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医学功能成像技术 第二讲 功能性磁共振成像 吕维雪 本讲座撰写人吕维雪先生 浙江大学教授 解剖结构的磁共振成像已经在临床和研究中被普遍接受了 功能性磁共振成 像做脑功能定位的出现更进一步扩大了磁共振成像技术在临床上的作用 这一新 技术可以通过检测神经活动对局域血流 流量 以及氧饱和的影响产生被激活脑 区的图像 它对于进一步理解脑的结构 功能和病理学之间的关系有重要的作用 而且该技术是无损的 能很容易地和现有的临床实践集成 所以受到了很大的重 视 仅有结构成像技术是不能确定功能性的神经解剖学的 已经证明即使在正常 人中 其脑的中央沟都有很大差异 这种情况当存在脑肿瘤时变得更为严重 这 时会有质量效应和功能性的重新组织 能做功能性定位的技术可以在畸变和脑解 剖不确定的场合下提供有临床意义的信息 在对脑肿瘤做手术治疗时功能性成像也是很有价值的 在很多场合中需要对 主要的功能性皮层做精确的定位 以便能最大程度地切除病态组织而使术后的神 经性后遗症减到最少 术前能确定主要的功能区对于评价手术是否可行和手术的 方案都有重要意义 术前关键功能区的定位是功能性磁共振成像立即可以对临床有用的领域 fMRI 可以在医院现有的MRI 扫描仪上做功能区定位的常规检查 图像的采集和 处理时间基本上和结构性MRI 检查类似 除了这种应用以外 fMRI 对许多心理 学和认知异常方面的理解和治疗也有潜在的临床价值 一 功能性磁共振的原理 要了解功能性磁共振需要熟悉磁共振的物理原理 它决定了信号的特性并由 这些信号形成图像 1990 年Seiji Ogawa 首先报道了在磁共振图像中发现了血液氧合对T2* 的影 响 他注意到当血液氧合降低时皮层血管变得更清楚了 他知道这是由于去氧基 血红素造成局域磁场不均匀的结果 并把这一方法称为BOLD(Blood Oxygenation Level Dependent)法 以后Robert Turner 用快速平面回波成像观察到了动物在吸了 缺氧的氮气后这种氧合变化的过程 很快在人体上也观察到类似的变化 人脑中受激发区会有局域血流增加是由PET 的功能性成像所证实了的 用造 影剂的MR 成像证实了由于感官的刺激血容量也会增加 看来血流的增加量超过 了组织对氧的需求量 于是在静脉血液中的含氧量增加 去氧基血红素降低( 图 1) 由于去氧基血红素是顺磁的 它改变了 T2*加权的磁共振图像信号 这样去 氧基血红素有时被看成是内生的反差增强剂(造影剂) 并用作fMRI 的信号源 采 用适当的成像序列 人脑的皮层功能可以在临床用的扫描仪上(场强 1.5T)不用外 加的反差增强剂来观察 从磁共振信号决定的脑区功能性活动证实了已知的解剖 学上不同处理区(视觉皮层 运动皮层 与说话和语言活动相关的Broca 区) fMRI 作为一种把大脑活动与特定任务或感受过程联系起来的成像技术其主 要优点包括: (1) 不需要注射放射性同位素; (2) 所需的总扫描时间很短; (3) 功能图像平面中的分辨率通常约1.5mm 1.5mm (小于1mm 的分辨率是 可能的) 与以PET 方法得到的功能图像相比 PET 要注射放射性同位素 多次采集(因 而增加了成像时间) 此外 PET 图像的分辨率比fMRI 的象素尺寸要大得多 而 且PET 通常要用多个人的脑图像结合起来以得到可靠的信号 因而个体病人的信 息被平均掉了 虽然这些限制对许多神经科学方面的应用仍可适用 但它们对于 评价特定病人的神经外科和治疗计划不是最合适的 二 fMRI 方法 尽管 fMRI 是很有前途的一种技术 但它还不能说是已经完全确立的技术 因为对所涉及的准确机理 可靠的检查步骤 以及应用方面的限制都还没有严格 地建立起来 例如 目前的fMRI 技术是建立在局域血流和血液氧合变化的基础 上的 如果病人的病理条件或服用的药物会改变局域血流和血液氧合 则又将会 怎样 此外 大家都知道磁共振成像本身可以有很多种变化的方法 例如在成像 脉冲的序列上就有许多不同的种类 fMRI 成像的序列也可以根据不同的成像目的 而有很大的不同 所以现在有许多不同的成像序列用于各种不同的检查 事实上 随着这种技术的发展 以往为其它应用而开发的大量成像序列现在都被试用在 fMRI 上 看看是否有用 对fMRI 序列的要求主要包括对被测参量的敏感性 成 像的稳定