脑血氧水平依赖性功能MR成像研究与进展

《脑血氧水平依赖性功能MR成像研究与进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、万方数据·国外医学临床放射学分册2001年第24卷第2期·综述影像诊断学脑血氧水平依赖性功能MR成像研究与进展复旦大学医学院华山医院放射科张忠林综述沈天真陈星荣审校摘要脑神经科学与MR成像技术的迅猛发展为临床MR诊断从单一形态学研究到形态与功能相结合的系统研究提供了可靠的保证，脑功能成像已成为世纪之交影像学深入探讨的热点课题之一。本文就fMRl的成像原理、技术、正常皮质中枢功能及在脑部疾病中的研究与进展作一综述。关键词脑磁共振成像皮质中枢血氧水平依赖性在人类跨入新世纪的时候，脑神经科学也进人了一个关键时期。．脑科学研究已从细胞

2、、分子、回路、系统、行为变化等不同层次做了大量探索。多学科、多层次的渗透交叉促进了人类脑功能的研究深度，其中功能MR成像(functionalmagneticresonanceimag—ing，fMRI)就是自90年代以来的一项新发展，它为临床MR诊断从单一形态学研究到形态与功能相结合的系统研究开辟了一条崭新的道路。本文就fMRI的血氧水平依赖性(BOLD)现象、成像原理、正常皮质中枢功能及在脑部疾病中的研究与进展作一综述。一、BOLD及fMRI的历史背景美国贝尔实验室学者Ogawa【l’21于1990年发现血液中的脱氧血红蛋

3、白可改变血管周围水分子的质子信号，这种信号可通过梯度回波序列检测出来，从而产生血氧水平依赖(bloodoxygenationlevel—dependent，BOLD)增强效应，并应用7TMR机观察大鼠吸人气体及注释胰岛素后体内的生理变化对BOLD现象作了详细观察，研究表明02绝对含量增加，信号强度增加，BOLD增强依赖于内源性氧增强剂，同时外源性刺激通过特定手段可显示短暂血氧含量变化的信息，为fMRI成像奠定了物理学基础。1991年麻省总医院Belliveau等学者开创了功能MR成像的先例。Belliveau等131对7例正常

4、人视觉刺激后脑局部血液动力学的变化规律进行了研究，在黑暗与光线刺激(频率为7．8Hz)两种状态下，注射Gd—DTPA后测量局部脑血容积(CBV)，结果显示在光刺激下距状裂两侧视皮质中枢CBV增加明显，平均达32±10％，与黑暗状态下相比，P<0．001，局部被激活区域大小左侧为(252±87)mm2，右侧为(260±175)mm2，并认为高分辨力fM—RI可探索脑高级功能的活动，预言fMRI将是脑神经领域中研究人脑结构与功能的极有价值的方法。二、成像原理与技术(一)原理与重建算法fMRI是以脱氧血红蛋白的磁敏感效应为基础的MR

5、成像技术。局部脑皮质通过外在特定任务刺激后，局部血流量增加，即氧合血红蛋白增加，而局部脑耗氧量增加不明显，即局部脱氧血红蛋白含量相对降低。一方面，脱氧血红蛋白具有很强的顺磁效应，引起局部组织周围磁场失65万方数据去均匀性，增加了体素内磁敏感性引起的去相位，引起信号下降；另一方面，氧化血时或T2比脱氧血的E或T2要长，从而氧合血红蛋白绝对量的增加引起局部皮质区的信号增加【4】。还有学者提出激活区信号改变还与其它因素有关，如血液流人效应、引流小静脉、血细胞比容、CBF和CBV等均有关联【5】。fMR成像基本过程是通过外在有规律任务

6、与静止两种状态的交互刺激，经傅里叶转换获得一系列随时间推移的动态原始图像，在离线(offline)工作站作图像后处理，通过设定阈值使两种状态下的原始图像进行匹配减影，同～层面的减影图像经像素平均化处理后，使用交叉相关crosscorrelation)技术重建功能激发图像H1。相关系数算法是BOLD图像后处理的关键步骤。相关系数cc=t4t2+NA+NB一2，其中A、B分别表示静止与激发两种状态，NA、NB分别为A、B两种状态下的激发次数，t为t检验参数，t=(S一＆)／南，SA、S为A、B状态下的激发信号强度的平均值，砩为标准

7、误【6】。在实际工作中，为了减少病人轻微移动引起的基线漂移，一般通过直线回归分析法而使时间过程图呈相对标准城垛墙样的动态过程图。相关系数的可信度亦采取设定阈值的方法，阈值越高，可信度越低，反之，可信度越高。阈值设定的优点既限制了噪音，提高了SNR，同时，又消除了由于搏动血液及脑脊液等伪相关因素的影响⋯。特别是活动区的校正、标化、定位以及定量指标的测定等图像后处理功能将随着软件技术的开发进一步加强。(二)成像技术1．硬件要求：目前大多数fMRI成像需要1．5～2．0T以上高场强MR设备，国外已有部分MR研究中心应用3．0T设备进

8、行实验与临床研究。Thulborn【71报道应用3．0TMR设备对部分患者进行了运动、语言及空间视觉功能成像，认为超高场强(3．()T)既可·国外医学临床放射学分册2001年第24卷第2期·提高空间分辨力，像素可达0．8ramX1．6ramX3．0mm，又可提高活动区的显示率