脑功能成像的MRI原理及其应用
磁共振成像在脑部疾病诊断中的作用
磁共振成像在脑部疾病诊断中的作用在现代医学领域，诊断技术的不断进步为疾病的准确诊断和有效治疗提供了有力的支持。
其中，磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，简称 MRI）作为一种非侵入性的影像学检查方法，在脑部疾病的诊断中发挥着至关重要的作用。
MRI 技术的基本原理是利用磁场和无线电波来生成人体内部的详细图像。
人体内的氢原子在强磁场中会产生特定的共振信号，这些信号被接收和处理后，就能转化为清晰的解剖结构和生理功能图像。
对于脑部疾病的诊断，MRI 具有多方面的显著优势。
首先，它能够提供高分辨率的图像，清晰地显示脑部的细微结构，包括大脑、小脑、脑干、脑室等。
与传统的 X 射线和 CT 检查相比，MRI 对软组织的分辨能力更强，能够更好地检测出脑部肿瘤、炎症、脱髓鞘病变等疾病引起的微小结构变化。
脑部肿瘤是严重威胁人类健康的疾病之一。
MRI 不仅可以准确地确定肿瘤的位置、大小和形态，还能通过不同的成像序列和参数，对肿瘤的性质进行初步判断。
例如，良性肿瘤通常边界清晰，信号均匀；而恶性肿瘤往往边界不规则，信号混杂，并且可能伴有周围组织的浸润和水肿。
此外，MRI 还可以用于监测肿瘤治疗的效果，评估肿瘤在治疗后的缩小、稳定或进展情况。
在脑血管疾病的诊断中，MRI 同样具有不可替代的作用。
对于脑梗死，MRI 能够在发病早期就检测到异常信号，尤其是弥散加权成像（DWI）序列，可以在症状出现后的数小时内发现梗死灶，为及时的溶栓治疗提供依据。
对于脑出血，MRI 可以根据出血的时间和阶段呈现出不同的信号特征，有助于判断出血的时间和原因。
此外，MRI 血管造影（MRA）技术还可以清晰地显示脑血管的形态和结构，发现动脉瘤、血管狭窄和畸形等病变。
脑部的感染和炎症性疾病，如脑炎、脑膜炎等，MRI 也能够提供有价值的诊断信息。
炎症区域通常会出现水肿和信号异常，通过 MRI 检查可以明确病变的范围和程度，为治疗方案的制定提供指导。
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。
核磁共振成像在脑功能研究中的应用
核磁共振成像在脑功能研究中的应用一、引言核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是现代医学影像学中的重要技术之一，其对脑功能研究的应用已经成为研究热点之一。
本文将从MRI原理、MRI脑功能成像技术、MRI在不同脑功能研究中的应用等方面进行解析。
二、MRI原理MRI是一种利用核磁共振信号作为成像信息的一种成像技术。
其原理简单地说就是医师让患者进入强大的磁场中，再用高频的无线电波去刺激患者脑部的原子核，这些原子核会在无线电波的刺激下放出能量并发出特定的信号。
接着，MRI设备就会对这些信号进行接收、处理和成像，获得患者的具体部位的影像。
MRI成像的优势在于其分辨率与分辨率差，可以把脑的结构和功能分别成像，使医生对病情有更深入的了解，并帮助医生进行精准的治疗。
三、MRI脑功能成像技术MRI在脑功能成像中的突破是其可以非侵入式地测量大脑血流和代谢率。
脑动态代谢成像（Positron Emission Tomography，PET）被广泛使用的原因在于它能够提供关于脑功能的详细信息。
但MRI在血流量测量方面有着更高的分辨率和更低的辐射剂量。
另外，MRI可以提供更好的空间分辨率，这使得神经解剖学结构和功能活动的空间分布更加精确。
MRI脑功能成像技术主要有以下几种：1、血氧水平依赖的功能性MRI(Blood Oxygen Level Dependent Functional MRI，BOLD fMRI)其原理是基于氧合血红蛋白(Hemoglobin)的磁性质和血气体随血液供应的影响。
它利用水分子在不同的磁场中的两种旋转取向（磁偶合）之间的差异，在不同的磁场强度下，磁性差异更大的氧合血红蛋白和磁性小的脱氧血红蛋白对MR信号有明显的影响。
当患者完成一项任务时，大脑的血流就会增加，氧合血红蛋白会对BOLD信号产生影响，这样，BOLD fMRI成像技术就可以获得一系列表示代表了区域活动的信号图像。
功能性脑成像技术的原理及临床应用
功能性脑成像技术的原理及临床应用近年来，功能性脑成像技术在神经科学研究与临床应用中扮演着越来越重要的角色。
这种技术可以告诉我们大脑的特定区域在特定任务时的活动情况，从而深入研究大脑的结构和功能，探索人类意识、情感和思维等方面的神奇奥秘，对神经科学的发展和多种疾病的治疗和预防具有非常重要的意义。
这篇文章将介绍功能性脑成像技术的原理及其临床应用，主要分为以下几个方面进行探讨：一、功能性脑成像技术的原理功能性脑成像技术是通过记录特定大脑区域的活动情况来揭示大脑功能的一种方法，常用的技术有功能性磁共振成像（fMRI）和脑电图（EEG）等。
在临床应用中，fMRI是最常用的功能性脑成像技术。
这种技术是通过检测脑区在特定时间内的血氧水平变化来推断该脑区的神经活动情况。
当特定大脑区域开始活动时，它的氧气需求会增加，导致周围磁场的扰动，fMRI可以监测到这种扰动并生成一个反映大脑活动情况的图像。
二、功能性脑成像技术的临床应用功能性脑成像技术在临床神经科学中有广泛的应用，可以帮助医生诊断多种神经疾病和精神障碍。
1. 疾病诊断与治疗fMRI可以在脑功能异常区域位置和程度上提供精确的信息，因此在神经科学领域的疾病诊断方面得到了广泛运用。
例如，在癫痫病患者中，fMRI可以检测局部皮层和海马区的高代谢和过度活动；在阿尔茨海默症和帕金森病等神经变性疾病中，fMRI可以检测出大脑退化的区域。
这种信息对于疾病的早期诊断和治疗非常有帮助。
2. 定位功能区在手术治疗前，医生需要明确脑区的功能区域，以避免手术操作过程中损伤至关键的脑区。
fMRI可以帮助医生快速准确地定位大脑功能区域，例如语言、视觉、听觉和运动等，从而保护正常脑区功能。
3. 神经可塑性研究神经元在发育和学习过程中会发生变化，这些变化称为神经可塑性。
fMRI可以帮助研究神经可塑性，并帮助神经科学家更好地了解人类的意识、记忆、学习和智力等方面。
三、功能性脑成像技术的未来发展随着功能性脑成像技术的发展和成熟，其应用的地位和范围将会进一步扩大。
核磁共振成像技术的原理与应用
核磁共振成像技术的原理与应用在现代医学领域，核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，简称 MRI）技术无疑是一项具有重要意义的诊断工具。
它能够为医生提供人体内部结构的详细图像，帮助诊断和治疗各种疾病。
那么，核磁共振成像技术到底是如何工作的？它又有哪些广泛的应用呢？要理解核磁共振成像技术的原理，我们首先需要了解一些基本的物理学知识。
核磁共振成像基于核磁共振现象，这一现象涉及到原子核在磁场中的行为。
我们知道，原子核由质子和中子组成。
其中，许多原子核具有自旋的特性，就像一个旋转的带电球体。
当这些原子核处于一个外加磁场中时，它们的自旋轴会像指南针在地球磁场中一样，倾向于与外加磁场的方向对齐。
然而，由于原子核的自旋量子化，它们只能以特定的角度与磁场方向对齐，形成不同的能级。
如果我们再向这个系统中施加一个特定频率的射频脉冲，这个频率与原子核在磁场中的进动频率相匹配时，原子核就会吸收能量，从低能级跃迁到高能级，这种现象被称为核磁共振。
当射频脉冲停止后，原子核会逐渐释放所吸收的能量，并回到原来的低能级状态。
在这个过程中，它们会发射出一个射频信号，这个信号的强度和衰减时间等特性与原子核周围的环境有关。
在人体中，氢原子是核磁共振成像中最常用的原子核，因为它们在人体组织中的含量丰富，主要存在于水分子和脂肪分子中。
不同的组织中氢原子的密度和周围环境不同，这就导致它们在核磁共振过程中产生的信号有所差异。
通过对这些信号的检测、处理和分析，我们就可以构建出人体内部的图像。
在核磁共振成像设备中，有一个强大的磁体产生均匀的磁场，还有一系列的射频线圈用于发射和接收射频信号，以及复杂的计算机系统用于处理和重建图像。
在实际的成像过程中，为了获得不同方向和层面的图像，通常会使用梯度磁场。
梯度磁场可以在空间上改变磁场的强度，从而使得不同位置的原子核具有不同的共振频率。
通过改变梯度磁场的方向和强度，并依次采集和处理信号，就可以获得三维的图像信息。
脑功能磁共振成像技术的应用与发展
脑功能磁共振成像技术的应用与发展脑科学是一个充满谜团和未知的领域，随着各种高新技术的不断出现和发展，我们对人类大脑的认识也在不断深化，而其中红极一时的技术便是脑功能磁共振成像技术，简称fMRI。
本文旨在探讨fMRI技术的应用与发展，介绍它是如何成为神经科学领域的重要工具。
一、脑功能磁共振成像技术的基本原理fMRI技术使用的是核磁共振成像技术，它需要依靠磁共振信号的变化来描绘人脑的活动状态。
当脑细胞活动时，会消耗周围血液中的氧气，因此会导致血液中氧气含量的下降。
根据血氧水平变化，通过fMRI技术测量神经元数量的变化。
通俗来说，fMRI技术绘制的是大脑在特定活动中正在工作的区域。
二、脑功能磁共振成像技术的应用1. 疾病的诊断fMRI技术可以用于阅读障碍、多动症等神经精神疾病的防治研究。
它可以为病人提供更加准确的诊断和治疗方案，使医生可以通过实时的大脑活动数据来优化放射学检查、神经内科治疗、神经手术等医疗程序。
2. 心理活动的研究通过fMRI技术，人们可以确立意识和非意识思维、视觉空间感知和大脑原始成分等之间的关系。
fMRI技术还可以揭示人类偏好、痛觉感知和感官信息的处理方式等信息，让人们了解心理过程，并理解人们的行为和体验。
3. 人机交互最近，这项技术已被广泛用于人机交互，例如头戴式fMRI设备可以在行动无法自行进行时估计人们的意识和意图，并允许人们通过意识与机器之间进行交互。
这一技术在研究人类注意力、记忆和语言等方面具有广泛的应用前景。
三、脑功能磁共振成像技术的发展fMRI技术自1990年代初期以来发展迅速，至今已成为最常用的脑成像技术之一。
随着技术的不断发展和改进，fMRI技术的应用领域也在不断扩展并获得重大突破。
例如，最近的一项研究表明，fMRI技术可以用来预测患有药物上瘾风险的青少年。
虽然fMRI技术有许多优点，但也面临诸多挑战。
首先，fMRI技术需要大量的人为操作和完整的解析数据，因此需要多年的专业培训和做学问才能理解。
功能性MRI技术揭示大脑功能活动的机制
功能性MRI技术揭示大脑功能活动的机制功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）是一种非侵入性的神经影像技术，通过测量血液氧合水平的变化，揭示了大脑活动的机制。
本文将通过讨论fMRI技术的原理和应用，以及其在解读大脑功能活动中的作用，来深入探讨这一技术的功能性。
功能性MRI技术依赖于血液氧合水平血氧水平依赖效应（blood oxygenation level dependent，BOLD）信号的测量。
该效应意味着当神经活动发生时，血液供应将增加，从而增加了氧合血红蛋白的含量。
这一增加导致了局部磁场的变化，可以通过磁共振成像仪对其进行检测。
因此，fMRI技术能够提供与大脑活动相关的图像。
fMRI技术在研究神经科学和认知心理学的领域中被广泛应用。
通过分析fMRI数据，研究者可以了解大脑在执行特定任务时的活动模式。
例如，当被试参与一项记忆任务时，fMRI可以显示涉及到记忆过程的特定脑区的活动。
通过比较不同任务之间的脑区活动模式，我们可以得出关于该任务特定神经回路的信息。
这些信息对于理解大脑功能以及相关疾病的发生机制具有重要意义。
功能性MRI还可以帮助鉴别不同的认知状态。
通过比较患者在休息状态下和任务执行状态下的大脑活动，我们可以识别与某些神经退化疾病相关的神经功能损害。
例如，在阿尔茨海默病中，特定脑区的活动模式可能与正常人有所不同，这可以帮助诊断和监测疾病的进展。
除此之外，fMRI技术还可以应用于研究心理疾病和情绪调节。
通过观察大脑在不同情绪状态下的活动，我们可以了解情绪的形成和调节的神经机制。
这对于发展有效的心理治疗方案具有重要意义。
例如，研究显示抑郁症患者与正常人在特定脑区的活动模式存在差异，这可以用来评估抗抑郁药物的疗效。
在临床应用中，功能性MRI也可以用于导航手术过程。
医生可以通过对患者进行功能性MRI扫描，确定大脑活动区域的位置和边界，以减少手术对功能区的损伤。
功能磁共振成像
功能磁共振成像功能磁共振成像（fMRI）是一种成像技术，可以用来测量大脑活动和功能。
它通过测量大脑特定区域的血液氧合水平的变化来指示大脑活动。
fMRI能够提供详细的大脑结构图像和活动模式，进一步了解大脑的功能和连接。
fMRI技术利用磁共振成像仪来捕捉大脑内血液流动的瞬时变化。
当某一部分大脑活跃时，该区域的血液供应会增加，从而增加血液氧合水平。
这种变化可以通过fMRI扫描来检测到，并以图像形式呈现。
通过fMRI，我们可以研究许多大脑活动的方面，包括视觉感知、语言理解、动作协调等。
在进行实验时，被试者往往需要进行某些特定任务，例如看图像、解决问题等，以激发相应的大脑活动。
fMRI成像提供了大脑结构和功能之间的空间对应关系，以及不同大脑区域之间的交互作用。
通过分析fMRI数据，我们可以确定哪些大脑区域在特定任务中起主导作用，或者不同任务之间的差异。
除了研究大脑功能外，fMRI还可以应用于临床实践。
例如，它可以帮助识别癫痫病灶的位置，在神经外科手术中提供更准确的导航，以最大限度地减少损伤风险。
此外，fMRI还可以用于早期诊断、治疗规划和监测神经退行性疾病等。
然而，尽管fMRI技术有诸多优点，如无创、无放射性和高空间分辨率，但它也具有一些限制。
例如，fMRI图像的分辨率相对较低，对于某些小脑区域的活动可能无法准确检测出来。
此外，fMRI只能提供间接指示，通过血液氧合水平变化来推测大脑活动。
总的来说，功能磁共振成像是一种重要的大脑成像技术，可以帮助我们理解大脑的结构和功能。
尽管它有一些限制，但随着技术的不断进步，fMRI有望在疾病诊断和治疗中发挥更广泛的作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
11
南京军区福州总医院
ห้องสมุดไป่ตู้
医学影像中心
b值受灌注影响大，小b值主要反映局部组织的微循 环血流灌注，测得的ADC值不稳定。b=0产生无弥 散权中的T2像。
大b值所测得ADC值受血流灌注影响小，较好反映组 织内水分子的弥散运动。
即b值越大，对水分子运动的检测越敏感，但图像的 信噪比相应的下降。
通常b值取1000s/mm2，成二组图像：b=0和 b=1000。
12
南京军区福州总医院
医学影像中心
b=0
b=1000
13
南京军区福州总医院
医学影像中心
DWI图：弥散受限组织和长T2组织均表现为高信 号。——不是纯粹的弥散图，包含T2WI成分。 （脑脊液是黑的）
ADC图：弥散程度高的组织信号高（亮），弥散 受限组织表现为低信号。（脑脊液是白的）
eADC图：弥散受限组织信号高，自由弥散组织信 号低——消除了T2 穿透（shine through）效应 的影响。（脑脊液是黑的）
2、降低运动伪影；
3、增加因分子运动而使信号强度变化的敏感 性。
9
南京军区福州总医院
医学影像中心
DWI定量分析
弥散系数直接反映组织的弥散特性，为衡量生物组织中分 子弥散程度的绝对值。但受限弥散、弥散时间、血流、运动、 RF脉冲等因素均可影响测得的弥散系数。
表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，
6
南京军区福州总医院
医学影像中心
受限弥散
细胞膜或大分子蛋白等生物组织中的天然屏障使得水分子 的弥散受到限制，称为受限弥散（ristricted diffusion)。
各向同性弥散
在均匀介质中，水分子任何方向的弥散系数都相等，称为 各向同性弥散(isotropic diffusion)，即弥散不受方向的 限制；
10
南京军区福州总医院
医学影像中心
ADC＝[ln(S1/S2)]/(b2-b1) ln为自然对数。 S为某一弥散敏感系数(b）下的信号强度， S1和S2代表两个不同b值兴趣区的信号强度。
b值——弥散加权程度（弥散敏感系数）。 b=(γδA)(△-δ／3)
γ为旋磁比，δ、△、A分别为扩散梯度持续时间、间隔时间 及强度，b值单位为秒/平方毫米。临床应用中一般固定δ、△、 γ，仅通过改变A的大小而获得不同的b值。
自由水比固体组织有极高的弥散系数，导致信 号大量丢失，在DWI上呈明显低信号。
8
南京军区福州总医院
医学影像中心
DWI成像序列
SE-EPI（单次激发多层面自旋回波－回波平面 加权成像）序列，即在自旋回波序列的基础上在 3个互相垂直的方向上于180度脉冲前后分别施 加成对的弥散敏感梯度脉冲。
优点：1、明显减少成像时间；
2
南京军区福州总医院
医学影像中心
探索人脑的奥秘一直是我们在想的和在做的……
3
南京军区福州总医院
医学影像中心
广义磁共振功能成像
灌注功能磁共振成像(perfusion fMRI) 弥散功能磁共振成像(diffusion fMRI) 磁共振波谱成像(MR spectroscopy，
MRS)
血氧水平依赖功能磁共振成像(blood oxygen level dependent fMRI，
BOLD-fMRI)
4
南京军区福州总医院
医学影像中心
磁共振弥散加权成像
（Diffusion Weight Imaging）
5
DWI基本原理
物理基础
人体中大约有70％的水，与DWI有关的弥散主 要指体内水分子（包括自由水和结合水）的随机 位移运动。水分子随机运动过程中不断相互碰撞， 每次碰撞后水分子发生偏向并旋转，使其位置与 运动方向发生随机变化。在存在浓度梯度情况下， 分子弥散运动遵循一定规律（Fick’s定律），即 在无外力作用下，分子总是从浓度高的一方向浓 度低的一方位移。
19
eADC
发 病 3 天 的 脑 卒 中
南京军区福州总医院 医学影像中心
DWI临床应用
中枢神经系统
ADC)—DWI上测得的生物组织整体结构特征的弥散系数，反 映水分子弥散和毛细血管微循环（灌注）的人工参数。ADC是 水分子移动的自由度。在正常脑组织中，水分子向三维空间各 个方向扩散的量不同，存在各向异性扩散，水分子在平行于神 经纤维的方向较垂直其方向上更易扩散。因此取三个不同方向 的DWI上所测的ADC平均值，便可消除各向异性的干扰。
脑功能成像的MRI原理及 临床应用
南京军区福州总医院医学影像中心 宋宇
1
概述 General overview
点击输入本栏的具体文字，简明扼要的说明分项内容，请根据您 的具体内容酌情修改。
Click to enter the specific text in this column to explain the sub item content briefly. Please modify it according to your specific content.
14
南京军区福州总医院
医学影像中心
15
南京军区福州总医院
医学影像中心
DWI临床应用
中枢神经系统
超急性期和急性期脑缺血 感染 脱髓鞘病变 肿瘤
16
南京军区福州总医院
医学影像中心
DWI对超急性和急性脑梗塞的检出敏感性为88 ％～100％，特异性为86％～100％。
能够鉴别新鲜与陈旧性梗塞灶，并能评估预后。
存在假阴性（病灶较小、空间分辨率有限）和假 阳性（磁敏感效应所致）。
对新生儿急性缺血缺氧性脑病显示敏感，且能准 确预测病灶范围。
对一过性缺血发作（TIA）显示优于常规MRI。
17
南京军区福州总医院
医学影像中心
DWI
18
ADC 超急性期脑梗死
南京军区福州总医院 医学影像中心
T2WI
DWI
ADC
各向异性弥散
同一介质在三个弥散梯度方向（相位、层面和读出方向） 上呈现不同的弥散运动，引起不同的信号表现，称为各向 异性弥散（anisotropic diffusion)。
7
南京军区福州总医院
医学影像中心
DWI信号形成机制
活体组织中，水分子的弥散运动包括细胞外、 细胞内和跨细胞运动以及微循环（灌注），细胞 外运动和灌注是组织DWI信号衰减的主要原因。 组织内水分子的随机运动越多，在DWI中的信号 衰减越明显。