磁共振功能成像
功能性MRI技术可以观察大脑活动

功能性MRI技术可以观察大脑活动功能性磁共振成像(fMRI)是一种通过监测大脑血流与氧合状态的变化,来观察大脑活动的非侵入性神经成像技术。
它利用磁共振原理,结合大脑的神经活动和血流代谢情况,为科学家提供了研究脑部功能和认知过程的强大工具。
功能性磁共振成像技术的原理是基于血氧水平依赖性(BOLD)信号。
当神经元活跃时,大脑区域的血流量和氧气供应会增加。
血红蛋白的磁场特性可以被磁共振仪器检测到,通过测量血流量和氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白的比例变化,fMRI可以间接反映出神经元活动的变化。
功能性磁共振成像的优势在于非侵入性、无辐射、高空间分辨率和较好的时间分辨率。
与其他脑成像技术相比,fMRI在功能定位和网络连接研究方面具有更大的优势。
fMRI可以帮助科学家观察大脑在不同任务和认知过程中的活动变化,从而深入了解脑部功能和认知机制。
通过功能性磁共振成像技术,科学家可以研究大脑在特定任务下的激活区域以及不同脑区之间的功能连接。
例如,在学习和记忆任务中,fMRI可以帮助研究人员确定大脑中与学习和记忆相关的特定区域,并探索这些区域之间的功能连接方式。
通过观察大脑不同区域之间的相互作用,我们可以更好地理解学习和记忆的神经机制。
此外,功能性磁共振成像技术还被广泛应用于认知神经科学、精神疾病研究、脑功能异常研究以及神经康复等方面。
例如,在精神疾病研究中,fMRI可以帮助科学家研究患者大脑功能异常的区域,以及通过不同治疗方法对大脑活动的影响。
这种非侵入性的技术为研究神经精神疾病提供了独特的手段。
功能性磁共振成像技术的发展也面临着一些挑战与局限性。
例如,由于大脑活动变化引起的血流和氧合状态变化很小,fMRI在时间分辨率上相对较低。
此外,fMRI也受到头动、心跳和呼吸等生理噪声的干扰。
因此,为了获取更准确的结果,科学家还需要进一步改进成像技术和数据分析方法。
总的来说,功能性磁共振成像技术是一种强大的工具,可以帮助科学家观察和研究大脑活动。
功能性脑成像技术的研究进展

功能性脑成像技术的研究进展功能性脑成像技术,也被称为神经影像学技术,是一种能够直接测量大脑神经活动的方法。
该技术主要包括以下几种:功能性磁共振成像(fMRI)、正电子发射断层扫描(PET)、脑电图(EEG)和磁脑电图(MEG)。
这些技术的兴起,使得人们能够非侵入性地及时观察到人脑的活动,从而解读人脑的行为和思维机制。
本文将介绍这方面的研究进展。
一、功能性磁共振成像技术功能性磁共振成像技术主要是基于血氧水平依赖性信号(BOLD)。
该技术通过扫描大脑,观察到局部血流量和质量的变化,从而测量脑细胞的活动情况。
目前,该技术被广泛用于各种神经认知研究中,如学习、记忆和情绪等。
近年来,科学家们致力于将fMRI技术引入临床实践。
对于脑卒中和癫痫等神经类疾病的早期诊断和病因分析,fMRI已经显示出了潜在的优势。
此外,功能性脑成像技术在疼痛治疗、神经科学基础研究以及文化心理学、社会心理学等领域的应用也逐渐受到人们的关注。
二、正电子发射断层扫描技术和fMRI不同,PET技术主要利用放射性核素的比放射性来测量活动组织和器官的新陈代谢率。
PET技术可以为科学家们提供非常高精度的脑部图像数据,而这些图像数据对于研究人类认知功能,如视觉、听觉和语言等,都非常重要。
在医疗领域,PET技术早已被应用于医学影像和疾病研究中,如癌症、糖尿病、心脏病等。
在神经科学领域,PET技术同样具有广泛的应用前景,已经被应用于许多研究,例如探究脑部皮层和下丘脑的功能区和脑区的远距离的相互调节等。
三、脑电图和磁脑电图技术脑电图和磁脑电图技术可以通过记录人脑神经元的电磁活动,以实时显示人脑活动。
这些技术可以用在很多领域,包括神经科学研究、神经逆生物学研究、睡眠研究、神经反馈和神经疾病治疗等。
脑电图与磁脑电图通常被应用在神经生物反馈疗法中,例如,该疗法利用脑电图活动的反馈,用于改进大脑在情感、认知和行为方面的功能。
此外,在社交、网络和安全领域等方面,脑电图与磁脑图技术也被广泛使用,以促进人们的沟通和交流。
磁共振常用技术及临床应用

磁共振常用技术及临床应用
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)是一种常用的医学影
像学技术,通过利用人体组织对磁场和射频脉冲的不同响应来获得高
分辨率的图像,被广泛用于医学诊断和研究领域。
下面将介绍磁共振
常用技术及其在临床应用中的重要性。
一、磁共振技术分类
1. 结构成像技术:包括T1加权成像、T2加权成像、FLAIR成像等,用于显示人体不同组织的结构和形态。
2. 功能成像技术:包括脑功能磁共振成像(fMRI)、扩散张量成像(DTI)等,用于评估人体器官的功能状态和活动。
3. 成像后处理技术:包括磁共振波谱成像、磁共振弹性成像等,用
于进一步分析和诊断疾病。
二、磁共振在临床应用中的重要性
1. 提高诊断准确性:磁共振成像具有较高的分辨率和对比度,能够
清晰显示人体组织结构和病变情况,有助于医生准确诊断疾病。
2. 无创伤性:相比X射线和CT等影像学检查,磁共振成像不使用
放射线,对患者无损伤,适合长期监测和儿童、孕妇等特殊人群。
3. 多种功能检查:磁共振技术可以提供多种不同的成像方式,如
T1、T2、DWI等,可以全方位检查人体器官的结构和功能。
4. 临床研究应用广泛:磁共振技术不仅用于疾病的诊断,还广泛用于临床研究,如神经科学、肿瘤学等方面。
总之,磁共振成像技术在临床医学中具有重要的地位和作用,不断推动医疗影像学的发展和进步。
希望随着科技的不断发展,磁共振技术能够更加完善和普及,造福更多的患者。
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
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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。
功能磁共振成像在心理学研究中的应用

功能磁共振成像在心理学研究中的应用心理学是研究人类心理过程和行为的科学领域。
近年来,随着技术的进步,功能磁共振成像(fMRI)成为心理学研究中的重要工具之一。
通过检测大脑血液流量变化,fMRI可以帮助研究人员了解不同心理过程的神经机制,深入探索人类心理活动背后的秘密。
在心理学研究中,fMRI可以用于研究多个领域,包括记忆、情绪、决策、认知功能等。
下面将重点介绍fMRI在这些领域的应用。
首先,fMRI在记忆方面的应用非常广泛。
通过观察大脑各个区域的活动,研究人员能够了解何时、何地以及如何存储和检索记忆。
例如,研究人员可以利用fMRI技术探索编码新信息时所涉及的大脑区域,进一步了解记忆形成的过程。
此外,fMRI还可以用来研究长期记忆和工作记忆,揭示相关的神经机制。
其次,fMRI在情绪研究中具有重要意义。
情绪是人类行为和决策的重要驱动力之一,而fMRI可以帮助我们理解不同情绪状态下大脑的变化。
通过观察患者的脑部活动,研究人员可以探索情绪处理的神经机制,并深入了解不同情绪对认知和行为的影响。
此外,fMRI还可以帮助确定某些情绪紊乱和心理障碍的神经基础,为临床治疗提供指导。
此外,fMRI也被广泛用于决策研究。
决策是人类日常生活中不可或缺的过程,而fMRI可以通过揭示决策过程中大脑的激活模式来帮助我们了解决策思维的神经基础。
研究人员可以利用fMRI技术研究决策与奖励之间的关系,进一步了解奖励系统是如何影响我们的决策行为的。
最后,fMRI在认知功能研究中也占有重要地位。
认知功能是人类思维和思考过程的基础,包括学习、感知、语言和注意力等方面。
通过使用fMRI技术,研究人员可以观察大脑在不同任务中的激活模式,了解不同认知活动背后的大脑机制。
这些研究有助于我们理解学习和记忆、注意力分配和决策制定等认知功能的神经机制。
然而,尽管fMRI在心理学研究中的应用前景十分广阔,但也存在一些限制。
首先,fMRI技术非常昂贵,仪器设备和维护成本高,这限制了它在大规模心理学研究中的运用。
磁共振成像

列的1 /ETL(echo train length,ETL) 。
TSE序列特点:
因回波链上每个回波的时间和幅度不同,反 映组织的对比也不一样,一般将所需的某一回 波的数据线排列在K空间中心,这一回波时间称 为有效回波时间(TEeff),而其它回波的数据 线则排列在K空间的周围部分。
磁共振成像技术的临床应用进展(主要有五个方面) 磁共振水成像技术 (MR 磁共振血管成像 hydrography)
MR弥散成像-对水分子的布郎运动非常敏感,评
价水分子中质子的移动,能使缺血<2h的水肿脑
细胞显示异常的信号。
MR灌注成像-能动态显示脑组织内的血容量、血
流量和流速,能早期显示脑血流灌注缺损区。
磁共振波谱成像(MRS):
能够无创检测生理和生化代谢,提供
生物体内化学组织部分的信息资料。临
床常用的原子核是31P和1H。
磁 共 振 成 像
(magnetic resonance imaging, MRI)
磁共振成像为近二十年来飞速发展起来的一种医学成像 技术,具有多平面、多方位、多参数成像的特点,为组织的 解剖、病理、代谢及流动提供一种全新的无创的评价方法。 核磁共振的“核”即即氢原子核;“磁”即一个强大的静磁
场和在此静磁场上按时叠加一个小的射频
CT
稍低 敏感 不能 有 有 较低 无 稍低
磁共振硬、软件的改进与发展:
硬件方面:磁体小型化、低磁场设备、专用型 MR 扫描仪。 开放式MR机:常规成像和介入操作兼容。 线圈:全相控阵列线圈、相控阵列线圈 一体化。 与检查床
软件方面:
①超高速、时时重建、超高分辨率显示、将图像显示 分辨率提高至微秒水平。②一次屏气即可完成图像采 集并快速重建。③依次扫描完成采集原始数据后,即 可在工作站进行图像后处理(包括图像分割、图像融
光遗传功能磁共振成像

光遗传功能磁共振成像是一种结合了光遗传学和功能磁共振成像的技术,用于研究神经系统的功能和结构。
首先,我们来解释一下光遗传学。
光遗传学是一种利用光激活的遗传工程技术,用于研究神经元的功能。
它通过将能够响应光的蛋白质融合到神经元中,使得神经元在受到光刺激时会表现不同。
这种技术可以用来研究神经元在特定条件下的激活情况,从而揭示神经系统的工作机制。
其次,功能磁共振成像(fMRI)是一种用于检测大脑活动的医学影像技术。
它通过检测血液流动的变化来反映大脑的活动情况。
当大脑中的某个区域被激活时,该区域的血流量会增加,这会导致血液中的氧饱和度变化,进而在fMRI扫描仪中产生信号。
最后,我们来解释光遗传功能磁共振成像。
这种技术将光遗传学与功能磁共振成像相结合,可以实时监测神经元的活动情况,并观察其对大脑整体活动的影响。
通过这种技术,研究者可以研究神经系统在受到光刺激时的反应,以及这种反应对整体大脑活动的影响。
这种技术的优点在于它可以提供更为详细和精确的大脑活动信息。
传统的神经科学研究中,研究者通常只能通过尸检或病理学方法来分析大脑的结构和功能变化。
而光遗传功能磁共振成像技术则可以在活体动物中进行研究,为研究者提供了一个更为直观和动态的研究平台。
总之,光遗传功能磁共振成像是一种先进的技术,可以用于研究神经系统的结构和功能,为神经科学的研究提供了新的方法和工具。
这项技术将有助于我们更好地理解神经系统的工作机制,并为治疗神经系统疾病提供新的思路和方法。
功能磁共振成像

功能磁共振成像功能磁共振成像(fMRI)是一种非侵入性的脑部成像技术,它利用磁共振(MRI)机器产生的强大磁场和射频脉冲,检测大脑活动时局部血流变化,从而推断大脑功能活动的情况。
以下是关于功能磁共振成像的详细介绍。
一、功能磁共振成像的工作原理功能磁共振成像的原理在于,当大脑进行某种活动时,例如思考、感觉或运动,该区域的神经元会更加活跃,需要更多的能量。
这种额外的能量需求导致该区域的血流增加,以提供更多的氧气和营养物质。
fMRI就是通过检测这种血流变化来间接测量大脑的活动。
在fMRI扫描中,首先对受试者的大脑进行全面的MRI扫描,以建立一个初始的脑图像。
然后,受试者需要进行某种特定的认知任务,例如解决一个问题或执行一项动作,这会引发大脑的特定区域活动增加。
在任务进行过程中,重复进行MRI 扫描,利用特殊的软件处理后,可以显示出哪些区域的血流增加了,从而识别出大脑活动的情况。
二、功能磁共振成像的应用功能磁共振成像的应用范围非常广泛,包括但不限于以下几个方面:1.神经科学研究:fMRI可以帮助科学家们研究大脑的功能分区,理解不同认知过程如注意、记忆、语言、情感等的大脑活动机制。
2.临床诊断:在精神健康领域,fMRI可以帮助诊断精神疾病如抑郁症、焦虑症、精神分裂症等。
此外,对于脑部病变如肿瘤、中风等,fMRI也可以辅助医生进行定位和评估。
3.脑机接口:通过解析fMRI数据,科学家们可以了解大脑的意图和动作,从而开发出新型的脑机接口,帮助残障人士更好地与外界沟通。
4.教育和训练:fMRI可以用于评估学习效果和训练进展。
例如,在语言学习过程中,fMRI可以显示与词汇理解和语法处理相关的脑区活动模式。
5.预测疾病风险:通过对健康人的大脑进行fMRI扫描,可以预测他们未来患某些疾病的风险,如阿尔茨海默病或其他神经退行性疾病。
6.药物研发:fMRI可以帮助药物研发人员理解药物对大脑功能的影响,从而更有效地筛选和优化新药候选。
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磁共振功能成像(functional magnetic resonance imaging;FMRI)是一种安全的影像学检查手段,在完全无创伤的条件下可对人脑进行功能分析,其时间及空间分辨率较高,一次成像可同时获得解剖与功能影像,而且对人体无辐射损伤,在这一点上优于ECT和PET成像。
目前,FMRI已广泛地用于人脑正常生理功能和脑肿瘤的术前评价,对手术计划的制定及最大程度地减小术后功能损伤有极大帮助。
1MR脑功能成像的原理与技术
神经元活动与细胞能量代谢密切相关,磁共振功能成像并不能直接检测神经元活动,而是通过MR信号的测定来反映血氧饱和度及血流量,从而间接反映脑的能量消耗,因此,在一定程度上能够反映神经元的活动情况,达到功能成像的目的。
血氧水平依赖(blood oxygen level dependent;BOLD)技术是FMRI的基础,神经元活动增强时,脑功能区皮层的血流量和氧交换增加,但与代谢耗氧量的增加不成比例,超过细胞代谢所需的氧供应量,其结果可导致功能活动区血管结构中氧合血红蛋白增加,脱氧血红蛋白相对减少。
脱氧血红蛋白是顺磁性物质,其铁离子有4个不成对电子,磁矩较大,有明显的T2缩短效应,即PT2PRE(preferential t2 proton relaxation effect)。
因此,脱氧血红蛋白的直接作用是引起T2加权像信号减低,FMRI对其在血管结构中的浓度变化极为敏感,当浓度增加时可引起局部信号减低,减低时则可使磁化率诱导的象素内失相位作用减低,引起自旋相干性增大,从而导致T2*和T2弛豫时间延长,信号升高,使脑功能成像时功能活动区的皮层表现为高信号。
磁场强度的高低对脱氧血红蛋白引起的磁化率改变敏感性不同,磁场强度越高对磁化率变化的敏感性越大,超高磁场MRI仪对磁化率变化最为敏感。
但由于技术上的限制,临床上一般采用1T~2T的磁共振仪进行脑功能成像,其结果也较为满意。
FMRI一般采用梯度回波和回波平面T2加权成像,常用的梯度回波序列有:梯度破坏稳态再聚焦采集(spoiled gradient recalled acquisition in the steady-state;GRASS)序列和快速小角度激发(fast low angle shot;FLASH)序列,扫描参数为:TR/TE=40~120/40~60ms,翻转角30~40度,矩阵256×64~128,视野200~400mm,根据机型及获得的扫描层数不同,扫描参数有一定的差别;回波平面成像技术(echo-planar imaging;EPI)是一种超快速MR成像方法,是目前采用的主要技术,可以结合GRE序列和SE序列得到不同对比度的T1、T2加权像。
目前,脑功能成像多采用单次激发梯度回波—回波平面成像(gradient-echo echo-planar imaging)序列,扫描参数因场强和机型不同而不同,常用参数为TR/TE=1000-3500/40~70ms,翻转角90度。
2正常生理活动的MR脑功能成像评价
2.1感觉功能的评价触觉刺激,如刺激手掌、手指和躯体侧面可发现多个皮层功能区出现信号改变,信号增加可达1%~5%,与刺激前有显著差异。
大脑皮层两侧均可发现信号改变,以受刺激对侧变化较为明显,触觉的功能活动区分布在对侧的第一躯体感觉皮层的手部感觉代表区、顶后皮层及顶盖皮层,在额叶皮层也可见活动区;在受刺激的同侧,功能活动区位于顶后和顶盖皮层,与对侧相应的皮层活动区基本对称。
中高场强MR脑功能成像对感觉功能的评价与脑磁图、PET及高场MR成像结果有良好的一致性。
对听觉功能的研究表明,主要的功能活动区位于颞上小叶,测试前后皮层功能活动强度有明显差异,幅度变化可达2%~5.3%,平均
3.0%,左右侧的活动强度无明显差异。
2.2运动功能的评价早期的FMRI研究表明,手部运动的功能活动区在对侧中央沟周围皮层,是一个较为局限的区域。
最近,对手部运动不同时相进行了更为细致的FMRI
研究,其结果显示:脑部功能活动区主要位于对侧主感觉运动皮层、辅助运动区的头尾部、豆状核、双侧的顶下皮层(Brodmann's40区)。
而且,功能区活动形式与PET研究结果有较好的相关性,在手部运动的早期,中央运动前区皮层的头尾侧功能活动增强,有明显的信号升高,在无固定方向运动的早期,额前皮层活动明显增强。
在后期可见辅助运动区的头部活动增强,但在作单一的重复动作时活动减弱。
主感觉运动皮层无论是在手部活动的早期和晚期其功能活动均明显增强。
中央运动前区和右侧额前皮层的早期功能活动增强与该区域执行运动前准备和计划有关,在进入无指令性运动阶段,信号可减低,而主运动区皮层则是直接指导肢体的运动,运动早期和晚期均可见皮层信号升高。
对语言功能的研究结果显示,语言功能活动区位于额前叶、颞叶、角回皮层、压部后方及丘脑内囊区,而且,语言运动功能有明显的左侧优势,Frost等对大量的正常人进行研究,认为男性与女性的语言活动的脑皮层信号改变极为相似,均为左侧优势,男性、女性无显著差异。
2.3对嗅觉的脑功能评价EEG和行为学研究证据表明,在无确定味感情况下空气内的化学物质能够引起神经系统的电活动,然而,并不能确定脑内嗅觉中枢的功能活动及活动特征,FMRI不仅能够确定具体的嗅觉反应的脑功能活动区,还能够显示在不同的嗅觉刺激条件下,脑功能活动的变化情况。
嗅觉刺激可引起脑内多个区域的功能变化,主要为丘脑中部前份、额下回、运动前区边缘、杏仁核、下丘脑、海马回区等结构,大脑半球两侧功能活动区基本对称,无明显的半球优势,但额下回的功能活动主要位于左侧,两侧对比有显著差异。
部分结构的功能活动有浓度依赖性,高浓度化学物质刺激时丘脑的信号变化较低浓度刺激时明显,额下回和扣带回的功能活动则无明显的浓度依赖性。
Sobel等的研究结果表明,
即使在无味感的条件下,只要空气内有一定浓度的化学物质存在,即能够引起脑内相关结构的功能活动,这从另一个侧面证实人类“外激素”存在的可能性。
3脑肿瘤的功能影像评价
最大程度的切除肿瘤,而使重要的脑功能结构得以保留是外科手术的主要目的,病人的生存时间和生活质量与肿瘤的切除程度有密切的关系。
由于病变的影响,具有重要功能的解剖结构常发生变形和移位,功能皮层的定位与正常解剖结构的功能区分布有一定的差别,因此肿瘤切除前功能皮层的重新定位至关重要。
大量的FMRI研究结果显示:肿瘤对功能区的侵犯可导致功能活动的完全消失,而且,由于占位效应的影响,肿瘤周围的功能活动区与正常对侧相比,常发生变形和移位,据肿瘤的形态和大小不同,程度上有所差异,脑水肿内及脑肿瘤内的功能活动区在FMRI上也能明确显示。
目前,对肿瘤周围的主感觉运动皮层、辅助运动区、运动皮层、语言运动中枢等功能活动区进行FMRI的术前评价取得了良好的效果,与术中生理功能实验结果有良好的一致性。
FMRI的意义在于:显示肿瘤边缘功能活动区的存在,帮助确定是否进行立体定向活检或减小根治范围;残余脑功能区的解剖学定位,帮助放射外科或近距离放疗方案的确定,避免损伤功能区;肿瘤组织内功能活动区的显示,提示肿瘤的发展将破坏残余的功能区,对病情的发展评价有一定的帮助。
尽管磁共振脑功能成像具有较为广阔的发展前景,但是在现阶段对脑肿瘤术前功能评价还存在许多不足。
首先,FMRI并不能直接显示神经细胞的功能活动,而是通过MR信号的测定来反映血氧饱和度及血流量,因此血管的功能状态对成像结果将造成一定的影响。
正常情况下,由于功能区血管的自身调节能力正常,脑皮层的功能活动增强时局部血流量也随之增加,而肿瘤内及肿瘤周围血管结构的自身调节能力较低,在受到刺激时血流量增加不明显或不增加,结果导致FMRI对尚存在功能活性的感觉、运动皮层的敏感性降低或完全不能显示,导致误诊;由于占位效应的影响,肿瘤及其周围压力增大,小静脉及较大的静脉受压,使功能活动区的氧合血红蛋白的流出速度加快,局部浓度减低,脱氧血红蛋白的相对浓度增大,MR信号减低,从而减弱了FMRI对活性功能区的检出能力。
另外,FMRI不能显示皮层下功能活动,对脑功能的评价是不全面的;由于功能活动区血流变化微弱,数据采集时常受到统计学误差的影响,也使脑功能成像的准确性降低;血流动力学的改变落后于神经细胞的电活动,再加上目前的EPI技术的时间分辨率较低,也限制了FMRI对皮层功能活动的准确显示。
因此,在利用FMRI对脑功能进行术前评价时应考虑到上述影响因素和它的不足
之处,避免损伤具有功能活性的皮层结构。