝置:主要為超導量子干預儀及探測線圈組成。超導量子干預儀裝在一個大的杜瓦桶中，桶中裝有液氧，使傳感器四周溫度到達-2700C備的探測裝置使用梯度儀或磁強儀，或者兩者皆有。采集的信號輸入采集計算機工作站進展處理。立頭坐標系統(tǒng)，以便與磁共振疊加時共用一個坐標系統(tǒng)。主要是以雙側耳前點、鼻根處建立坐標系，通過固定在頭外表的四個或三個線圈確定頭的位置。MRI掃描前需將雙側耳前點及鼻AEMEG與MRI一坐標系統(tǒng)。以興奮腦的某些重要功能區(qū)，如用電極刺激雙側腕部正中神經指從而獲得支配食指運動的皮質興奮需要光電耦合裝置，賜予聽覺刺激獲得聽覺皮質區(qū)的位置需要聲音產生及輸送裝置等等，這些系統(tǒng)要與數據采集計算機及刺激計算機相連。信息綜合處理系統(tǒng):主要由分析工作站組成。由數據采集計算機獲得的MEG資料通過分析工作站對資料進展分析，需要將MRI所獲得的腦解剖構造資料通過計算機網絡傳送到MEG分析工作站，將MRI資料與MEG資料疊加形成磁源性影像。同時在MEG資料記錄的同時可同時記錄EEG資料,以便與MEG資料比較。灌液氧裝置:為了保持超導量子干預儀的超導狀態(tài)，目前所使用的腦磁圖設備需要每周灌1-2次液氧，最好常備一個大的無磁性的杜瓦桶，以及輸送液氧的虹吸管，當液氧水平降到0時要準時補充液氧。由于液氧由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時體積膨脹740留意低溫傷及窒息。腦磁圖的特點觀看人腦主要有3:MRI和CT形態(tài)和解剖學方面的信息;正電子放射斷層掃描PET和功能性核磁共振fMRI，供給有關腦血流量，腦耗氧量及腦代謝機能方面的信息;而腦磁圖MEG和腦電圖EEG供給的是有關人腦在信息處理方面的功能性信息。MEG通過非侵入性的、對人體完全無動的直接反映，能供給較好的時間區(qū)分率。也正是由于各種成像技術的特點，因此開展多模態(tài)的爭論成為了腦功能爭論的趨勢。腦磁圖技術的應用MEGMEG1976A5腦腫瘤四周腦重要功能區(qū)的定位：腦的功能區(qū)在個體間存在差異，并且，患有腦腫瘤時，腫瘤對四周正常構造造成擠壓移切除腫瘤，而避開損傷重要的功能區(qū)，從而提高患者術后生活質量。對某些不適合手術的患者，腦磁圖還可以指導伽馬刀的覺皮質、視覺、皮質及語言皮質定位。腦外傷后的腦功能檢查:對某些輕度腦