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的空间分辨率

时间:2023-07-09 百科知识 版权反馈
【摘要】:而在fMRI中,局部神经活动的特异性比信噪比更有意义,神经活动的增加会引起组织代谢需求的增加,代谢的改变会产生一定的空间特异性,可获得空间分辨率高的功能成像。常规BOLD信号的空间分辨率要比实际静脉低,为了精确地定位功能区域,有必要将大血管效应减小或消除。如果有高磁场的条件(如7T)并且要求高空间分辨率,SE BOLD-fMRI 是个很好的选择方法。大静脉区域引起的BOLD改变率、延迟反应、相位改变和基线波动更大。

使用fMRI技术进行准确的脑功能定位,需要原始图像具有较高的信噪比(SNR)。而在fMRI中,局部神经活动的特异性比信噪比更有意义,神经活动的增加会引起组织代谢需求的增加,代谢的改变会产生一定的空间特异性,可获得空间分辨率高的功能成像。神经活动和代谢的改变会直接或间接调节血流动力学反应,包括CBF、CBV和静脉血氧水平(venous oxygenation levels),其中CBF的改变量与代谢改变呈良好的相关性,能突出最活跃的神经活动区域。

常规的BOLD反映的是一个体素内脱氧血红蛋白的改变量。神经活动的空间范围越广、强度越大,单位体素内脱氧血红蛋白的改变量越大,血液中氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白的比值越大。单位体素引流静脉脱氧血红蛋白基础含量越高,BOLD效应越大,因此,BOLD对大的引流静脉敏感。常规BOLD信号的空间分辨率要比实际静脉低,为了精确地定位功能区域,有必要将大血管效应减小或消除。

为了理解BOLD-fMRI能探测到的静脉管径范围,我们下面讨论BOLD-fMRI信号的来源。BOLD信号来源于血管内(IV)和血管外(EV)成分。与成像时间相比(echo time<100ms),水在这两部分交换速度很慢(水存在于毛细血管的时间>500ms)。水在血浆与携带脱氧血红蛋白的红细胞之间快速交换(水在红细胞中平均停留时间约5ms),血管内成分可视为一致的,所有在管内的水分子将经历相似的动力平均。静脉血的T2比组织的T2短,随着场强增加,静脉池中血液T2成分减少。在更高的磁场,设定回波时间长于血液T2(或T2*),IV效应减小。此外,通过应用双极梯度亦可减少IV效应。

EV效应有两个生物物理来源。一个是由磁化率引起的梯度磁化去相位效应,另一个是在小血管周围由较大斜率的磁化率引起的梯度扩散作用。第一个组成部分在大静脉周围信号改变较大。由于磁场梯度随着(r/a)2而减小(其中r是从血管到感兴趣区的距离,a是血管半径),血管管径越大,其周围的去相位效应的空间范围越广。然而,静磁场的去相位效应可通过180°射频(RF)脉冲重聚。因此,大血管的EV效应可通过自旋回波技术减小(与T2加权相似)。第二个组成部分引起毛细血管和小静脉周围扩散区域较小程度的信号改变。与IV 成分相似,毛细血管和小静脉周围的组织水在TE期间的许多不同场经历动力平均。在TE期间,在水扩散距离内磁化梯度的增高,在越高的磁场该效应越大。动力扩散引起的信号可通过梯度回波(GE)或自旋回波(SE)探测到。如果消除了大血管的血管内成分,基于T2的BOLD技术在定位神经活动区域上优于基于T2*的BOLD技术。

如果有高磁场的条件(如7T)并且要求高空间分辨率,SE BOLD-fMRI 是个很好的选择方法。而常规GE BOLD-fMRI 要通过后处理技术来消除或减小大血管效应。管径大的软脑膜静脉的定位可通过高分辨率的T2*加权静脉成像MR技术获得,或通过解剖结构(如脑回、脑脊液)定位。大静脉区域引起的BOLD改变率、延迟反应、相位改变和基线波动更大。

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