【正文】 3. 成像技術(shù) 空間編碼是磁共振成像的關(guān)鍵技術(shù)。活動皮層 BOLD 信號的峰值出現(xiàn)在激勵開始后的 5~8s，并且回到基線水平需要同樣的時間。在神經(jīng)活動中，突觸傳導(dǎo)為 1ms 級，信息傳輸是幾百 ms。 fMRI 的時間分辨率更有可能取決于生理動力學(xué)而非獲取圖像的速率。這可能給 fMRI 造成一個固有的空間分辨率的極限。 BOLD 信號能在小毛細血管和大靜脈血管的內(nèi)部和周圍產(chǎn)生。血流的變化顯然是主要因素，它通過稀釋脫氧血紅蛋白而起作用。從理論上講，信號的變化受血液動脈氧合、血流量、血流、血細胞比容、組織氧攝取和血流速度的變化等影響。這就證明了早期 PET 的研究結(jié)果，施加刺激時氧的攝取遠小于血流的增加。這種方法可在無須對比劑和放射劑的條件下進行人腦功能定位的研究，并具有較高的空間分辨率。此技術(shù)稱作血氧合度依賴的對比 (Blood Oxygenation Level Dependent Contrast， BOLD Contrast)。因此脫氧血紅蛋白可以看成是天然的對比劑。 后來， Ogawa 和 Turner 對實驗動物的獨立研究表明只需改變血的氧合狀態(tài)就可得到與對比劑在血管周圍擴散的 MRI 圖像改變相類似的結(jié)果。 MGH 的研究小組率先將此方法用于腦灌注，利用中心體積定理 (Central Volume Theorem)得到局部腦血流值 (血流體積 /平均傳遞時間 )。原來 的順磁對比劑是外源性的，通過腿部靜脈注射將無毒的含有元素釓 (Gadolinium)的化合物注入血流中。為了抵消其影響，人們采用自旋回波技術(shù)，即在最初的激勵脈沖后面加一個重聚焦射頻脈沖來消除相位變化的影響，或者盡可能地縮短激勵脈沖和信號采樣之間的時間間隔，例如 FLASH(Fast LowAngle Shot imaging)成像技術(shù)。自旋回波 (Spin Echo)技術(shù)用于測量 T2 信號，梯度回波 (Gradient Echo)技術(shù)用于測量 T2*信號。因為橫向凈磁場的衰減非常快，所以可以在非常短的時間內(nèi)檢測到信號，這就提供了很好的時間分辨率。這個附加的弛豫時間定義為 T2’。 橫向凈磁場的衰減總是比縱向凈磁場的衰減要快。然而，每個質(zhì)子自旋的磁環(huán)境不同使它們以稍微不同的頻率進動，使相角分離，從而使信號隨時間減小。為了觀察 MRI 信號，質(zhì)子磁化方向必需偏離主磁場方向，在橫斷面上生成一個沿軸進動的磁化分量?；謴?fù)率稱為縱向弛豫時間 T1，不同組織中質(zhì)子的 T1 不同。在這段時間里，和靜態(tài)磁場垂直的磁化分量在被掃描的物體周圍的天線中產(chǎn)生一個感應(yīng)信號電壓。圖像強度主要取決于質(zhì)子的密度，但是水分子周圍局部環(huán)境也對它有很大的影響。本文著重介紹功能磁共振的原理及應(yīng)用方面的現(xiàn)狀和前景。大批的腦科學(xué)研究人員已經(jīng)開始從事磁共振功能神 經(jīng)成像的研究，并將它應(yīng)用于認知神經(jīng)科學(xué)。例如在僅幾秒鐘內(nèi)發(fā)生的思維活動，或認知實驗中信號的變化。它雖然是一種非介入的技術(shù)，但卻能對特定的大腦活動的皮層區(qū)域進行準確、可靠的定位，空間分辨率達到 2mm，并且能以各種方式對物體反復(fù)進行掃描。在眾多的模式中，用于腦功能定位的磁共振成像 (Magic Resonance Imaging， MRI)技術(shù)，或曰功能磁共振成像 (Functional MRI)是一種非常有效的研究腦功能的非介入技術(shù)，已經(jīng)成為最廣泛 使用的腦功能研究手段。也有人用光學(xué)的方法檢測腦功能。研究腦功能映射 (Function Brain Mapping)有許多成功的模式(Modality)，例如正電子發(fā)射斷層掃描 (Positron Emission Tomography， PET)，在向腦內(nèi)注射15O 水后，通過測量局部腦血流 (rCBF)的方法來檢測大腦的活動。 FMRI 一、引言 人腦是人體最重要的器官之一，對于人腦功能的探求無疑是非常有意義的事情。研究者將 MION 技術(shù)應(yīng)用在清醒的猴子身上，發(fā)現(xiàn)這種技術(shù)給出了 比較好的空間分辨率。MION 在血液中具有很長的半衰期，如果大腦局部的氧化鐵濃度升高，就能被 fMRI 檢測到。 Vanduffel et 同樣的磁場在清醒的猴子中也可以得到滿意的結(jié)果，但要用 MRI 對比試劑，而不是在大多數(shù)人類研究中用的 BOLD（ blood oxygen level dependent）。 最近的研究能在猴子中進行功能性磁共振成像的研究了。這些實驗與在人類中進行的功能性成像研究是互補的。數(shù)字傳輸后的信號質(zhì)量上可以有較大的提高，過去模擬傳輸時常見到的拖尾，模糊和重影等問題不會出現(xiàn)。 ，數(shù)字光纖模式的綜合成本可與模擬、電纜模式相比，甚至可能還要低一些，這為以后的大量應(yīng)用提供了可能。光纖傳輸?shù)淖畲髢?yōu)勢在于， （幾十公里）的 VGA 信號傳輸，而且是無損的傳輸， ，如電磁環(huán)境很不好的場合，光纖傳輸?shù)目垢蓴_特點得以充分發(fā)揮，擴展了 VGA 信號傳輸應(yīng)用的范圍。同時傳統(tǒng)的 VGA 傳輸電纜會產(chǎn)生電氣、電磁信號會干擾到 MRI 的正常工作。 由于用于 MRI 工作時會產(chǎn)生強大磁場。反射式 DMD 器件的應(yīng)用，使成像器件的總光效率大大提高，對比度亮度均勻性都非常出色。數(shù)字技術(shù)的采用，使圖像灰度等級提高，圖像噪聲消失，畫面質(zhì)量穩(wěn)定，數(shù)字圖像非常精確。 DLP 投影機的技術(shù)是一種全數(shù)字反射式投影技術(shù)。不受電氣、磁場干擾。 圖像后臺處理計算機中預(yù)裝 fMRI 高級圖像處理與統(tǒng)計分析軟件，可以做各種圖像預(yù)處理操作：標準化、線性漂移消除、頭動校正、大腦皮層自動分割、功能像與解剖像自動配準、感興趣區(qū)域體積測量、不同融合效果顯示，也可進行多種形式的統(tǒng)計，如廣義線性模型分析、無模型聚 類分析、非參數(shù)檢驗、獨立成分分析、腦區(qū)連通性分析等，大大減輕了醫(yī)生在圖像后處理工作中的負擔(dān)。 按照人體工程學(xué)設(shè)計的無射頻按鍵式響應(yīng)控制盒通過 CREATOR 光纖傳輸 系統(tǒng)把受試者的反應(yīng)直接傳送到計算機，可利用事件相關(guān)設(shè)計對不同類別的認知任務(wù)進行統(tǒng)計比較。 SAMRTEC fMRI 刺激系統(tǒng)解決方案示意圖 國外大多數(shù)實驗室采用直接背投式視覺刺激裝置，投影系統(tǒng)為完全無磁射頻屏蔽，可以安放在磁共振掃描室中，并有風(fēng)冷散熱裝置，保證投影的穩(wěn)定性。這些信息對外科手術(shù)計劃、輻射治療、治療中風(fēng)或者治療其它的大腦紊亂性障礙都起著關(guān)鍵性的作用。創(chuàng)傷和功能性疾病，例如中風(fēng)或者腦瘤，甚至能導(dǎo)致大腦其它部分的功能障礙。內(nèi)科醫(yī)師們知道，人的說話、感覺、記憶以及其它功能行為的產(chǎn)生是分別由大腦的哪些區(qū)域控制的。 fMRI 實驗刺激系統(tǒng)解決方案 一、概述 磁共振成像（ MRI）使用無線電波和 一個比 x射線能量更大的強磁場為人們提供人體內(nèi)部器官和組織的清晰且詳細的圖片。 MEG 有如下關(guān)鍵設(shè)備： 超導(dǎo)量子干涉儀； 磁屏蔽室； 梯度儀 EEG 和 MEG 技術(shù)直接測量神經(jīng)活動的電磁信號，記錄與某一特定事件相關(guān)的腦電事件相關(guān)電位和腦磁事件相關(guān)磁場，具有毫 秒級的高時間分辨率的優(yōu)勢。通過計算機綜合影象信息處理，將獲得的信號轉(zhuǎn)換成腦磁曲線圖，等磁線圖，并通過相應(yīng)數(shù)學(xué)模型的擬合得到信號源定位。s年代初期全頭型 MEG 測量系統(tǒng)的問世，使檢測過程只需要經(jīng)過一次測量就可采集到全頭的腦磁場信號。s 年代 MEG 由單信道發(fā)展成 37 信道傳感器裝置。s 年代，以超導(dǎo)量子相干器件 (SQUID)為其核心技術(shù)。在檢測過程中， MEG 探測儀不需要固定在患者頭部，測量前對患者無須作特殊準備，所以準備時間短，檢測過程安全、簡便，對人體無任何副作用。 MEG 是一種完全無侵襲，無損傷的腦功能檢測技術(shù)，可廣泛地用于大腦功能的開發(fā)研究和臨床腦疾病診斷。 MEG 腦磁圖 (Magoencephalography,或簡稱 MEG)，是直接探測大腦神經(jīng)功能活動的最新技術(shù)。 雙手協(xié)調(diào)性；以右手旋轉(zhuǎn)帶動探頭南北移動、左手旋轉(zhuǎn)帶動探頭東西移動按設(shè)定軌跡運動，根據(jù)所用時間及出錯次數(shù)，反映個體雙手協(xié)調(diào)能力。 瞄準準確性；從個體手握探棒通過大小不等的九個孔，所用的時間及碰孔壁的次數(shù)，反映眼手協(xié)作、隨意運動的準確性。 手臂穩(wěn)定性；將手臂較長時間的保持在某一范圍的能力。 手臂靈活性；可隨意、靈巧地活動手及腕的能力。 手指靈活性；迅速而又正確地活動手指，用手指巧妙地拿起微小物的能力。反之手指靈活性差者，無論他們怎樣努力，都難以當好一名裝配工。就如手指靈活性高的人，并不意味著他們一定能當好需手指靈活的裝配工人，但是，他們卻存在著可能性。 該系統(tǒng)參考了美國的職業(yè)價值測驗（ MVE），日本的一般職業(yè)的適應(yīng)性測驗，再根據(jù)我國的具體情況，做了上千人的測試，開發(fā)成了功能完善的多項職業(yè)技能操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)是鑒別被試所具有能順利完成一般職業(yè)活動所具備的心理特征的測試儀器、適用于一般職業(yè)的特殊能力測驗。它主要包括：兩視野電速視器單元，多功能計時定時計數(shù)單元，記憶儀單元，數(shù)字顯示深度知覺測試單元，光刺激反應(yīng)時單元，數(shù)字顯示亮點閃爍儀單元，迷津單元，鏡畫單元，自動記錄劃消儀單元，數(shù)據(jù)記錄打印單元，重量單元及監(jiān)視器單元等。實驗內(nèi)容包括：感覺、知覺、注意、記憶、情緒、學(xué) 習(xí)、反應(yīng)時等 30 余個。 兒童注意力訓(xùn)練測試儀 NJ22A 型 生產(chǎn)廠家：上海浩順科技有限公司 儀器構(gòu)成：傳感器、主機、注意力檢測訓(xùn)練軟件 測試指標：注意的穩(wěn)定性、廣度性、分配性和轉(zhuǎn)移性 技術(shù)參數(shù)：光點移動距離： 290mm，177。其包括的事件有： blinks、 saccades、fixations 、 button press and release。但是如果 在 Windows的 DOS外殼下執(zhí)行該程序，需要將擴展內(nèi)存修改至更大。 ? Control: 使用注視點數(shù)據(jù)對窗口中的特定項目進行選擇，可用來開發(fā)眼控計算機界面。 ? Eyedata: 引導(dǎo)實時聯(lián)線數(shù)據(jù)的使用，顯示眼動位置指針的同時進行記錄，然后從試驗中回放數(shù)據(jù)。它顯示包括源代碼在內(nèi)的四個版面的文本。 3 軟件介紹： Programming – Oriented Templates ? Simple: 基礎(chǔ)的實驗?zāi)０澹龑?dǎo)其他所有模板的結(jié)構(gòu)。 2 系統(tǒng)設(shè)置：鏡頭設(shè)置窗口 2 系統(tǒng)設(shè)置： GUI 設(shè)置選項？ 2 系統(tǒng)設(shè)置： Calibration Screen 2 系統(tǒng)設(shè)置： Validation Screen 2 系統(tǒng)設(shè)置： Drift Correction Screen 2 系統(tǒng)設(shè)置： Output Screen 2 系統(tǒng)設(shè)置： Data Recording Screen 3 軟件介紹： Windows SPC 軟件結(jié)構(gòu) 3 軟件介紹： 程序?qū)虻哪０鍖蛹壗Y(jié)構(gòu) ? 所有模板都基于“ simple“。 2 系統(tǒng)設(shè)置：鏡頭設(shè)置窗口 2 系統(tǒng)設(shè)置： GUI 設(shè)置選項？ 2 系統(tǒng)設(shè)置： 設(shè)置鏡頭感光度（ Thresholding the Cameras） 實際上就是瞳孔的透光度，它可以自動 或手動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時只需按鍵盤上下箭 頭鍵，非常方便。 2 系統(tǒng)設(shè)置： 設(shè)置鏡 頭感光度（ Thresholding the Cameras） 實際上就是瞳孔的透光度，它可以自動 或手動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時只需按鍵盤上下箭 頭鍵，非常方便。為避免噪音，一般會盡量避免實驗環(huán)境中特別 是被試后方的光源，眼鏡旁各附有兩個光源，可以滿足給眼睛供光 的需求。屏幕的刷新率為 800179。 設(shè)置鏡頭時可以參照屏幕進 行，要求 前桿與面部平行， 頭鏡位于額中，眼鏡不擋視 線。 2 系統(tǒng)設(shè)置：安置頭盔（ Headband） 安置頭盔需要不斷練習(xí)才能 又準又快。 ? 在開始記錄眼動之前，要正確地設(shè)置眼球和頭部鏡頭并對被試的視線和頭部位置進行校正和確認，確保瞳孔位置和屏幕位置一一對應(yīng)。 三、 EyeLink II 操作簡介： EyeLink II 的圖形用戶界面（ Graphic User Interface， GUI） 該界面友好而直觀，用戶可以通過 7個窗口對眼動儀進行獨立控制： 鏡頭設(shè)置（ Camera Setup） 設(shè)置選項（ Setup Options） 校正窗口（ Calibration Screen） 確認窗口（ Validation Screen） 漂移修正窗口（ Drift Correction Screen） 輸出窗口（ Output screen） 數(shù)據(jù)記錄窗口（ Data Recording Screen） 1 實 驗準備工作（ Pre – Ex） ? EL II 有一系列 configuration files，通過對它們的設(shè)置可以控制眼動儀。這時，屏幕四角的發(fā)射器成為視平面的原點。相反，其他采用磁鏡頭頭部追蹤設(shè)備的頭盔式眼動儀的角度噪音太大，限制了其注視位置數(shù)據(jù)的應(yīng)用。 頭盔上還整合了一個微型的光學(xué)頭部追蹤攝像機，這保證了被試在實驗中即使有自然的小范圍頭部移動和說話也仍能保持對注視點的準確追蹤。每個攝像機都有嵌入式照明裝置，經(jīng)過數(shù)字校正可以滿足全視野的照明需求，同時，還可以對周圍環(huán)境的照明條件進行數(shù)字校正。系統(tǒng)沒有使用鏡子，操作簡便。