基于EPI方法的功能磁共振成像质量问题实例分析:主要成因与应对方案

基于回波平面成像(echo planar image,EPI)序列的功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)是当前基础与临床脑功能研究实现快速成像的主要手段。但是,与常规成像序列相比,这种快速成像更容易受到各种噪声和伪影的干扰,从而影响fMRI的数据质量。如何及时发现和解决EPI的伪影和稳定性问题,是fMRI科研数据质量控制的一个核心问题。本文对笔者在过去五年fMRI质量控制工作中发现的成像问题进行整理,总结了fMRI应用中经常遇到的五种主要伪影,包括奈奎斯特鬼影、几何畸变、尖峰噪声、射频噪声和EPI稳定性相关的问题。并为每种伪影选取了具有代表性的案例,分析它们的特点、主要成因和应对方案。希望这些案例和分析结果能为fMRI用户和技术人员提供有益的借鉴。     

脊髓型多发性硬化脑灰质弥散张量成像研究

目的 运用DTI直方图分析,研究脊髓型多发性硬化（SMS）患者是否存在脑灰质异常及脑灰质DTI指标与临床评分的相关性.方法 对25例SMS患者和35例正常志愿者行常规MRI和DTI检查,分割提取脑灰质后,研究SMS患者脑灰质平均弥散率（MD）和分数各向异性（FA）直方图的异常变化.结果 OSMS患者脑灰质体积明显小于正常志愿者（P＜0.001）.OSMS患者脑灰质MD和FA直方图指标与正常志愿者间存在显著差异（P＜0.01）.在OSMS患者,所有脑灰质DTI直方图指标与扩展残疾状态评分（EDSS）均无相关性,但锥体束和感觉系统（PSS）评分与脑灰质平均MD（r=0.54,P=0.005）和MD直方图峰高（r=-0.41,P=0.04）中度相关.结论 OSMS患者脑灰质存在明显萎缩和弥散异常,这可能与继发于脊髓病变的逆行性脑灰质神经元变性有关.     

视神经脊髓炎皮质脊髓束与胼胝体的DTI研究

目的利用扩散张量成像（DTI）研究视神经脊髓炎（NMO）患者脑白质纤维束扩散异常的发生机制.方法对19例脑MRI正常的NMO患者及19例性别和年龄匹配的正常志愿者进行DTI检查.重建出皮质脊髓束（CST）和胼胝体,并测量其平均扩散率（MD）、分数各向异性（FA）、最大本征值（λ1）和横向本征值（λ2-3）.然后,分析大脑脚、内囊和侧脑室水平CST感兴趣区（ROI）的扩散指标的异常变化.结果与正常志愿者比较,NMO患者CST的MD（P＜0.001）和λ2-3（P=0.002）明显增加,而胼胝体的MD、FA、λ1和λ2-3 均无显著变化（P＞0.05）.在NMO患者,沿着CST的ROI分析显示在大脑脚和内囊水平CST的MD和λ2-3明显增高,FA轻度降低,而λ1无显著变化.在侧脑室水平CST的所有扩散指标均无显著变化.结论 NMO患者脑白质纤维束表现为局部受累模式.继发于脊髓病灶的逆行性变性可能是NMO患者CST扩散异常的原因.     

复发好转型多发性硬化磁化传递成像研究

目的利用磁化传递率(MTR)直方图分析,研究复发好转型多发性硬化(RRMS)脑异常改变及MTR直方图指标与扩展残疾状态 (EDSS)评分的相关性.方法对29例RRMS患者和35例正常志愿者行T2WI和磁化传递成像检查,计算出每个体素的MTR值后,绘制出全脑MTR直方图并对其进行分析.结果 RRMS患者的全脑MTR直方图明显左移,峰高降低.RRMS患者的全脑平均MTR [(29.45±1.83)%]明显低于正常志愿者[(30.37±1.37)%](P=0.025),MTR直方图峰位置[(32.51±2.02)%]也明显低于正常志愿者[(33.51±1.39)%](P=0.022).在RRMS患者,全脑MTR直方图峰高与EDSS评分中度相关 (r=-0.411, P=0.027).结论脑MTR直方图分析可显示RRMS患者脑异常改变,脑MTR直方图峰高可用于监测该病的临床进展.     

基于近红外脑功能成像技术指导下运动想象训练在脑卒中后上肢运动功能康复中的应用

目的:观察运用近红外脑功能成像(fNIRS)技术筛选出想象策略的运动想象训练对脑卒中后上肢功能障碍的疗效,并探讨其作用机制。方法:将28例脑卒中患者随机分为对照组与研究组各14例。2组均给予常规康复治疗,研究组运用fNIRS技术筛选出有效的想象策略进行运动想象训练,对照组不固定想象内容进行运动想象训练。治疗前后采用上肢运动功能评定量表(FMA-UE)、上肢动作研究量表(ARAT)及改良Barthel指数评定量表(MBI)进行评定。结果:治疗4周后,2组患者的FMA-UE、ARAT及MBI评分均较治疗前显著提高(P<0.01),且研究组高于对照组(P<0.05)。结论:运用fNIRS技术筛选出的想象策略进行运动想象训练,可以更好地改善脑卒中患者的上肢运动功能及日常生活能力,其机制可能与提高运动相关脑区兴奋性有关。     

帕金森病患者嗅觉障碍与嗅觉相关脑区结构变化关系的研究

目的利用基于体素的形态学分析(VBM)研究原发性帕金森病患者嗅觉相关脑区结构改变及其与嗅觉障碍之间的关系,探讨其作为早期诊断的可能性。方法应用"五味嗅觉测试液"对26例诊断明确的早期原发性帕金森病患者进行嗅觉功能检测,并与年龄、病程和病情严重程度[帕金森病统一评价量表(UPDRS)]进行相关分析。磁化准备快速梯度回波序列获取三维结构图像,SPM5软件后处理,通过配准、分割获得白质密度图像,经调试获得白质体积图像。结果帕金森病组患者嗅觉察觉阈值和嗅觉识别阈值分别为0.66±0.84和2.41±0.74,显著高于对照组的-0.64±0.83和1.08±0.54(Z=4.455,P=0.000;t=4.898,P=0.000)。帕金森病组患者嗅觉功能与年龄(察觉阈值:r_s=0.199,P=0.330;识别阈值:r_s=0.256,P=0.207)、病程(察觉阈值:r_s=0.123,P=0.550;识别阈值:r_s=0.055,P=0.789)及UPDRSⅢ评分(察觉阈值:r_s=0.229,P=0.260;识别阈值:r_s=0.379,P=0.056)无明显相关性;UPDRS总评分与嗅觉察觉阈值无相关性(r_s=0.314,P=0.118),但与嗅觉识别阈值呈正相关(r_s=0.397,P=0.045)。与对照组相比,原发性帕金森病组患者右侧枕叶(BA17～19区)、左侧扣带回后部(BA23,30,31区)、左侧枕叶(BA18,19区)和左侧中央旁小叶(BA3～5区)白质密度,以及双侧枕叶(BA17～19区)、左侧扣带回后部(BA23,30,31区)和左侧中央旁小叶(BA3～5区)白质体积均增加,且左侧扣带回后部白质密度增加与嗅觉识别阈值呈负相关(r_s=0.496,P=0.010)。结论原发性帕金森病患者嗅觉功能明显减退,但与年龄及病程均无相关性。有嗅觉减退的早期帕金森病患者其嗅觉相关脑区,尤其是神经纤维通过的白质脑区存在明显的病理变化,可能提示帕金森病患者嗅觉障碍是中枢神经变性的结果。与此同时,VBM法作为一种客观分析方法,弥补了兴趣区分析法的缺点,可以广泛用于帕金森病或神经变性疾病的诊断分析。     

采用分水岭分割方法获取功能磁共振激活图感兴趣区

目的 为功能磁共振中的功能连接研究提供一种更为合适的感兴趣区(ROI)获取方法.方法 20名正常被试者完成视觉任务扫描,对视觉任务组水平激活图利用分水岭算法进行功能分割.结果 分水岭方法町得到单峰的、空间上互相独立的激活区.结论 分水岭方法可以将较大的、有多个激活峰值的功能团块分割为空间上相互独立的单峰脑区,克服了单纯采用激活程度阈值来产生ROI的方法之缺点,为下一步的功能连接分析提供了一种选择ROI的方法.     

胼胝体扩散指标对鉴别复发性视神经脊髓炎和复发好转型多发性硬化的价值

目的研究胼胝体扩散指标对鉴别复发性视神经脊髓炎(RNMO)和复发好转型多发性硬化(RRMS)的价值。方法对110例复发性脱髓鞘病患者行常规MRI和DTI检查,从中选择诊断明确的RNMO患者26例和RRMS患者31例进行分析。以正中矢状面分数各向异性(FA)图上的胼胝体作为感兴趣区(ROI),分别测量该ROI的平均扩散率(MD)、FA、最大本征值(λ1)和横向本征值(λ2-3),并将其作为分类指标,观察这些指标对鉴别RNMO和RRMS的效果。结果RNMO患者胼胝体的MD、FA、λ1和λ2-3与RRMS患者明显不同(P<0.001)。通过选取恰当的分类阈值(MD=9.31×10-4mm2/s,FA=0.685;λ2-3=4.98×10-4mm2/s),利用胼胝体的MD、FA和λ2-3可将这两组患者区分开,分类准确性分别达到92.98%,89.47%和91.23%。结论胼胝体扩散指标能够较为准确地鉴别RNMO和RRMS。     

AFNI和SPM脑图像空间标准化的效果比较

目的比较AFNI和SPM两种脑图像处理软件包的空间标准化效果.方法分别采用AFNI的手工方法和SPM自动方法,对10例健康受试者全脑结构MRI图像进行空间标准化,比较两种方法平均脑图像的清晰度.结果①本组数据需去除脑外组织后,SPM空间标准化效果才能提高;②SPM的效果略好于AFNI;③两种方法均远未达到精确对准的程度.结论 SPM空间模标准化效果略优于AFNI,但使用中需要考虑较多的影响因素,并且要仔细核对每一个受试者的空间标准化效果.     

基于PC Matlab平台的扩散张量参数的计算

本文介绍了在普通计算机上根据磁共振成像系统测量所得到的扩散张量数据计算扩散张量参数的方法,并且基于Matlab编程语言实现了目前应用较广的临床参数,如表观扩散系数、扩散张量的最大特征值、特征向量以及各向异型扩散系数FA等的计算.