磁共振功能成像的应用
磁共振成像的原理与应用
磁共振成像的原理与应用磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种无创性的医学影像检查技术，广泛应用于临床医学领域。
MRI利用核磁共振现象，通过在人体内产生强大的磁场和射频脉冲，对人体组织进行断层成像，以获取高分辨率的解剖结构和生理功能信息。
本文将介绍MRI 的原理及其在医学中的应用。
一、磁共振成像的原理MRI的工作原理基于核磁共振现象，即原子核处于外部磁场中时，能够吸收或发射特定频率的电磁辐射。
核磁共振现象是由于原子核自旋的存在，当一强磁场施加在原子核上时，原子核自旋会在磁场的作用下呈现不同的能级。
当原子核在这两个能级之间跃迁时，会吸收或发射电磁辐射，这种现象即核磁共振。
实现MRI成像需要一个强磁场、一组梯度磁场和一组射频脉冲。
首先，强磁场使人体内的原子核自旋定向，形成一个整体的磁矢量。
接着，通过梯度磁场对磁场的分布进行控制，使得磁场在不同方向上有所变化。
然后，通过向人体内发送一组射频脉冲，使部分原子核自旋发生共振现象。
当射频脉冲关闭后，原子核自旋会恢复原来的状态，同时发射出特定频率的电磁辐射信号。
最后，通过接收和解析这些电磁辐射信号，根据其强度、频率等信息，将其转化为图像，从而得到人体组织的断层图像。
二、磁共振成像的应用1. 临床诊断MRI在临床上的应用非常广泛，可以检测到人体内部各种器官和组织的形态和结构。
例如，在神经科学领域，MRI可用于观察脑部结构、器质性损伤和神经退行性病变；在心脏疾病诊断方面，MRI可用于观察心脏的大小、形态和心肌的运动情况；在骨科方面，MRI可用于观察关节软骨、骨骼肿瘤和软组织的病变等。
2. 功能研究除了结构成像，MRI还可用于研究人体各个器官的功能。
例如，在脑科学研究中，功能性磁共振成像（fMRI）可以通过观察脑部的血氧水平变化，间接反映出不同脑区的功能活动状态。
fMRI广泛应用于研究人类的感知、认知、运动等各个领域，为神经科学的研究提供了强有力的工具。
磁共振成像技术在人类大脑研究中的应用
磁共振成像技术在人类大脑研究中的应用磁共振成像技术（Magnetic Resonance Imaging，简称MRI）是一种利用磁场和射频波对人体进行无创成像的技术。
它可以为医学和生物学研究提供非常有用的信息，而在人类大脑研究领域，MRI技术无疑具有极高的价值。
本文将探讨MRI在人类大脑研究中的应用。
1. MRI技术概述MRI技术是一种利用人体内氢原子在外部磁场和射频场中的共振现象来进行成像的技术。
在磁场中，人体内的大多数原子会呈现自旋取向的相同状态，而外界的射频场则会使得这些原子受到激发并发生共振。
这时，MRI机器就会感知到这些原子的共振信号，并将它们转换为图像。
2. 功能MRI技术一般来说，MRI技术可以为人体提供不同层面和不同部位的图像信息，但在大脑研究中，最为重要的是功能MRI技术（functionalMRI，简称fMRI）。
fMRI技术可以通过对血氧水平的测量来描绘出脑部各个区域在特定任务下的代谢水平变化。
fMRI技术的基本原理是，在人体进行某个任务时，与之相关的脑区会消耗更多的氧气。
这些脑区的血氧水平会下降，从而引发局部的血流量增加。
fMRI机器可以测量这种血氧水平的变化，并将其转化成图像。
由于特定任务在不同的脑区引发的代谢水平变化是不同的，fMRI技术可以用来描绘出各种任务在不同的脑区中引发的代谢水平变化，从而揭示出不同脑区之间的连接和功能。
3. MRI技术在认知神经科学中的应用MRI技术的应用领域非常广泛，但在认知神经科学中的应用尤为显著。
通过fMRI技术，研究者可以探究人类大脑在不同任务中的代谢水平变化及其相应的脑区活动。
这项技术可以用来探究和揭示人类大脑各种行为和认知过程的神经机制，如视觉、听觉、语言、记忆、决策等。
4. MRI技术在精神疾病研究中的应用除了在认知神经科学中的应用外，MRI技术在精神疾病研究中也有很大的应用价值。
例如，在精神疾病治疗前后，MRI技术可以揭示出脑区的代谢水平变化情况，从而帮助研究人员了解疾病治疗的作用机制。
功能性磁共振原理及临床应用
那什么又是功能性磁共振图像？
• 功能性磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging , fMRI）技术已广泛 应用于脑功能的临床和基础研究。fMRI结合了 功能、解剖和影像三方面的因素, 为临床磁共振 诊断从单一形态学研究到与功能相结合的系统研 究提供了强有力的技术支持。该技术具有无创伤 性、无放射性、可重复性、较高的时间和空间分 辨率、可准确定位脑功能区等特点, 为脑神经科 学提供了广阔的应用前景。
• 狭义的功能性磁共振成像技术专指BOLD 成像
功能磁共振脑成 像(FMRI)。
• fMRI优点: 较好的时间和空间分辨率
•
毋需注射放: 成像时间长﹑对钙化显示不敏感
•
有禁忌症
•
功能性磁共振成像原理的临床应用
图片说明: 功 能性磁共振成 像资料(黄到橘 色)叠在数人平 均而得的脑部 解剖影像(灰阶) 上方，显示出 受外界刺激时 的脑部活化区 域。
功能性磁共振成像 的原理及临床应用
091514
纲要
• 磁共振成像原理 • 功能性磁共振成像原理 • 功能性磁共振成像的应用
什么是核磁共振？
常用的核磁共振设备
X光机 MRI
X-CT ECT
磁共振成像的原理及临床应用
• 磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging ,MRI), 又称核磁共振成像 （Nuclear MagneticResonance ,NMR）, 是一种新的、非创伤性的成像方法, 它不用电离 辐射而可以显示出人体内部解剖结构。
磁共振成像技术在医疗领域的应用
磁共振成像技术在医疗领域的应用磁共振成像技术（Magnetic Resonance Imaging，MRI），是一种先进的医学影像学检查技术。
相比于传统的X光和CT等影像学检查技术，MRI拥有更高的分辨率、更准确的定位、更低的辐射剂量等优点，因此在近年来的医疗领域中得到了广泛的应用。
本文将介绍MRI的原理、优势以及在医疗领域中的应用。
一、MRI的原理MRI的原理是基于磁共振现象，即在磁场中放置一个被探测的原子核，该核会被磁场影响，使其原子核磁矩发生变化，进而产生一个可以被检测的信号。
通过对这些信号的解析，便可以得出被检测物体的结构、组织类型、病变情况等信息。
二、MRI的优势与传统X光和CT等医学影像技术相比，MRI有以下几个显著的优势：1.更高的分辨率MRI的分辨率非常高，可以清楚地显示出人体的内部结构，这使得医生可以更准确地诊断病情，从而能够更好地制定治疗方案。
2.更准确的定位由于MRI具有高度的空间分辨率，因此它可以非常准确地定位一个特定的病变。
这对于一些精确的手术操作非常有帮助，可以大大降低手术风险。
3.更低的辐射剂量相比于传统的X光和CT检查，MRI几乎没有辐射剂量，因此非常适合对于长时间需要重复检查的患者，如癌症患者等。
三、MRI在医疗领域中的应用1.神经科学MRI在神经科学领域中应用非常广泛。
通过MRI技术，可以对大脑的结构和功能进行研究，有助于我们更好地理解大脑的运作机制。
此外，MRI还可以用于诊断和研究一些神经系统疾病，如脑卒中、阿尔茨海默病等等。
2.心血管科学MRI可以非常准确地检测心脏及其周围组织的结构和功能，因此在心血管科学领域中应用非常广泛。
通过MRI可以检测出心脏肌肉萎缩、心脏病变等心脏病。
3.肿瘤学MRI对于肿瘤的检测非常准确，可以显示出肿瘤的形状、大小、位置及其与周围组织的关系等信息。
这对于肿瘤的诊断和治疗非常有帮助。
4.运动医学MRI技术可以非常准确地检测运动器官如肌肉、骨骼等的结构和功能，因此在运动医学中应用非常广泛。
功能性磁共振成像技术在脑神经系统健康评估的应用
功能性磁共振成像技术在脑神经系统健康评估的应用简介：脑神经系统的健康是人类生活中至关重要的一方面。
随着科技的不断进步，功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）作为一种非侵入式的神经影像技术，逐渐成为评估脑神经系统功能和健康的重要工具。
本文将介绍功能性磁共振成像技术在脑神经系统健康评估中的应用。
一、功能性磁共振成像技术简介功能性磁共振成像技术是一种通过测量脑血流变化来反映脑功能的方法。
通过对被试者在某种任务或静息状态下的脑区活动进行观察和测量，可以获得大脑活动的空间和时间信息。
在功能性磁共振成像中，主要使用血氧水平依赖（blood oxygen level dependent，BOLD）信号来反映脑血流量的变化。
二、功能性磁共振成像技术在脑神经系统健康评估中的应用1. 疾病诊断与分类功能性磁共振成像技术可以帮助医生诊断和分类多种脑神经系统疾病，如癫痫、帕金森病、阿尔茨海默病等。
通过观察患者大脑活动的变化，可以帮助医生做出准确的诊断，并且在早期干预中起到重要作用。
2. 大脑功能区定位功能性磁共振成像技术可以帮助医生精确地定位大脑中的各种功能区域，如运动皮层、语言区、视觉和听觉区等。
通过在特定任务下监测大脑活动，可以清晰地展示不同功能区域的激活情况，进而辅助手术中的脑部导航和功能保护。
3. 疼痛研究疼痛是人们生活中常见且令人痛苦的问题。
功能性磁共振成像技术可以捕捉到脑神经系统中与疼痛相关的激活模式，帮助科学家了解疼痛的生理和神经机制。
同时，还可以用于评估不同治疗方法对疼痛的疗效以及脑部对疼痛反应的变化情况。
4. 神经解码与类别判断功能性磁共振成像技术在神经解码领域也有广泛的应用。
通过分析被试者在执行某个任务时的脑活动模式，可以对其进行神经解码，实现对被试者思维、意图和感知等认知过程的理解。
此外，功能性磁共振成像技术还可以被用于类别判断任务，比如通过观察被试者对不同类别的刺激的脑部反应来预测其所属类别。
磁共振成像技术的原理和医学应用
磁共振成像技术的原理和医学应用磁共振成像技术（Magnetic Resonance Imaging, MRI）是一种基于原子核磁共振现象的成像技术，已经成为现代医学检查的重要手段之一。
MRI以其非侵入性、高分辨率、多参数成像等特点，在身体不同部位疾病的早期诊断、治疗、研究及评估方面受到广泛关注。
本文将从MRI的原理、分类和医学应用三个方面进行阐述。
一、MRI的原理MRI是一种基于核磁共振现象的成像技术。
在磁场中，原子核因为量子力学效应的作用，会产生自旋，这个自旋具有磁性。
若对物质进行放射激发，则原子核将吸收能量并进入激发状态，待刺激结束后，会产生相移，但方向大小不会改变。
在加磁场的作用下，不同位置的原子核产生不同的共振信号，通过测量这些共振信号，可以得出物质内部的信号强度和空间位置信息。
MRI的成像需要一个高强度静态磁场（通常是1.5T或3.0T）和弱变化的高频交变电场（通常是射频脉冲）。
磁共振信号是由梯度磁场作用下，被激发的原子核沿着空间坐标方向释放的。
梯度磁场的作用是制造空间上的微弱变化，使成像对象内部的原子核可以感受到梯度磁场的方向和大小，从而产生不同位置、不同方向的MRI信号。
二、MRI的分类MRI按成像所需的时间长度可分为快速成像和慢速成像两类。
常用的快速成像技术有短时重复时间（Short Time Repetition，STIR）、体液抑制成像（Fluid Attenuation Inversion Recovery，FLAIR）和弥散加权成像（Diffusion Weighted Imaging，DWI）等。
慢速成像技术有T1加权成像（T1 Weighted Imaging，T1WI）、T2加权成像（T2 Weighted Imaging，T2WI）和常规序列成像等。
MRI按成像方式可分为断层成像和三维成像两类。
断层成像（Slice Imaging）是在一个平面内取得的图像，主要用于观察人体各组织在某个切片上的分布及形态特征。
功能磁共振成像技术的原理和应用
功能磁共振成像技术的原理和应用随着医疗技术的不断进步，功能磁共振成像技术（Functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）已成为现代医学诊断和研究的重要手段。
本篇文章将主要介绍fMRI的原理和应用。
一、fMRI的原理fMRI是一种通过磁共振成像技术检测脑部功能活动的方法。
其原理基于磁共振成像技术和神经活动的耗氧量相关性（Blood Oxygen Level-Dependent，BOLD）。
正常情况下，神经活动需要大量的氧气供应。
在神经活动后，大脑中的血流量会增加，然后被释放的氧气会被血红蛋白吸收，形成含有氧气的血红蛋白。
这些含有氧气的血红蛋白会使组织变成更磁性的状态，从而在磁共振成像中呈现出更明显的信号。
通过脑部的fMRI扫描，可以检测到不同脑区的血流量、血氧含量和血红蛋白浓度的变化，从而观测到神经活动的对应区域。
fMRI技术的主要优点是非侵入性和无辐射。
此外，由于与其他成像技术相比，fMRI比较便宜，可以广泛运用。
二、fMRI的应用1. 认知研究在认知研究中，fMRI技术被广泛应用。
通过调查在不同认知任务下脑的活动区域，可以进一步了解在认知过程中特定区域的运用情况。
例如，研究人员可以询问受试者记忆一些图像、数字等，同时检测这些活动的神经区域变化。
通过这些数据，研究人员可以进一步了解人类大脑的处理能力。
2. 精神疾病诊断和治疗fMRI技术在精神疾病的诊断和治疗方面也有着重要的应用。
例如，在对抗焦虑和抑郁症的治疗中，fMRI技术常常被用于治疗反馈。
治疗反馈是指将fMRI扫描与图像反馈一起使用，帮助患者观察自身在恢复期间的大脑活动，并在这些活动表现为积极变化时给予奖励。
3. 异常检测通过fMRI技术，可以检测大脑在很小的水平范围内的变化。
这些变化可能包括缺少的灰物质如某些精神障碍倾向细胞和连通神经网络之间距离的变化等。
通过这些变化的检测，fMRI技术可以被用来检测某些神经系统紊乱和疾病早期警示，如加尔文氏症、老年痴呆症和帕金森症等。
磁共振成像的临床应用
磁共振成像的临床应用正文：1：引言磁共振成像（MRI）作为一种无创的影像学技术，在临床医学领域具有广泛的应用。
本文将介绍磁共振成像在临床中的各种应用，包括诊断、治疗规划和治疗后评估等。
2： MRI基本原理磁共振成像利用原子核的自旋和磁场之间的相互作用，通过加以脉冲序列和梯度磁场图像。
本节将详细介绍MRI的基本原理，包括梯度磁场的产生、脉冲序列的分类和信号检测等。
3： MRI诊断应用3.1 头颅MRI头颅MRI广泛应用于神经科学领域，如脑肿瘤、脑血管病、神经退行性疾病等的诊断。
本节将介绍如何通过头颅MRI获取高分辨率的脑部影像，以及如何应用这些影像进行疾病诊断。
3.2 心脏MRI心脏MRI是评估心脏结构和功能的重要工具。
它可以提供详细的心脏解剖学和功能信息，对心脏病的诊断和治疗规划具有重要意义。
本节将介绍心脏MRI的常用技术和临床应用。
3.3 肝脏MRI肝脏MRI广泛应用于肝脏病的诊断和治疗。
通过不同的MRI技术，可以评估肝脏的形态、血供和代谢功能。
本节将介绍肝脏MRI的常见应用，如肝脏肿瘤的诊断和评估、肝脏疾病的鉴别诊断等。
3.4 骨骼MRI骨骼MRI可以提供骨骼系统的详细解剖学信息，对骨折、关节疾病和骨肿瘤等疾病的诊断和治疗起到重要作用。
本节将介绍骨骼MRI的常用技术和临床应用，以及如何分析和解释骨骼MRI影像。
4： MRI治疗规划和治疗后评估4.1 放射治疗规划磁共振成像可以用于放射治疗规划，通过获取高分辨率的图像，帮助医生确定肿瘤的位置、形态和边界。
本节将介绍MRI在放射治疗规划中的应用，包括结合其他影像学技术进行治疗规划和剂量计算等。
4.2 治疗后评估磁共振成像可以用于评估治疗的效果，包括检测肿瘤的缩小、病灶的消失等。
本节将介绍MRI在治疗后评估中的应用，以及如何分析和解释治疗后的MRI影像。
5：附件本文档附有以下附件：附件1：头颅MRI图像示例附件2：心脏MRI图像示例附件3：肝脏MRI图像示例附件4：骨骼MRI图像示例6：法律名词及注释6.1 MRI（磁共振成像）：一种无创的影像学技术，通过利用原子核的自旋和磁场之间的相互作用图像。
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汕大医学院一附院 肖壮伟
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1
• 磁共振功能成像 (fMRI) 是磁共振成像中 迅速发展的领域 • fMRI包括: 弥散加权像（DWI）
灌注成像（PI）
包括外源性和内源性灌注成像 血氧水平依赖法（BOLD）为内源性PI
磁共振波谱分析（MRS）
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2
• 血氧水平依赖法(BOLD) 成像是fMRI常用的方 法，可用于无创性地检测脑功能变化情况，其 信号具有较高的敏感性和空间特异性
可有效地避免神经元反应减弱，相对提高了实 验的敏感性，可敏感地获得兴奋区局部血氧反 应的曲线
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11
组块设计
事件相关设计
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12
BOLD数据处理
• 图像配准 空间配准 检出并修正运动伪影 将数据编码到三维结构像 按照Talairach图谱进行标准化
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13
BOLD数据处理
• 统计学处理方法 种类繁多（最简单的包括t检验） 常用的软件包括AFNI、Stimulate和SPM 设备配置的工作站也可进行自动处理
• 选用SPM软件处理，所用P值为0.0001
• 图象的左右方向均为：上对应左，下对应右； 左对应左，右对应右
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25
右足主动持续背屈 编辑ppt 右足电刺激持续背曲26
右足主动持续背屈
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右足电刺激持续背曲
27
海洛因成瘾者脑部fMRI
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28
Patient YGJ
• Male • Age: 52 years • Right-handed • Native Chinese speaker • Education: 9 years
机器噪声的防护 神经肌肉刺激
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10
刺激的设计
• 组块设计（Blocked design）
常用，优点为方便可靠，容易获得兴奋区信号， 缺点为：1.持续和重复给予相同的刺激可引起 受试者注意力改变和对刺激的适应，2.尽管本 设计可用于功能定位，但不能提供脑局部的反 应特点
• 事件相关设计（Event-related design）
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16
A
10-36
B
10-17
7名受试的冠状位平均脑激活图
A：颜色知觉激活图（V4）
B：运动知觉激活图（MT+）
颜色柱表示统计值P
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17
%信号变化率 %信号变化率
LV4
LMT+
2
1
0.8
1.5
0.6
1
0.4
c
0.2
c
0.5
m
0
m
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-0.5
• 最早的人脑BOLD成像是在1992年使用视觉刺 激（Kwong, Ogawa）和运动任务（Bandettini） 而实现的
• 由于神经元兴奋区血液动力学及代谢的特点， 可导致其静脉血中相对的氧合血红蛋白增加及 去氧血红蛋白减少
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3
BOLD基本原理
动脉血（氧合血红蛋白）
毛细血管
静脉血（去氧血红蛋白+氧合血红蛋白）
• 在其他条件（设备硬件、脉冲序列、制 动装置等）稳定的情况下，生理性噪声 为主要的噪声源
• 生理性噪声包括呼吸、心跳、脑脊液搏 动、眼球运动等引起的噪声
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7
呼吸噪声（约0.3Hz） 心跳噪声（约0.9Hz）
图示正常人平静躺在磁体（4.0T, TR=200ms, TE=26ms） 内时脑部信号曲线，可见呼吸和心跳的噪声
能得到反映，提示事件相关fMRI技术敏 感度较高
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19
汉字同音字与同义字脑部fMRI
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20
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21
左手运动
右侧脑膜瘤与手指运动皮层的关系
右手运动
fMRI在外科手术计编辑划ppt制订中的应用
22
左手运动
右侧胶质瘤与手指运动皮层的关系
右手运动
fMRI在外科手术计编辑划ppt制订中的应用
-0.2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -0.4 -0.6
时间点
时间点
左侧V4
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左侧MT+
18
本研究利用事件相关功能磁共振成像技
术研究了参与颜色知觉和运动知觉的脑
结构，并研究了有关脑区的局部血氧反
应。结果表明：颜色刺激主要激活V4， 但也可一定程度激活MT＋；而运动刺激 主要激活MT＋，但V4也有一定激活。这 一现象在多数组块设计脑功能成像中未
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8
• 生理性噪声的修正方法
Navigator（导航） echo correction methods Non-navigator （非导航）echo correction methods
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9
BOLD技术的实现
• 被试的准备和训练 • 刺激的施加（视觉、听觉、嗅觉、体感
觉、痛觉、运动等） • 记录反应 • 安全性
23
Postcentral G. activation during electroacupuncture
1.0 0.5
0
SII
-0.5
-1.0
Intensity
S1Байду номын сангаас
S2
针刺脑部fMRI
S1
S2
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24
• 图片包括主动持续右足背屈（对应为1）和持 续电刺激（对应为6）
• “>”说明兴奋较强，“<”说明兴奋较弱
神经元兴奋区静脉血中氧合血红蛋白含量高于非兴奋 区静脉血中氧合血红蛋白含量，在T2*图像中信号较 高（2-3%）
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4
BOLD扫描技术
• 梯度回波和自旋回波 • 回波平面成像（EPI）
SE-EPI（信噪比好，适于高场机） GRE-EPI（敏感但伪影重）
• 螺旋扫描技术
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5
BOLD的分辨率
• BOLD的空间分辨率通常可达到3~5mm， 优于其他非创伤性检测方法，如PET等
• BOLD的时间分辨率也较高，但不如EEG 等，它受到许多因素的影响，如神经元血流动力学之间的结合情况、脑活动的 复杂程度等
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6
生理性噪声
• BOLD图像的信号通常很微弱（中央前、 后回等信号较强的区域一般也在4%以下， 细微的兴奋区信号变化通常小于1%）
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14
BOLD技术在研究领域的应用
• BOLD 已经广泛用于基础研究领域 运动（简单运动和复杂运动）、感觉
（包括听、视觉系统）、语言、记忆、 儿童脑发育等
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15
BOLD技术在临床领域的应用
BOLD在临床也有很广泛的应用前景，如神 经外科手术术前计划和术后评价、难治性癫痫的 定位 、脑康复的评价、慢性疼痛治疗的评价、针 灸穴位治疗机理的研究、药物成瘾病人脑内功能 的研究、无创性Wada试验(语言优势半球定位)、 记忆优势半球的定位、在痴呆研究中的应用等