基于質(zhì)子密度加權(quán)非血氧水平依賴的功能磁共振成像的研究.pdf

1、功能磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）自90年代初出現(xiàn)以來(lái)發(fā)展迅速。由于能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)大腦皮層神經(jīng)功能活動(dòng)進(jìn)行成像而進(jìn)一步擴(kuò)大了磁共振成像技術(shù)在臨床上的應(yīng)用。fMRI以較高的空間分辨率、時(shí)間分辨率及無(wú)損傷的特性已成為腦科學(xué)和生命科學(xué)研究的重要工具。
　　通常的fMRI技術(shù)都是基于血氧水平依賴(Blood Oxygenation Level Dependent，BOLD)

2、對(duì)比機(jī)制，在高場(chǎng)MRI系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)大腦功能的研究。隨著這一技術(shù)的不斷深入發(fā)展，近來(lái)發(fā)現(xiàn)基于質(zhì)子密度加權(quán)非BOLD(non-BOLD) fMRI同樣可以定位大腦功能區(qū)，并可以解釋BOLD模型的問(wèn)題。這為fMRI的研究補(bǔ)充了新的方法和手段，引領(lǐng)一個(gè)全新的方向，特別是non-BOLD fMRI研究可以在低場(chǎng)MRI中實(shí)現(xiàn)，對(duì)目前最普遍使用低場(chǎng)MRI系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)大部分用戶，尤其具有應(yīng)用價(jià)值。
　　本論文對(duì)基于質(zhì)子密度加權(quán)non-BOLD功能磁共

3、振成像技術(shù)進(jìn)行研究，主要包括三個(gè)方面的工作:1）為提高低場(chǎng)fMRI的可用性，研究改進(jìn)低場(chǎng)fMRI的實(shí)現(xiàn)方法，提出優(yōu)化成像序列結(jié)合改進(jìn)低場(chǎng)功能數(shù)據(jù)分析的綜合方法以提高低場(chǎng)fMRI定位的顯著性和有效性;2）為進(jìn)一步提高non-BOLD fMRI的時(shí)間分辨率，研究開(kāi)發(fā)結(jié)合快速自旋回波(Turbo Spin Echo，TSE)和平面回波成像（Echo-planar Iamging，EPI）技術(shù)的更快速的MRI成像序列—梯度自旋回波(Gradie

4、nt and Spin Echo，GRASE)序列，將基于質(zhì)子密度加權(quán)GRASE序列應(yīng)用到non-BOLD fMRI的研究中以提高其定位大腦功能區(qū)的能力;3）針對(duì)當(dāng)前關(guān)于non-BOLD機(jī)制不一致的觀點(diǎn)，在non-BOLD fMRI的空間特性、回波時(shí)間(Echo Time，TE)的依賴性和雙效應(yīng)fMRI信號(hào)模型的建立方面進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，以便進(jìn)一步明確non-BOLD機(jī)制。
　　研究結(jié)果表明:
　　提出綜合的方法優(yōu)化TS

5、E序列和改進(jìn)低場(chǎng)功能數(shù)據(jù)的分析方法，可增強(qiáng)低場(chǎng)fMRI的可用性。通過(guò)優(yōu)化TSE序列改善了fMRI的圖像質(zhì)量和時(shí)間分辨率，與同類研究相比，優(yōu)化的單次TSE掃描時(shí)間由26s減少到8s，且圖像SNR提高2倍以上。通過(guò)結(jié)合顯式掩摸圖像和一般線性模型(General linear Model，GLM)方法改進(jìn)低場(chǎng)功能數(shù)據(jù)的分析方法，可有效地去除非腦的背景、偽影和頭皮、頭骨等部分的信號(hào)變化，有效地消除了偽激活區(qū)。與同類研究相比，應(yīng)用這種綜合方法得到

6、的結(jié)果，其顯著性和可靠性好于類似的低場(chǎng)下的研究結(jié)果。
　　開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了GRASE序列，結(jié)合TSE射頻脈沖方案和EPI切換正負(fù)極性讀出梯度的技術(shù)，在連續(xù)的180°脈沖之間產(chǎn)生多個(gè)短的梯度回波鏈，減少掃描時(shí)間為TSE的EPI因子分之一?？紤]這種成像速度和圖像質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)，首次基于質(zhì)子密度加權(quán)GRASE序列實(shí)現(xiàn)了non-BOLD fMRI的研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于質(zhì)子密度加權(quán)的GRASE fMRI的時(shí)間分辨率好于目前基于TSE fMRI的研究，

7、且激活區(qū)的空間范圍明顯擴(kuò)大。這顯示了基于質(zhì)子密度加權(quán)GRASE序列在non-BOLD fMRI研究中的應(yīng)用價(jià)值，并為non-BOLD fMRI研究增添了新的實(shí)現(xiàn)方法。
　　采用高空間分辨率的質(zhì)子密度加權(quán)自旋回波EPI(SE-EPI)實(shí)現(xiàn)non-BOLD fMRI空間特性的研究，并進(jìn)行了信號(hào)變化對(duì)TE依賴關(guān)系的研究。結(jié)果表明使用這種non-BOLD fMRI和傳統(tǒng)的基于梯度回波EPI(FE-EPI)的BOLDfMRI定位的功能激活區(qū)