功能磁共振技术在神经精神领域的应用

功能磁共振技术在神经精神领域的应用第1页/共46页概述（1）

自1990年Ogawa提出血氧水平依赖(bloodoxygenleveldependent,BOLD)效应来，磁共振的研究进入到功能磁共振时代。目前功能磁共振研究涉及到如下学科：精神病学，神经病学，心理学，医学影像学，核物理学，数学，计算机生命科学，生物医学工程学，神经外科以及医学临床各个专业。第2页/共46页概述（2）广义的功能磁共振技术包含以下内容：1.测量脑血流的BOLD成像技术，以BOLD技术为基础的脑网络分析，独立成份分析，功能连接分析，因果分析，局部一致性分析等；2.神经纤维示踪技术：扩散张量成像（DTI）和神经纤维追踪技术（DTT）;3.结构磁共振技术（3D）：包括测量大脑皮质厚度，大脑皮质体积，灰质和白质体积大小比较；4.BOLD、DTI与3D技术的融合：常用于神经外科脑功能定位，为确定手术切除范围提供指导。第3页/共46页

BOLDfMRI原理

血液动力学反应与脑神经活动之间存在着密切联系，是fMRI的基础。当神经元兴奋时，电活动引起脑血流量显著增加，同时耗氧量也增加，但增加幅度较低，其综合效应是局部血液氧含量增加，去氧血红蛋白的含量相对减低，后者是顺磁性物质，它的含量降低引起T2加权像(T2WI)信号增强。因此T2WI信号也能反映局部神经元活动，这就是BOLD效应的基本原理和生理基础。第4页/共46页A:左丘脑B:右丘脑C:左额下回D:右颞中回E:左枕叶F:左颞下回该研究表明：青少年精神分裂症患者以上脑区的神经活动程度较健康对照组明显下降。第5页/共46页

弥散张量成像原理－均质介质中水分子的运动是无序随机运动，即向各个方向运动的几率是相同，即具有各向同性（isotropy）；－在人体组织中，水分子的运动由于受到组织细胞结构的影响，在各个方向弥散程度是不同的，具有方向依赖性，即具有各向异性(anisotropy)；－水分子垂直于神经纤维走向的弥散运动困难；－水分子平行于神经纤维走向的弥散运动容易；－脑白质中FA值与髓鞘的完整性、纤维的致密性及平行性呈正相关；第6页/共46页DiffusionWeightedMRIDTIbasedFiberTrackingPyramidalTract-Motor(CoronaRadiata)

CorpusCallosum

胼胝体

ArcuatefasciculesOpticRadiation-Vision

视辐射Uncinate第7页/共46页WhiteMatterMapping第8页/共46页结构磁共振技术

采用基于体素的全脑分析技术，比较全脑灰质和白质微细结构的改变，目的是发现灰质和白质体积的改变，大脑皮层厚度的改变情况，以期发现脑功能改变的结构基础第9页/共46页Brainvolumealterationandthecorrelationswiththeclinicalcharacteristicsindrug-naivefirst-episodeMDDpatients:Avoxel-basedmorphometrystudy2010NeuroscienceLetters该研究表明首发抑郁症患者右侧辅助运动区体积明显下降，双侧海马体积明显下降，且与抑郁量表评分正相关。第10页/共46页White-matterVolumeReductionandtheProtectiveEffectofImmunosuppressiveTherapyinSystemicLupusErythematosusPatientswithNormalAppearancebyConventionalMagneticResonanceImaging。

2010TheJournalofRheumatology结果显示SLE患者左颞叶，双侧内囊后脚，双侧内囊前脚，右额叶白质体积明显减小，经过免疫抑制剂治疗后，体积减少有所改善。第11页/共46页人脑默认网络存在的结构证据Resting-StateFunctionalConnectivityReflectsStructuralConnectivityintheDefaultModeNetwork2009OxfordUniversityPress第12页/共46页功能磁共振在基础与临床领域的应用第13页/共46页14首次发病未服药强迫症多模态脑功能磁共振研究第14页/共46页15研究背景1.强迫症是精神疾病中发病率较高的疾病，国外有报道强迫症的终身患病率为2%-3%；

2.强迫症的发病机理尚不明确；3.功能影像学的发展为直观研究强迫症的发病机理提供了可能。目前的一些神经影像学的研究已经阐述了强迫症的一些神经机制。如已提出强迫症的皮质-纹状体-丘脑-皮质CSTC）环路。第15页/共46页16研究流程强迫症患者组知情同意病史询问及精神状况检查临床评定磁共振检查健康自愿者知情同意病史询问及精神状况检查磁共振检查同意则进行临床评估符合条件则入组正常对照组患者组临床评定数据分析论文写作第16页/共46页17

强迫症组较对照组低频振幅增加的区域注：A:左前扣带回;B:左扣带中回第17页/共46页18

强迫症组较对照组ReHo增高和降低的区域

注：A:左前扣带回B:左颞下回第18页/共46页19强迫症与正常组比较白质体积增加的区域A，C:左顶叶B:右颞中回第19页/共46页20强迫症与正常组比较FA增加的区域Z=0Y=48X=16注：FA增加的区域分布于左前额叶与前扣带回区域的白质第20页/共46页21枕叶与前扣带回区域的纤维追踪注：红色代表从左到右的白质纤维

绿色代表从前到后的白质纤维

蓝色代表从下到上的白质纤维第21页/共46页22第22页/共46页第23页/共46页第24页/共46页BOLD-fMRI与DTI融合技术在脑肿瘤微创神经外科治疗中的应用第25页/共46页

随着微创神经外科的深入开展，脑肿瘤微创外科治疗中的功能区保护日益深入人心，如何在切除病灶的同时，尽可能的保护患者的重要神经功能是每一个神经外科医生面临的挑战。

目前国内外的研究者倾向于将显微神经外科技术，以血氧依赖功能磁共振（Bold-fMRI）为代表的神经影像技术，神经导航系统的精确定位技术，神经电生理技术，全麻唤醒状态下脑皮层与肿瘤周边直接皮层电刺激技术等技术手段结合起来，进行详尽而科学的术前计划，术中尽可能精确地切除病灶并保护重要功能区，术后fMRI随访研究，并进行神经解剖应用研究与神经影像技术相结合以指导外科治疗。第26页/共46页Bold-fMRI的主要作用（1）术前显示肿瘤与脑重要功能区的关系

术前利用Bold-fMRI可活体无创性和个体化的定位脑重要功能区，如运动语言等功能区，并与解剖图像融合可以直观的在术前对脑功能皮质运动，语言区进行影像学定位，行个体化术前评估。第27页/共46页Bold-fMRI的主要作用（2）为术中直接皮层电刺激提供靶点

直接皮层电刺激仍是术中判断脑功能区的“金标准”。在唤醒麻醉下可检测患者的运动语言等功能区，判定与肿瘤的位置关系。如术前运动区Bold-fMRI可以确定运动区；间接判断中央沟，优化手术入路，结合术中直接电刺激可以快捷顺利的检测到患者的功能区。

术前Bold-fMRI与术中的直接皮层电刺激相互补充可以缩短手术时间与探查的范围，使电刺激有的放矢。第28页/共46页性别:女年龄：50岁利手：左利手主诉：言语障碍3月余。第29页/共46页

术前Bold-fMRI图示双侧语言功能区激活第30页/共46页术前DTI纤维示踪显示白质纤维与病灶的关系第31页/共46页术中唤醒语言区定位第32页/共46页术后MRI第33页/共46页弥散张量成像对急性期皮质下脑梗死肢体运动功能恢复的预测第34页/共46页皮质脊髓束被累及程度总共分为4级：0级：锥体束基本正常，无累积；1级：锥体束部分中断，累及的部分<1/2；2级：锥体束大部分中断，累及的部分>1/2；3级：锥体束完全中断，累及全部第35页/共46页右侧放射冠区梗死，锥体束累及程度1级a为DWI轴位像；b、c：正、侧位上显示锥体束小部分中断、推移左侧基底节区梗死，锥体束累及程度2级a为DWI轴位像；b、c：正、侧位上显示锥体束大部分中断、锥体束数量减少明显、不连续模糊abcabc第36页/共46页cba左侧颞顶叶皮质下梗死，锥体束累及程度3级a为DWI轴位像；b、c：正、侧位上显示锥体束与远端皮质联系完全中断结论：DTI反映出的椎体束累及程度对脑梗死患者康复的预后最具有预测价值第37页/共46页功能磁共振在心理学方面的应用第38页/共46页第39页/共46页用功能磁共振研究爱情：你能保持爱情的永恒吗？Regionalbrainactivityduringearly-stageintenseromanticlovepredictedrelationshipoutcomesafter40monthsAnfMRIassessment2012NeuroscienceLetters第40页/共46页该研究对早期处于热恋的受试者进行功能磁共振检查，40月后，对已分手及仍然保存美好爱情的受试者再次进行功能磁共振检查；结果显示这些激活的脑区与40周后的幸福评分明显相关，这些脑区神经活动的强度能够预测40月后关系的稳定性及生活的质量。这些异常的脑区都属于“犒赏系统”相关脑区。第41页/共46页功能磁共振研究的可行性分析从事功能磁共振基础与临床研究需要如下条件：1.硬件：1.5T或3.0磁共振成像系统，能够完成所有受试者BOLD,DTI及3D数据的采集；2.软件：图像后处理软件：Matlab7.8,MRIcroN，SPM8，xjview8,DiffusionToolkit,DtiStudio等脑功能分析软件，这些软件均属于开源性软件，没有版权限制，可以免费使用。如果您有足够的科研基金购买BrainVoyager等收费软件，将会使您的科研如虎添翼；第42页/共46页功能磁共振