磁共振不同模态原理简介

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1、功能性磁共振成像功能性磁共振成像是一种新兴的神经影像学方式，其原理是利用磁振造影来测量神经元活动所引发之血液动力的改变。目前主要是运用在研究人及动物的脑或脊髓。背景自从1890年代开始，人们就知道血流与血氧的改变（两者合称为血液动力学）与神经元的活化有着密不可分的关系。神经细胞活化时会消耗氧气，而氧气要借由神经细胞附近的微血管以红血球中的血红素运送过来。因此，当脑神经活化时，其附近的血流会增加来补充消耗掉的氧气。从神经活化到引发血液动力学的改变，通常会有1-5秒的延迟，然后在4-5秒达到的高峰，再回到基线（通常伴随着些微的下冲）。这使得不仅神经活化区域的

2、脑血流会改变，局部血液中的去氧与带氧血红素的浓度，以及脑血容积都会随之改变。血氧浓度相依对比（Bloodoxygen-leveldependent,BOLD）首先由小川诚二等人于1990年所提出，接着由邝健民等人于1992年发表在人身上的应用。由于神经元本身并没有储存能量所需的葡萄糖与氧气，神经活化所消耗的能量必须快速地补充。经由血液动力反应的过程，血液带来比神经所需更多的氧气，由于带氧血红素与去氧血红素之间磁导率不同，含氧血跟缺氧血量的变化使磁场产生扰动而能被磁振造影侦测出来。借由重复进行某种思考、动作或经历，可以用统计方法判断哪些脑区在这个过程中有信

3、号的变化，因而可以找出是哪些脑区在执行这些思考、动作或经历。几乎大部分的功能性磁共振成像都是用BOLD的方法来侦测[1]  脑中的反应区域，但因为这个方法得到的信号是相对且非定量的，使得人们质疑它的可靠性。因此，还有其他能更直接侦测神经活化的方法（像是氧抽取率（OxygenExtractionFraction,OEF）这种估算多少带氧血红素被转变成去氧血红素的方法）被提出来，但由于神经活化所造成的电磁场变化非常微弱，过低的信杂比使得至今仍无法可靠地统计定量。功能性磁共振成像的应用分为三种情况：[2] 1、扩散成像，人体内的水分子存在布朗运动形式的随机扩散

4、。这种扩散信息与弛豫时间T1、T2是无关的，它能在分子水平上提供功能性的信息。2、灌注成像，在显微毛细血管层次上的血液动力学成像，传统上是用同位素成像的方法来解决的。在磁共振成像中的平面回波成像方法不仅能同样提供有关的区域脑血流及脑血流量的信息，而且比传统方法具有更高的空间分辨率。3、任务急活的图像，人体在做某项活动时，大脑皮层特殊的区域中会有相应的反映。用fMRI测定大脑血液的氧合水平就能直接进行脑功能的研究。Biswal在1995年分析血氧水平依赖信号(BOLD)时首次发现自发性低频振荡信号(low-frequencyfluctuations，LFF

5、s)，即频率位于0.01-0.08Hz的BOLD信号，可以排除心跳、呼吸等干扰从而反映脑静息状态的神经活动。低频振幅(amplitudeoflowfrequencyfluctuation,ALFF)可作为测量局部神经元自发活动幅度的方法，计算0.01-0.08Hz内频率幅值的平均值来描述体素自发活动的情况，从能量角度反映静息状态下各个体素自发活动水平的高低。然而ALFF对于脑活动无关的生理噪声如脑室、脑池和大血管附近等非特异区域振幅比较敏感，为了去除该噪声影响，Zou等发明了fALFF(fractionamplitudeoflowfrequencyflu

6、ctuation,fALFF)的分析方法，用低频能谱(0.01-0.08Hz)与整个能谱(0-0.25Hz)的比率抑制了脑脊液及静脉造成的干扰，增强了脑活动相关皮层的信号检出率，对自发神经元活动有较好的敏感性和特异性。结构磁共振成像磁共振成像（MagneticResonanceImaging,简称MRI），又称自旋成像（SpinImaging）。它利用磁场与射频脉冲使人体组织内运动的氢核（即H+）发生震动产生射频信号，经计算机处理而成像的。含单数质子的原子核，例如人体内广泛存在的氢原子核，其质子有自旋运动，带正电，产生磁距，有如一个小磁体，小磁体自旋轴的

7、排列无一定规律，但如果在均匀的强磁场中，则小磁体的自旋轴将按磁场磁力线的方向重新排列。在这种状态下，用特定频率的射频脉冲（radiofrequency，RF）进行激发，作为小磁体的氢原子核吸收一定的能量而发生共振，即发生了磁共振现象。停止发射射频脉冲，被激发的氢原子核就会把所吸收的能逐步释放出来，其相位和能级都恢复到激发前的状态。这一恢复过程称为弛豫过程（relaxationprocess），而恢复到原来平衡状态所需的时间则称之为弛豫时间（relaxationtime）。有两种弛豫时间，一种是自旋-晶格弛豫时间（spin-latticerelaxatio

8、ntime），又称纵向弛豫时间（longitudinalrelaxationti