•脑活动状态的生理学变化 •脑活动状态的代谢变化 •脑活动状态的血管变化
功能脑成像的目的是描绘出活体脑
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 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。 •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 袭性脑功能成像有两种方法：（1）电生理 的方法和（2）代谢/血流的方法。
磁共振的设备
❖磁体 ❖线圈 ❖计算机
磁体的分类
❖永磁 ❖常导 ❖超导
射 频 线
圈
MR基本原理
（N）MRI
(Nuclear) Magnetic Resonance Imaging
(核） 磁 共振 成像
MRI
Magnetic Resonance Imaging
磁 共振 成像
MRI
(N)Magnetic
脑功能磁共振成像
1952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
▪诊断----治疗 ▪结构----功能 ▪宏观----微观
电生理的方法:
•脑电图（EEG） •脑磁图描记术（MEG)
代谢/血流的方法:
•正电子发射体层成像（PET） •功能磁共振成像（fMRI）
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 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 关系。 •这些生理参数与脑功能图像之间 的关系。
在工作站，将“A”状态和“B” 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 无改变的感兴趣区域脑组织设为0， 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 数字化，并依据血氧水平增高或减 低的情况作出伪彩图像。
手 对 掌 运 动
双手对掌运动
fMRI
功能性磁共振成像的生理学基础
随着磁共振成像技术的迅猛发展，功能性 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(SPECT、PET等)。 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 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 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，一旦功能性磁共振 广泛应用于临床，势必有着宽阔的前景。
生理参数
葡萄糖消耗量 氧耗量 细胞色素-C (叶绿醇氧化还原状态) 脑血容量
脑血氧含量
方法
FCG-PET，FDG-SPET O2-PET NIRS
H2O-PET,氙-，ECD-， MPAO-SPET, fMRI, 氙-CCT,NIRS+造影剂, TCD fMRI（BOLD）；NIRS；内 在的视觉信号（去氧血红 蛋白，血红蛋白浓度）
脑活动 代谢变化 功能图像 脑活动 血管变化 功能图像
磁共振脑功能成像的 数据分析
概述
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 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 软件虽然也可完成这项工作，如GE公司的 FUNCTOOL等，但其处理较粗糙和简单， 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。
血氧饱和度水平检测 （BOLD）
1990年Belliveau手次报 导了血氧饱和度水平检测技 术以来，该技术已成为神经 科学家探测各类认识活动脑 内定位的有效方法之一。
采样过程中需设置两种状态：一种 是活动、一种是休息（“A”和“B”）， 在两种状态下，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 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、 停30秒、对掌运动30秒、停30秒、对掌 运运动30秒、停30秒，依次类推，完成1 分20秒的扫描过程。
功能性磁共振成像
（Functional Magnetic Resonance Imaging）
分广义和狭义两种
广义功能性磁共振成像
•弥散加权成像（DWI） •灌注加权成像（PWI） •磁共振波谱成像（MRS） •血氧饱和度水平检测（BOLD）
狭义功能性磁共振成像
特指血氧饱和度水平检 测（ Blood Oxygen Level Dependent 简称BOLD）。
图像数据的预处理
• 移动校正 • 层面的延时校正 • 空间滤过 • 信号强度的标化 • 时序滤过
fMRI时间序列 高斯内核
设计矩阵
p <0.05
采用高斯野理论的推论
统计参数图 (SPM)
移动校正
平滑
标化
通用线性模型
标准脑 模版
参数评估
局部数据的校正
空间分布模式以及 相互有效的连通性
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 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 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。 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 检查神经系统。如反应正常其所做出的诊断是神经系 统正常。这“黑箱”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 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。
常用磁共振脑功能成像处理软件包
•ACTIV2000 •AFNI* •BrainVoyager •FIASCO •FMRI Analysis Package •FSL •LyngbyMEDx •SPM* •Stimulate •VoxBo
• 图像数据的获取 • 图像数据的转换 • 图像数据分析 • 图onance
共振
MRI
Imaging
成像
几组常用磁共振 参数的概念
T1 TR T1WI T2 TE T2WI
水长T1、长T2。 脂肪短T1、长T2。 软组织等T1、等T2。 钙化短T1、短T2。
T1WI：短TR（小于500ms)、短TE。 PDWI：长TR（500-1000ms)、短TE。 T2WI：长TR（大于2000ms)、长TE。