BOLD-fMRI技术在视觉系统中的研究及应用完整版

BOLD-fMRI技术在视觉系统中的研究及应用BOLD-fMRI（bloodoxygenationleveldependent-functionalmagneticresonanceimaging）即血氧水平依赖性功能磁共振成像，可间接检测和定位大脑功能区，是神经影像学发展的一项新的技术。它不仅可以反映视觉系统的生理改变，还可对视觉系统进行功能定位，整合神经解剖与功能信息，直观反映与视觉相关的神经机制。一、BOLD-fMRI的基本概念BOLD-fMRI自诞生以来，它不仅给神经影像学带来了革命性的变化，而且促进了其它相关学科的发展，具有划时代的意义。目前，国内在BOLD-fMRI上的相关研究和应用尚处于初级阶段，具有进一步研究的巨大空间和价值。

脑活动是指机体产生各种生理活动时伴随的神经元生理、血流生化变化，这个过程要消耗大量的能量，因为脑组织不能储存能量，因此脑活动的增加将伴随局部血流灌注和氧耗的增加。但局部脑组织血流和血氧消耗增加的比例不同，血流量增加明显超过氧耗量的增加，这种差异导致脑激活区的静脉血氧合血红蛋白增加，脱氧血红蛋白相对减少。

二、BOLD-fMRI的基本原理由于脱氧血红蛋白是顺磁性物质，可引起T2缩短，当其浓度下降时，导致T2*和T2延长，在T2WI上信号增强，此即血氧水平依赖效应，也即BOLD效应。BOLD—fMRI就是依据这种磁敏感性对比增强的原理进行脑功能研究。多学科交叉，临床医学、心理学、物理学、计算机学等相关学科综合。不需使用外界对比剂，安全无电离辐射且适用于多种功能实验。空间分辨率高，直观反映大脑功能变化。高场强性。有研究证实，BOLD对比效应随场强增加而增大，从而相应地提高了空间定位的准确性与特异性。

三、BOLD-fMRI的特点信噪比较差，这是由于脑激活区信号变化幅度小，维持时间短的缘故。所以一方面必须采用快速成像技术减少运动伪影；另一方面必须采用统计学方法(如：student—t检验、相关分析等)进行分析及图像后处理，以尽可能达到最佳效果。BOLD-fMRI的可重复性。个体差异以及同一个体不同时间的检测结果存在不同，如受试者及机器本身因素所致。大脑半球共分为五个叶，额叶、顶叶、枕叶，颞叶和岛叶。枕叶(occipitallobe)—视觉皮质中枢。位于顶枕沟的后方，构成大脑半球的最后部分。视觉信息从视网膜光感受器到大脑枕叶视中枢的传导途径称为视路。国外Brodmann学者对枕叶进行分区，以便具体阐明与视觉关系。

四、视觉产生的结构和功能基础BOLDfMRI在视觉研究领域的应用颇为广泛，这主要与视刺激条件易于控制、视皮层激活信号强度相对较大有关。在视觉研究中，BOLD—fMRI可对视觉形成相关的皮层直接定位，这将有助于人们从根本上理解视觉形成的神经机制。

五、BOLD—fMRI在视觉中的研究及其应用此外，还可根据视功能区的不同变化推测各种与脑功能相关的视觉疾病的发病机制，从深层次、多方面理解视觉疾病的病理损害，为临床诊断、治疗及评估预后提供新的思路。弱视是视觉发育敏感期异常视觉经验所导致的以空间视力损害为特征的一组视力不良综合征。应用BOLD—fMRI研究弱视神经机制，不仅可以从整体水平反映不同类型弱视的功能损害特点，还可通过改变刺激条件观察其视功能区相关皮层神经元的双眼性、眼优势柱及方位选择性等变化，探讨与弱视相关的可能机制。

（一）视觉相关研究1、弱视的神经机制研究Rausch等采用BOLD—fMRI对3例皮质盲进行研究，根据结果推测皮质盲V1区以外各功能区的激活可能与视力严重受损时大脑皮层对视觉注意的反应改变有关。Goebel等应用BOLD—fMRI研究2例外侧膝状体以上视路损害致盲的神经机制推测，视路损害致盲的中枢机制并不相同。2、视交叉以上视路损害研究在脑肿瘤手术或放疗前准确判断肿瘤对脑功能损害的程度对指导治疗、评估预后有着重要的意义。根据不同疾病，选择相应刺激条件，应用BOLD—fMRI对视功能区进行解剖学定位，并根据检查结果优化治疗方案，避免损害正常功能区。特别适合不配合视野检查的儿童术前视皮层功能区定位。

（二）临床相关应用

1、术前视皮层功能定位研究发现，由于枕叶外侧与视功能区存在着复杂的神经联系，BOLD—fMRI与图形视诱发电位(Patternvisualevokedpotential，PVEP)异常可能是枕叶相关神经网络对视神经恢复过程的一种适应性反应。BOLD—fMRI评价视觉通路功能较视觉电生理检查及常规MRI可能更为敏感。2、视神经炎受试者两位健康成年志愿者设备3.0T磁共振脑功能刺激仪特置眼镜等E-Prime即Experimenter’sPrime(best)软件编程和预处理统计参数图（statisticalparametricmapping，SPM）软件对BOLD-fMRI数据进行后处理

六、视觉刺激条件下大脑相应功能区域激活图这是一位女性志愿者的大脑半球及枕叶激活图

大脑枕叶视觉功能区轴位激活图

大脑枕叶视觉功能区冠状位激活图

大脑枕叶视觉功能区矢状位激活图

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