4.fMRI和DTI的原理及应用简介--认知神经科学系列文

首先介绍下什么是MRI：(这里的介绍引自维基百科)

核磁共振成像（英语：Nuclear Magnetic Resonance Imaging，简称NMRI），又称自旋成像（英语：spin imaging），也称磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，简称MRI），台湾又称磁振造影，香港又称磁力共振成像，是利用核磁共振（nuclear magnetic resonance，简称NMR）原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。
将这种技术用于人体内部结构的成像，就产生出一种革命性的医学诊断工具。快速变化的梯度磁场的应用，大大加快了核磁共振成像的速度，使该技术在临床诊断、科学研究的应用成为现实，极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。
从核磁共振现象发现到MRI技术成熟这几十年期间，有关核磁共振的研究领域曾在三个领域（物理学、化学、生理学或医学）内获得了6次诺贝尔奖，足以说明此领域及其衍生技术的重要性。

接下来我们看看加上f之后的MRI（即fMRI）如何理解

功能性磁共振成像（fMRI，functional Magnetic Resonance Imaging）是一种神经影像学技术。其原理是利用磁振造影来测量神经元活动所引发之血液动力的改变。由于fMRI的非侵入性和其较少的辐射暴露量，从1990年代开始其就在脑部功能定位领域占有了重要地位。目前，fMRI主要被运用于对人及动物的脑或脊髓之研究中。

由于神经元本身并没有储存所需的葡萄糖与氧气，神经活化所消耗的能量必须快速地补充。经由血液动力反应的过程，血液释出葡萄糖与氧气的比率相较于未活化神经元区域大幅提升。这导致了过多的带氧血红素充满于活化神经元处，而明显的带氧/缺氧血红素比例变化使得BOLD可作为MRI的测量指标之一。
血红素氧化状态（带氧血红素）的时候为抗磁性的，相对于缺氧血红素为顺磁性的。根据血液中血红素的氧化比率可轻易的分辨出不同的磁共振讯号。血液中带氧血红素的浓度上升，相对的BOLD信号也会随之加强。借由MRI搜集这些血氧浓度相依比讯号可以得知脑部中的血流与氧气消耗量值。虽然这些讯号是极小量的，但仍可以表现出脑部中脑区的活化程度。当脑部正思考或做动作或是接受一种经验过程，可以利用一系列严密的测量来确定哪些脑区是负责思考、运动、经历经验。

几乎大部分的功能性磁共振成像都是用BOLD的方法来侦测脑中的反应区域，但因为这个方法得到的信号是相对且非定量的，使得人们质疑它的可靠性。因此，还有其他能更直接侦测神经活化的方法（像是氧抽取率（Oxygen Extraction Fraction, OEF）这种估算多少带氧血红素被转变成去氧血红素的方法；或侦测神经讯号造成的电磁场变化）被提出来，但由于神经活化所造成的电磁场变化非常微弱，过低的信杂比使得至今仍无法可靠地统计定量。

第一部分——fMRI
fMRI：功能磁共振成像
MRI与fMRI的对比：

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BOLD-fMRI的原理：

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fMRI研究及应用举例

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第二部分——DTI

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DTI成像的基本原理

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DTI的彩色弥散张量图

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前景与展望：

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不足：

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