北师大fMRI【第一章-概述】课件

1、功 能 磁 共 振 成 像 姚 力 龙志颖 等第一章 概述一、什么是 功能 磁共振成像（fMRI）MRI fMRI Functional Magnetic Resonance Imaging功能 磁共振成像（fMRI）: 利用磁共振成像技术显示脑的功能激活影像。 功能神经影像(functional neuroimaging)：fMRI, PET (positron emission tomography), SPECT(single-photon emission computerized tomography ) Optical Imaging, 功能 磁共振成像（fMRI）二、为什么要功能

2、磁共振成像研究脑功能的三种经典手段：Lesion StudyDrug ManipulationRecordings of Electrical Activity (EEG、MEG)功能磁共振成像：无创，健康人做被试高的空间分辨率和时间分辨率对多种认知实验设计有很好适应性补偿上述方法的不足三、各种功能神经成像技术正电子断层扫描技术 （positron emission tomography-PET）脑磁图（Magnetoencephalography-MEG）脑电图（EEG）与事件相关电位（ERP）注意：脑功能研究中的多模态信息的融合1924-1940：1924- Wolfgang Pauli

3、发现一个现象： 被激活的原子出现了谱线分离。基本假设： 原子核在离散的频率上自旋。1937-Inidor Rabi发现共振： 如果外加变化磁场的频率与原子核自旋一致，原子核就会吸收磁场的能量。1944- Rabi获诺贝尔物理学奖1946验证了固体的核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance NMR）现象; 1952: 获得诺贝尔物理学奖， 固体磁共振现象的发现1950s: 物质成分的检测(波谱)Felix Bloch （Stanford） Edward Purcell （MIT）1970s利用NMR原理进行成像（生物体上）Paul Lauterbur：空间梯度的概念（定位）

4、Peter Mansfield: echo-planar imaging-EPI概念2003: 获得诺贝尔医学奖，对MRI的发明1982：GE公司生产了1.5T第一台商业医用MR 扫描仪1985: FDA批准了临床使用MR 扫描仪1990s发明功能磁共振成像（ fMRI）1936: Pauling 指出合氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的磁化率不同1982：Thulorn论证了脱氧血红蛋白的NMR信号衰减速度比合氧血红蛋白快1986：Fox发现，神经活动伴随区域性脑血流(rCBF)、血体积(rCBV) 、血氧和代谢等变化。1990: Ogawa报告了大脑皮层微血管中血氧的变化，会引起局部磁场均匀性变化

5、，从而引起NMR信号强度的变化，称血氧水平依赖性（BOLD）。五、磁共振扫描仪的组成主磁体 (Static Magnetic Field)射频系统 (Radiofrequency Coil)梯度系统 (Gradient Coil)计算机系统其他辅助设备1、主磁体 (Static Magnetic Field)分类按磁场产生方式： 永磁体 （钕 铁 硼） 常导磁体 超导磁体1.5T 超导磁体0.35T 永磁磁体OpenMark 3000按磁体的外形：封闭式磁体特殊外形磁体开放式磁体按主磁场的场强分类 超高场（4.0-7.0T） 高场（1.5-3.0T） 中场（0.5-1.4T） 低场（0.2-0

6、.4T）（MRI图像信噪比与主磁场场强成正比）主磁场的两个重要指标：磁场强度与磁场的均匀性磁场的单位：高斯（gauss, G）： 1高斯为距离5安培电流的直导线1厘米处检测到的磁场强度特斯拉（Tesla,T）： 1 T = 10000G5安培1厘米1高斯Study Questions:How does an MRI scanner generate the main magnetic field? What two criteria are important for the main magnetic field?Why are superconducting electromagnets

7、necessary for MRI?2、射频系统 (Radiofrequency Coil)射频线圈的作用（如同无线电波的天线）激发人体产生共振（广播电台的发射天线）采集MR信号（收音机的天线）接收线圈与MRI图像SNR密切相关接收线圈离身体越近，所接收到的信号越强线圈内体积越小，所接收到的噪声越低射频线圈的几个重要概念激发（excitation）接收（reception）表面线圈（surface coil）体线圈（volume coil）相阵线圈（phased array）Study Questions:What is the difference between a surface coi

8、l and a volume coil?What is the phased array?3、梯度系统 (Gradient Coil)梯度磁场是一种人为加入的，随空间位置线性变化的不均匀场，分别加在空间的三个方向。加入梯度场的目的是使空间不同位置经受的磁场不同，因此标识了空间的不同点，即对成像对象进行了空间编码。作用：空间定位产生信号梯度线圈性能的提高 磁共振成像速度加快梯度磁场的产生Z轴方向梯度磁场的产 生X、Y、Z轴上梯度磁场的产生 梯度线圈性能指标 梯度场强 25 60mT/m 切换率 120 200mT/m.sStudy Questions:What are the three mai

9、n components of an MRI scanner?What are the function of the three main components匀场线圈（shimming coil） 用于补偿静磁场的不均匀性单位：ppm ( part per million) 20厘米球体内例如：0.1ppm，1.5T， 0.00000015T的偏离 4、计算机系统数据的重构、分析和显示。对硬件的一系列指示。 （pulse sequence）5、其他辅助设备空调液氦及水冷却系统激光照相机生理指标监视器小 结主 磁 体梯 度 系 统射 频 系 统计 算 机 系 统其他辅助设备六、磁共振仪的安全

10、性静磁场对人生理上的作用强磁场中的铁磁物质梯度磁场的作用射频场的作用（specific absorption rate-SAR)幽闭症噪声Study Questions:What happens to metal brought within the static magnetic field? Consider both large external objects (e.g., oxygen canisters) and small internal devices (e.g., aneurysm clips).What effects do the changing gradient fields have upon the human body? How can these effects be minimized?What is SAR? Why is it important for fMRI?Why is it important to avoid looping wires or necklaces near the head coil?七、本课程内容第一章 概述 （1周）第二章 磁共振成像原理 （4周）21 MRI信号产生的基本原理22 MRI信号成像的基本原理23 脉冲序列 24 快速扫描第三章