基于質子密度加權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)以來發(fā)展迅速。由于能夠實時地對大腦皮層神經功能活動進行成像而進一步擴大了磁共振成像技術在臨床上的應用。fMRI以較高的空間分辨率、時間分辨率及無損傷的特性已成為腦科學和生命科學研究的重要工具。
　　通常的fMRI技術都是基于血氧水平依賴(Blood Oxygenation Level Dependent，BOLD)

2、對比機制，在高場MRI系統(tǒng)中實現(xiàn)大腦功能的研究。隨著這一技術的不斷深入發(fā)展，近來發(fā)現(xiàn)基于質子密度加權非BOLD(non-BOLD) fMRI同樣可以定位大腦功能區(qū)，并可以解釋BOLD模型的問題。這為fMRI的研究補充了新的方法和手段，引領一個全新的方向，特別是non-BOLD fMRI研究可以在低場MRI中實現(xiàn)，對目前最普遍使用低場MRI系統(tǒng)的國內大部分用戶，尤其具有應用價值。
　　本論文對基于質子密度加權non-BOLD功能磁共

3、振成像技術進行研究，主要包括三個方面的工作:1）為提高低場fMRI的可用性，研究改進低場fMRI的實現(xiàn)方法，提出優(yōu)化成像序列結合改進低場功能數(shù)據(jù)分析的綜合方法以提高低場fMRI定位的顯著性和有效性;2）為進一步提高non-BOLD fMRI的時間分辨率，研究開發(fā)結合快速自旋回波(Turbo Spin Echo，TSE)和平面回波成像（Echo-planar Iamging，EPI）技術的更快速的MRI成像序列—梯度自旋回波(Gradie

4、nt and Spin Echo，GRASE)序列，將基于質子密度加權GRASE序列應用到non-BOLD fMRI的研究中以提高其定位大腦功能區(qū)的能力;3）針對當前關于non-BOLD機制不一致的觀點，在non-BOLD fMRI的空間特性、回波時間(Echo Time，TE)的依賴性和雙效應fMRI信號模型的建立方面進行了較為系統(tǒng)的研究，以便進一步明確non-BOLD機制。
　　研究結果表明:
　　提出綜合的方法優(yōu)化TS

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

6、的結果，其顯著性和可靠性好于類似的低場下的研究結果。
　　開發(fā)實現(xiàn)了GRASE序列，結合TSE射頻脈沖方案和EPI切換正負極性讀出梯度的技術，在連續(xù)的180°脈沖之間產生多個短的梯度回波鏈，減少掃描時間為TSE的EPI因子分之一。考慮這種成像速度和圖像質量優(yōu)勢，首次基于質子密度加權GRASE序列實現(xiàn)了non-BOLD fMRI的研究，實驗結果表明基于質子密度加權的GRASE fMRI的時間分辨率好于目前基于TSE fMRI的研究，

7、且激活區(qū)的空間范圍明顯擴大。這顯示了基于質子密度加權GRASE序列在non-BOLD fMRI研究中的應用價值，并為non-BOLD fMRI研究增添了新的實現(xiàn)方法。
　　采用高空間分辨率的質子密度加權自旋回波EPI(SE-EPI)實現(xiàn)non-BOLD fMRI空間特性的研究，并進行了信號變化對TE依賴關系的研究。結果表明使用這種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)