课件4fMRI-刘含秋论文9200

2014/5/29 1 脑功能磁共振成像脑功能磁共振成像 复旦大学附属华山医院放射科复旦大学附属华山医院放射科 刘含秋刘含秋 2014/5/29 2 常规的磁共振技术在中枢神经系统疾病常规的磁共振技术在中枢神经系统疾病 的诊断和治疗中仍然面临了许多问题！的诊断和治疗中仍然面临了许多问题！ 是肿瘤还是非肿瘤病变？是肿瘤还是非肿瘤病变？ 肿瘤是胶质瘤还是淋巴瘤？肿瘤是胶质瘤还是淋巴瘤？ 肿瘤是原发肿瘤还是转移瘤？肿瘤是原发肿瘤还是转移瘤？ 原发胶质瘤的边界？原发胶质瘤的边界？ 肿瘤和功能区的关系？肿瘤和功能区的关系？ ? 2014/5/29 3 前言前言 功能磁共振成像功能磁共振成像(functional magnetic resconance imaging, fMR I) : 理论上讲理论上讲, 凡以反映器官功能状态成像为目标的磁凡以反映器官功能状态成像为目标的磁 共振成像技术都应称之为功能磁共振成像。共振成像技术都应称之为功能磁共振成像。 分广义和狭义两种分广义和狭义两种 2014/5/29 4 广义功能性磁共振成像广义功能性磁共振成像 磁敏感成像磁敏感成像（ Susceptibility Weighted Imaging ， SWI） 弥散加权成像（弥散加权成像（ Diffusion- Weighted Imaging, DWI）- Diffusion Tensor Imaging (DTI) 灌注加权成像（灌注加权成像（ Perfusion Weighted Imaging, PWI） 磁共振波谱成像（磁共振波谱成像（MRS） 血氧饱和度水平依赖（血氧饱和度水平依赖（ blood oxygen level dependent, BOLD） 2014/5/29 5 磁敏感加权成像磁敏感加权成像 磁敏感加权成像（磁敏感加权成像（SWI, Susceptibility Weighted Imaging）利用不同组织之间的）利用不同组织之间的 磁敏感性差异进行成像。磁敏感性差异进行成像。 （铁离子和去氧血红蛋白）（铁离子和去氧血红蛋白） 2014/5/29 6 SWI的独特优势的独特优势 对对静脉静脉、出血产物及铁沉积显示敏感、出血产物及铁沉积显示敏感 2014/5/29 7 SWI的临床应用: 脑血管性疾病 脑外伤 脑肿瘤 血管畸形 脑血管淀粉样变性 多发性硬化 钙化显示 2014/5/29 8 DWI 原理：利用水分子扩散状态的差异原理：利用水分子扩散状态的差异 正常组织正常组织水分子随机、无规律的水分子随机、无规律的 热运动，即布朗运动。热运动，即布朗运动。 三种状态下三种状态下 水分子运动受限水分子运动受限 弥散加权高信号弥散加权高信号 2014/5/29 9 临床应用临床应用 最早应用于急性脑梗死最早应用于急性脑梗死 弥漫性轴索损伤是在颅弥漫性轴索损伤是在颅 脑外伤中脑外伤中，由于脑灰白由于脑灰白 质受到剪切力作用时引质受到剪切力作用时引 起的弥漫性神经轴索损起的弥漫性神经轴索损 伤伤。CTCT检查诊断困难检查诊断困难， MRIMRI检查有助于诊断检查有助于诊断。 弥漫性轴索损伤弥漫性轴索损伤 2014/5/29 10 DWI在脑内肿瘤和在脑内肿瘤和 非肿瘤病变非肿瘤病变 鉴别诊断中的具有重要价值鉴别诊断中的具有重要价值 2014/5/29 11 沿着神经轴索方向运动的水分子要比跨沿着神经轴索方向运动的水分子要比跨 越神经轴索的水分子运动速度快得多越神经轴索的水分子运动速度快得多 2014/5/29 12 Tensor Imaging 2014/5/29 13 反应组织的微血管分布情况和血流灌注状态反应组织的微血管分布情况和血流灌注状态 动态磁敏感对比增强动态磁敏感对比增强 需要造影剂，成像对象为含造影剂的血液需要造影剂，成像对象为含造影剂的血液 动脉自旋标记动脉自旋标记 无须造影剂，成像对象为磁化标记的血液中的氢无须造影剂，成像对象为磁化标记的血液中的氢 质子质子 T1加权动态对比增强加权动态对比增强MRI(T1DCE-MRI)通过顺磁通过顺磁 性对比剂注入血管导致组织性对比剂注入血管导致组织T1缩短的功能性磁共缩短的功能性磁共 振振MRI技术，它依赖两室数据分析模型，使用动技术，它依赖两室数据分析模型，使用动 态重复成像态重复成像跟踪对比剂随时间扩散到组织中的情跟踪对比剂随时间扩散到组织中的情 况况，可以获得血脑屏障渗漏的定量参数，可以获得血脑屏障渗漏的定量参数- Ktrans(volume transfer contrast),它直接反应血它直接反应血 管内皮的渗透性管内皮的渗透性 灌注成像灌注成像（PWI) 2014/5/29 14 在脑梗死的临床应用在脑梗死的临床应用 超急性期显示缺血部位和范围超急性期显示缺血部位和范围 反应脑组织血供状态反应脑组织血供状态 灌注不足：灌注不足：MTT延长，延长，rCBV减少，减少，rCBF明显减少明显减少 侧枝循环：侧枝循环：MTT延长，延长， rCBV增加或正常增加或正常 再灌注：再灌注：MTT缩短或正常，缩短或正常， rCBV增加，增加， 正常或轻正常或轻 度增加度增加 过度灌注：过度灌注： rCBV 、rCBV均明显增加均明显增加 2014/5/29 15 帮助判断脑肿瘤的性质帮助判断脑肿瘤的性质 有助于鉴别肿瘤与非肿瘤性病变有助于鉴别肿瘤与非肿瘤性病变 在脑肿瘤的临床应用在脑肿瘤的临床应用 2014/5/29 16 同一种原子核处于不同化合物中的，具有不同的共振频率同一种原子核处于不同化合物中的，具有不同的共振频率;高的场强可以将高的场强可以将 微小的差异显示出来，分成几个峰表示微小的差异显示出来，分成几个峰表示 MRMR波谱波谱 MRSMRS （Magnetic Resonance SpectroscopyMagnetic Resonance Spectroscopy) ) 2014/5/29 17 正常脑组织波谱正常脑组织波谱 NAA(N-已酰天门冬氨酸）：已酰天门冬氨酸）： 2.02ppm，最高峰，神经，最高峰，神经 元标志物，其下降提示神元标志物，其下降提示神 经元受损，常见于各种恶经元受损，常见于各种恶 性肿瘤，脑外肿瘤可测不性肿瘤，脑外肿瘤可测不 到到 Cho（胆碱）：（胆碱）：3.22ppm， 参与细胞膜磷脂的合成与参与细胞膜磷脂的合成与 降解，是髓鞘形成的指标，降解，是髓鞘形成的指标， 恶性肿瘤明显升高，可用恶性肿瘤明显升高，可用 于肿瘤治疗后随访于肿瘤治疗后随访 Cr（肌酸）：（肌酸）：3.02ppm，参，参 与人体基本代谢过程，相与人体基本代谢过程，相 对保持稳定，常被作为计对保持稳定，常被作为计 算比值的标准算比值的标准 ppm A B 2014/5/29 18 Blood Oxygen Level Dependent， 简称简称BOLD -狭义功能磁共振成像狭义功能磁共振成像 2014/5/29 19 BOLD效应效应: 神经元活动时神经元活动时, 局部脑血流量和耗氧局部脑血流量和耗氧 量均增加量均增加, 但是两者增加有差异但是两者增加有差异, 即即脑血流量的增脑血流量的增 加多于耗氧量加多于耗氧量, 这种差异使活动区的静脉血氧浓这种差异使活动区的静脉血氧浓 度较周围组织明显升高度较周围组织明显升高, 去氧血红蛋白去氧血红蛋白浓度减低浓度减低。 2014/5/29 20 血红蛋白去氧和氧血红蛋白去氧和氧 合磁性不同，去氧合磁性不同，去氧 血红蛋白是顺磁的血红蛋白是顺磁的 兴奋区域里去氧血红蛋兴奋区域里去氧血红蛋 白浓度的减低，即局部白浓度的减低，即局部 T2*信号增强。信号增强。 去氧血红蛋白具有缩短去氧血红蛋白具有缩短 T2 的作用，即的作用，即T2*信号信号 减低。减低。 兴奋的功能区产生局部兴奋的功能区产生局部 信号增强效应信号增强效应 O2 消耗消耗 局部血流局部血流 dHb 2014/5/29 21 手 对 掌 运 动 手 对 掌 运 动 任务任务1：静息状态：静息状态 任务任务2：运动状态：运动状态 Off-on: 任务任务1 任务任务2 fMRI过程过程 2014/5/29 22 2014/5/29 23 功能磁共振成像主要步骤功能磁共振成像主要步骤 fMRI 的实验设计的实验设计: 组块设计组块设计; 事件相关事件相关( event related ) 设计设计; 被试的准备和被试的准备和MRI扫描序列与扫描方法的合理应用扫描序列与扫描方法的合理应用 适当的后期处理及统计学方法的选择适当的后期处理及统计学方法的选择 意味着：团队合作是理想结果的重要保证！意味着：团队合作是理想结果的重要保证！ A B A B 2014/5/29 24 -多模态脑功能定位技术多模态脑功能定位技术 fMRI的临床研究的临床研究 神经外科的风险主要是由外科手术对重要神经外科的风险主要是由外科手术对重要 脑功能区域的损伤程度决定的。脑功能区域的损伤程度决定的。最大程度最大程度 地切除病灶，同时使主要的脑功能区域地切除病灶，同时使主要的脑功能区域 （如视觉、语言和感知运动皮层等）得以（如视觉、语言和感知运动皮层等）得以 保留是神经外科手术的目标。保留是神经外科手术的目标。 2014/5/29 25 术术 前前 第一次第一次 术中术中 第二次第二次 术中术中 2014/5/29 26 臂丛损伤后脑功能重组的臂丛损伤后脑功能重组的fMRI研究研究 -冯晓源、刘含秋、孙华平，刘彬等等冯晓源、刘含秋、孙华平，刘彬等等 临床观察：临床观察：初期初期 需健肢带动，长需健肢带动，长 期随访自主支配期随访自主支配 患肢运动患肢运动 2014/5/29 27 在目前的精神医学领域，对精神疾病的诊断缺乏可靠在目前的精神医学领域，对精神疾病的诊断缺乏可靠 的生物学指标，主要靠临床医师的观察和问诊，然后的生物学指标，主要靠临床医师的观察和问诊，然后 根据相应的疾病诊断标准进行合理推测。而对精神疾根据相应的疾病诊断标准进行合理推测。而对精神疾 病的治疗效果的判断也主要依靠观察患者异常行为、病的治疗效果的判断也主要依靠观察患者异常行为、 言语、情绪和思维等的改变，这也是为数不多的仍然言语、情绪和思维等的改变，这也是为数不多的仍然 凭借人类直觉作为判断指标的医学领域之一。凭借人类直觉作为判断指标的医学领域之一。 -华山医院冯晓源、刘含秋、孙军华山医院冯晓源、刘含秋、孙军 精神分裂症、抑郁症的精神分裂症、抑郁症的fMRI研究研究 2014/5/29 28 有Park in或PINK I基因突变而没有 运动障碍的被试完成对指运动 （internal movement selection） 与正常对照激活脑区差异：rCMA、 PMd激活 PD Park in 或PINK I突变基因携带者完成对指运动 （sequential fingure movements）与正常对照激 活脑区差异：rSMA、PMd激活 2014/5/29 29 静止状态下的低频震荡同步化分析方法已被大量研究所证实。静止状态下的低频震荡同步化分析方法已被大量研究所证实。 这一现象不但存在于皮层脑区之间这一现象不但存在于皮层脑区之间,而且还可存在于皮层下核而且还可存在于皮层下核 团。团。 而且除运动系统外，这种自发状态下的低频活动的同步而且除运动系统外，这种自发状态下的低频活动的同步 化现象还广泛存在于听觉、视觉、言语加工和工作记忆系统化现象还广泛存在于听觉、视觉、言语加工和工作记忆系统 内。内。 2014/5/29 30 ASD ASD患者与社交情感相关的静息态网络与正常对