脑功能磁共振课件.ppt

1、医学资料1脑功能磁共振成像 医学资料21952年Purcell和Bloch获诺贝尔奖1971年Damadian发现肿瘤组织T1和 T2延长1973年Lauterbur发表充水试管的MR图 像1978年Mallard等取得第一幅人体MR 图像1980年MR机开始应用于临床1988年第一台MR机在中国应用于临床医学资料3诊断-治疗结构-功能宏观-微观医学资料4 磁共振的设备v磁体v线圈v计算机医学资料5 磁体的分类v永磁v常导v超导医学资料6医学资料7医学资料8医学资料9医学资料10MR基本原理医学资料11 （N）MRI(Nuclear)Magnetic Resonance Imaging (核）

2、磁 共振 成像医学资料12 MRI 医学资料13 MRI (N)医学资料14 MRI医学资料15 MRI医学资料16几组常用磁共振几组常用磁共振 参数的概念参数的概念医学资料17 lT1lT2lTRlTElT1WIlT2WI医学资料18l水长T1、长T2。l脂肪短T1、长T2。l软组织等T1、等T2。l钙化短T1、短T2。医学资料19医学资料20lT1WI：短TR（小于500ms)、短TE。lPDWI：长TR（500-1000ms)、短TE。lT2WI：长TR（大于2000ms)、长TE。医学资料21医学资料22 随着磁共振成像技术的迅猛发展，功能性随着磁共振成像技术的迅猛发展，功能性磁共振成

3、像技术亦日趋成熟。过去，临床功能磁共振成像技术亦日趋成熟。过去，临床功能性检查主要依靠同位素检查性检查主要依靠同位素检查(SPECT(SPECT、PETPET等等)。自九十年代末以来，功能性磁共振成像技术不自九十年代末以来，功能性磁共振成像技术不断地成功应用于临床，以其卓越的性能和全新断地成功应用于临床，以其卓越的性能和全新的技术，逐渐被临床工作者尤其神经科学工作的技术，逐渐被临床工作者尤其神经科学工作者的认同和接受。该技术即没有使患者暴露于者的认同和接受。该技术即没有使患者暴露于同位素的缺点，又有功能性与形态学完美结合同位素的缺点，又有功能性与形态学完美结合的优点，因此，作者认为，一旦功能性

4、磁共振的优点，因此，作者认为，一旦功能性磁共振广泛应用于临床，势必有着宽阔的前景。广泛应用于临床，势必有着宽阔的前景。医学资料23功能性磁共振成像功能性磁共振成像 （Functional Magnetic Resonance Imaging）分广义和狭义两种分广义和狭义两种医学资料24弥散加权成像（弥散加权成像（DWI）灌注加权成像（灌注加权成像（PWI）磁共振波谱成像（磁共振波谱成像（MRS）血氧饱和度水平检测（血氧饱和度水平检测（BOLD）广义功能性磁共振成像广义功能性磁共振成像医学资料25 特指血氧饱和度水平检特指血氧饱和度水平检测（测（Blood Oxygen Level Depend

5、ent 简称简称BOLD）。）。狭义功能性磁共振成像狭义功能性磁共振成像医学资料26血氧饱和度水平检测血氧饱和度水平检测（BOLDBOLD）医学资料2719901990年年BelliveauBelliveau手次报手次报导了血氧饱和度水平检测技导了血氧饱和度水平检测技术以来，该技术已成为神经术以来，该技术已成为神经科学家探测各类认识活动脑科学家探测各类认识活动脑内定位的有效方法之一。内定位的有效方法之一。医学资料28采样过程中需设置两种状态：一种采样过程中需设置两种状态：一种是活动、一种是休息（是活动、一种是休息（“A”A”和和“B”B”），），在两种状态下，收集由于代谢活动的改在两种状态下，

6、收集由于代谢活动的改变而引起的血氧水平增加信息，作为原变而引起的血氧水平增加信息，作为原始数据将这些原始数据进行标准化。如始数据将这些原始数据进行标准化。如动手实验中，要求受试者闭目、放松、动手实验中，要求受试者闭目、放松、停停3030秒、对掌运动秒、对掌运动3030秒、停秒、停3030秒、对掌秒、对掌运运动运运动3030秒、停秒、停3030秒，依次类推，完成秒，依次类推，完成1 1分分2020秒的扫描过程。秒的扫描过程。医学资料29医学资料30在工作站，将在工作站，将“A”A”状态和状态和“B”B”状态中标化的原始数据进行类比，状态中标化的原始数据进行类比，无代谢活动改变的区域即血氧水平无代

7、谢活动改变的区域即血氧水平无改变的感兴趣区域脑组织设为无改变的感兴趣区域脑组织设为0 0，而有代谢活动改变的区域即血氧水而有代谢活动改变的区域即血氧水平增高或减低的感兴趣区域脑组织平增高或减低的感兴趣区域脑组织数字化，并依据血氧水平增高或减数字化，并依据血氧水平增高或减低的情况作出伪彩图像。低的情况作出伪彩图像。医学资料31手对掌运动手对掌运动医学资料32双手对掌运动双手对掌运动医学资料33fMRI医学资料34医学资料35功能性磁共振成像的生理学基础功能性磁共振成像的生理学基础脑活动状态的生理学变化脑活动状态的生理学变化脑活动状态的代谢变化脑活动状态的代谢变化脑活动状态的血管变化脑活动状态的血

8、管变化 医学资料36功能脑成像的目的功能脑成像的目的是描绘出活体脑是描绘出活体脑组织活动的空间和时间位置。组织活动的空间和时间位置。监测脑细胞活动性的金标准是直接、侵入监测脑细胞活动性的金标准是直接、侵入性地记录单个神经元细胞膜的电势能；然性地记录单个神经元细胞膜的电势能；然而，这些方法仅限于实验中使用。而，这些方法仅限于实验中使用。在以人为研究对象时必须用非侵袭性的方在以人为研究对象时必须用非侵袭性的方法，因此这些方法本身具有局限性。非侵法，因此这些方法本身具有局限性。非侵袭性脑功能成像有两种方法：（袭性脑功能成像有两种方法：（1 1）电生理）电生理的方法和（的方法和（2 2）代谢）代谢/血

9、流的方法。血流的方法。医学资料37电生理的方法电生理的方法:脑电图（脑电图（EEGEEG）脑磁图描记术（脑磁图描记术（MEG)MEG)代谢代谢/血流的方法血流的方法:正电子发射体层成像（正电子发射体层成像（PETPET）功能磁共振成像（功能磁共振成像（fMRIfMRI）医学资料38利用成像设备产生功能图像的过程被利用成像设备产生功能图像的过程被称作功能重建。要理解如何用这些方称作功能重建。要理解如何用这些方法获得功能图像重要是要理解：法获得功能图像重要是要理解：脑活动与测量的生理参数之间的脑活动与测量的生理参数之间的关系。关系。这些生理参数与脑功能图像之间这些生理参数与脑功能图像之间的关系。的

10、关系。医学资料39 生理参数 方法葡萄糖消耗量葡萄糖消耗量 FCG-PETFCG-PET，FDG-SPETFDG-SPET氧耗量氧耗量 O O2 2-PET-PET细胞色素细胞色素-C NIRS-C NIRS(叶绿醇氧化还原状态叶绿醇氧化还原状态)脑血容量脑血容量 H H2 2O-PET,O-PET,氙氙-，ECD-ECD-，MPAO-SPET,MPAO-SPET,fMRIfMRI,氙氙-CCT,NIRS+-CCT,NIRS+造影剂造影剂,TCD TCD脑血氧含量脑血氧含量 fMRIfMRI（BOLDBOLD）；）；NIRSNIRS；内；内 在的视觉信号（去氧血红在的视觉信号（去氧血红 蛋白，

11、血红蛋白浓度）蛋白，血红蛋白浓度）医学资料40脑活动 代谢变化 功能图像脑活动 血管变化 功能图像医学资料41磁共振脑功能成像的磁共振脑功能成像的数据分析数据分析 医学资料42 磁共振脑功能成像的数据处理和分析的磁共振脑功能成像的数据处理和分析的方法很多，由于处理的数据量通常很大，因方法很多，由于处理的数据量通常很大，因此绝大多数研究的数据处理和分析多通过专此绝大多数研究的数据处理和分析多通过专门的软件包来完成。磁共振工作站所附带的门的软件包来完成。磁共振工作站所附带的软件虽然也可完成这项工作，如软件虽然也可完成这项工作，如GE公司的公司的FUNCTOOL等，但其处理较粗糙和简单，等，但其处理

12、较粗糙和简单，仅可作为实验结果的初步观察，一般不能达仅可作为实验结果的初步观察，一般不能达到科学研究的需要。到科学研究的需要。概述概述医学资料43ACTIV2000AFNI*BrainVoyagerFIASCOFMRI Analysis PackageFSLLyngbyMEDxSPM*StimulateVoxBo常用磁共振脑功能成像处理软件包常用磁共振脑功能成像处理软件包 医学资料44图像数据的获取图像数据的获取图像数据的转换图像数据的转换图像数据分析图像数据分析图像数据展示图像数据展示 医学资料45移动校正移动校正层面的延时校正层面的延时校正空间滤过空间滤过信号强度的标化信号强度的标化时序滤

13、过时序滤过图像数据的预处理图像数据的预处理医学资料46移动校正移动校正平滑平滑标化标化通用线性模型通用线性模型统计参数图统计参数图 (SPM)(SPM)fMRIfMRI时间序列时间序列参数评估设计矩阵设计矩阵标 准 脑标 准 脑模版模版高斯内核高斯内核p 0.05采用高斯野理论的推论采用高斯野理论的推论局部数据的校正局部数据的校正空间分布模式以及空间分布模式以及相互有效的连通性相互有效的连通性医学资料47 感觉、运动、认知功能障碍是医学中的重点，然感觉、运动、认知功能障碍是医学中的重点，然而我们在对他们进行诊断、监测这项战略中还存在实而我们在对他们进行诊断、监测这项战略中还存在实质性的限制。在

14、当今的医疗实践中，中枢神经系统疾质性的限制。在当今的医疗实践中，中枢神经系统疾病大致分成神经病学的（疾病的生物学基础已被认识病大致分成神经病学的（疾病的生物学基础已被认识的）和精神病学的（其特殊的生物学基础还不确定的）和精神病学的（其特殊的生物学基础还不确定的）。这种相当武断的分类根源于强调结构病理学。的）。这种相当武断的分类根源于强调结构病理学。功能测试直到现在还非常有限。传统医学的神经病学功能测试直到现在还非常有限。传统医学的神经病学和精神病学检查是通过特殊的刺激引起预期的反应来和精神病学检查是通过特殊的刺激引起预期的反应来检查神经系统。如反应正常其所做出的诊断是神经系检查神经系统。如反应

15、正常其所做出的诊断是神经系统正常。这统正常。这“黑箱黑箱”方法现在可能被置疑，因为大脑方法现在可能被置疑，因为大脑甚至在遇到严重损伤时也能够产生表面上是正常的反甚至在遇到严重损伤时也能够产生表面上是正常的反应。然而，最后通过结合临床与病理，人们了解到许应。然而，最后通过结合临床与病理，人们了解到许多，这样的研究仅仅代表着对单个时间点的比较。多，这样的研究仅仅代表着对单个时间点的比较。医学资料48工作人员工作人员病员的准备病员的准备患者的安全性患者的安全性模式模式扫描仪扫描仪控制系统控制系统 临床临床fMRI的质量保证的质量保证医学资料49手术前计划手术前计划:动静脉畸形动静脉畸形,脑肿脑肿瘤瘤

16、诊断诊断:Alzheimers:Alzheimers病病恢复治疗恢复治疗:中风模式中风模式功能重组功能重组:臂丛移位臂丛移位另类研究另类研究:针刺镇痛针刺镇痛,气功气功,吸毒吸毒 fMRI应用的临床病例展示应用的临床病例展示医学资料50中文汉字和空白注视点对比中文汉字和空白注视点对比顶上回顶上回顶下回顶下回额上回额上回扣带回扣带回医学资料51中文汉字和空白注视点对比中文汉字和空白注视点对比额中回额中回角回角回额下回额下回颞中回颞中回医学资料52拼音和空白注视点对比拼音和空白注视点对比额上回额上回额中回额中回额下回额下回顶上回顶上回顶上回顶上回顶下回顶下回医学资料53拼音和空白注视点对比拼音和空

17、白注视点对比额下回额下回颞中回颞中回颞下回颞下回医学资料54中文汉字和拼音对比中文汉字和拼音对比额上回额上回额中回额中回额中回额中回医学资料55中文汉字和拼音对比中文汉字和拼音对比额下回额下回颞上回颞上回额下回额下回医学资料56材料与方法 HMGHMG，女，女，3737岁，右利，受教育岁，右利，受教育5 5年，年，工人。工人。20002000年年6 6月月5 5日因高血压发生左日因高血压发生左侧基底节区出血，出现右侧肢体瘫痪，侧基底节区出血，出现右侧肢体瘫痪，经当地医院治疗后好转，同年经当地医院治疗后好转，同年7 7月月5 5日日患者又突发语言障碍来我院就诊，经患者又突发语言障碍来我院就诊，经

18、CTCT、MRMR检查发现右侧基底节区及额顶检查发现右侧基底节区及额顶叶脑梗死，收入院治疗。叶脑梗死，收入院治疗。医学资料57材料与方法选用选用3636对由双字词及非词。所有词均为名词。对由双字词及非词。所有词均为名词。具有很强的想象性如：马路、火柴、肥皂；具有很强的想象性如：马路、火柴、肥皂；另一类为无意义的非词如：杀电、尖八。另一类为无意义的非词如：杀电、尖八。将将3636对词组分为六组，每组均包括三个常用对词组分为六组，每组均包括三个常用 词组和三个无意义词组，并在每组词组之间词组和三个无意义词组，并在每组词组之间 用用“+”“+”间隔。间隔。医学资料58材料与方法对照组任务为对照组任务

19、为“+”+”，显示时间为，显示时间为3030秒，秒，被试仅观看注视点。被试仅观看注视点。显示模式为：显示模式为：“+”30+”30秒，秒，6 6个词组个词组3030秒，秒，每个词组显示每个词组显示5 5秒；秒；“+”30+”30秒，秒，6 6个词组个词组 3030秒秒，共，共6 6次采样。次采样。分别行患者治疗前后、对照，共分别行患者治疗前后、对照，共3 3次扫次扫 描。描。医学资料59 结 果医学资料60 结 果医学资料61 结 果治疗前治疗前医学资料62 结 果治疗后治疗后医学资料63 右侧半球在语言功能损害和恢复中的作用：讨 论治疗后治疗后治疗前治疗前 额中回(BA9/10)额中回(BA

20、9/10)医学资料64 右侧半球在语言功能损害和恢复中的作用：讨 论治疗后治疗后治疗前治疗前 颞中回 颞中回额中回额中回医学资料65 右侧半球在语言功能损害和恢复中的作用：讨 论治疗后治疗后治疗前治疗前病灶周围病灶周围额中回额中回医学资料66 右侧半球在语言功能损害和恢复中的作用：讨 论治疗前治疗前语言功能障碍语言功能障碍右侧半球语言功能活跃语言功能活跃治疗后治疗后语言功能恢复语言功能恢复右侧半球语言功能减弱语言功能减弱医学资料67 左侧半球在语言功能损害和恢复中的作用：讨 论治疗前治疗前治疗后治疗后额中回额下回额中回额下回医学资料68 左侧半球在语言功能损害和恢复中的作用：讨 论治疗前治疗前

21、治疗后治疗后额中回额下回额中回额下回医学资料69 左侧半球在语言功能损害和恢复中的作用：讨 论治疗前治疗前治疗后治疗后额中回额下回额中回额下回医学资料70 左侧半球在语言功能损害和恢复中的作用：讨 论治疗前治疗前治疗后治疗后顶下回额下回顶下回额下回医学资料71 左侧半球在语言功能损害和恢复中的作用：讨 论治疗前治疗前语言功能障碍语言功能障碍左侧半球语言功能减弱语言功能减弱治疗后治疗后语言功能恢复语言功能恢复左侧半球语言功能恢复语言功能恢复医学资料72控制成像环境的质量，患者的准备和控制成像环境的质量，患者的准备和选择，以及适当的校对参数是必须的。选择，以及适当的校对参数是必须的。提供了监测这些内在的代偿机制来对提供了监测这些内在的代偿机制来对付由于疾病所造成的损害。付由于疾病所造成的损害。一个不同专业间的神经放射学医师队一个不同专业间的神经放射学医师队伍，认知心理学者和精神病专家将需要伍，认知心理学者和精神病专家将需要确保将这刚刚发展起来的确保将这刚刚发展起来的fMRIfMRI技术能合技术能合理地应用于临床。理地应用于临床。总总 结结医学资料73