BOLD-fMRI技術(shù)在視覺系統(tǒng)中的研究及應(yīng)用完整版

BOLD-fMRI技術(shù)在視覺系統(tǒng)中的研究及應(yīng)用BOLD-fMRI（bloodoxygenationleveldependent-functionalmagneticresonanceimaging）即血氧水平依賴性功能磁共振成像，可間接檢測(cè)和定位大腦功能區(qū)，是神經(jīng)影像學(xué)發(fā)展的一項(xiàng)新的技術(shù)。它不僅可以反映視覺系統(tǒng)的生理改變，還可對(duì)視覺系統(tǒng)進(jìn)行功能定位，整合神經(jīng)解剖與功能信息，直觀反映與視覺相關(guān)的神經(jīng)機(jī)制。一、BOLD-fMRI的基本概念BOLD-fMRI自誕生以來，它不僅給神經(jīng)影像學(xué)帶來了革命性的變化，而且促進(jìn)了其它相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，具有劃時(shí)代的意義。目前，國內(nèi)在BOLD-fMRI上的相關(guān)研究和應(yīng)用尚處于初級(jí)階段，具有進(jìn)一步研究的巨大空間和價(jià)值。

腦活動(dòng)是指機(jī)體產(chǎn)生各種生理活動(dòng)時(shí)伴隨的神經(jīng)元生理、血流生化變化，這個(gè)過程要消耗大量的能量，因?yàn)槟X組織不能儲(chǔ)存能量，因此腦活動(dòng)的增加將伴隨局部血流灌注和氧耗的增加。但局部腦組織血流和血氧消耗增加的比例不同，血流量增加明顯超過氧耗量的增加，這種差異導(dǎo)致腦激活區(qū)的靜脈血氧合血紅蛋白增加，脫氧血紅蛋白相對(duì)減少。

二、BOLD-fMRI的基本原理由于脫氧血紅蛋白是順磁性物質(zhì)，可引起T2縮短，當(dāng)其濃度下降時(shí)，導(dǎo)致T2*和T2延長，在T2WI上信號(hào)增強(qiáng)，此即血氧水平依賴效應(yīng)，也即BOLD效應(yīng)。BOLD—fMRI就是依據(jù)這種磁敏感性對(duì)比增強(qiáng)的原理進(jìn)行腦功能研究。多學(xué)科交叉，臨床醫(yī)學(xué)、心理學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)等相關(guān)學(xué)科綜合。不需使用外界對(duì)比劑，安全無電離輻射且適用于多種功能實(shí)驗(yàn)?？臻g分辨率高，直觀反映大腦功能變化。高場(chǎng)強(qiáng)性。有研究證實(shí)，BOLD對(duì)比效應(yīng)隨場(chǎng)強(qiáng)增加而增大，從而相應(yīng)地提高了空間定位的準(zhǔn)確性與特異性。

三、BOLD-fMRI的特點(diǎn)信噪比較差，這是由于腦激活區(qū)信號(hào)變化幅度小，維持時(shí)間短的緣故。所以一方面必須采用快速成像技術(shù)減少運(yùn)動(dòng)偽影；另一方面必須采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法(如：student—t檢驗(yàn)、相關(guān)分析等)進(jìn)行分析及圖像后處理，以盡可能達(dá)到最佳效果。BOLD-fMRI的可重復(fù)性。個(gè)體差異以及同一個(gè)體不同時(shí)間的檢測(cè)結(jié)果存在不同，如受試者及機(jī)器本身因素所致。大腦半球共分為五個(gè)葉，額葉、頂葉、枕葉，顳葉和島葉。枕葉(occipitallobe)—視覺皮質(zhì)中樞。位于頂枕溝的后方，構(gòu)成大腦半球的最后部分。視覺信息從視網(wǎng)膜光感受器到大腦枕葉視中樞的傳導(dǎo)途徑稱為視路。國外Brodmann學(xué)者對(duì)枕葉進(jìn)行分區(qū)，以便具體闡明與視覺關(guān)系。

四、視覺產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)和功能基礎(chǔ)BOLDfMRI在視覺研究領(lǐng)域的應(yīng)用頗為廣泛，這主要與視刺激條件易于控制、視皮層激活信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)較大有關(guān)。在視覺研究中，BOLD—fMRI可對(duì)視覺形成相關(guān)的皮層直接定位，這將有助于人們從根本上理解視覺形成的神經(jīng)機(jī)制。

五、BOLD—fMRI在視覺中的研究及其應(yīng)用此外，還可根據(jù)視功能區(qū)的不同變化推測(cè)各種與腦功能相關(guān)的視覺疾病的發(fā)病機(jī)制，從深層次、多方面理解視覺疾病的病理損害，為臨床診斷、治療及評(píng)估預(yù)后提供新的思路。弱視是視覺發(fā)育敏感期異常視覺經(jīng)驗(yàn)所導(dǎo)致的以空間視力損害為特征的一組視力不良綜合征。應(yīng)用BOLD—fMRI研究弱視神經(jīng)機(jī)制，不僅可以從整體水平反映不同類型弱視的功能損害特點(diǎn)，還可通過改變刺激條件觀察其視功能區(qū)相關(guān)皮層神經(jīng)元的雙眼性、眼優(yōu)勢(shì)柱及方位選擇性等變化，探討與弱視相關(guān)的可能機(jī)制。

（一）視覺相關(guān)研究1、弱視的神經(jīng)機(jī)制研究Rausch等采用BOLD—fMRI對(duì)3例皮質(zhì)盲進(jìn)行研究，根據(jù)結(jié)果推測(cè)皮質(zhì)盲V1區(qū)以外各功能區(qū)的激活可能與視力嚴(yán)重受損時(shí)大腦皮層對(duì)視覺注意的反應(yīng)改變有關(guān)。Goebel等應(yīng)用BOLD—fMRI研究2例外側(cè)膝狀體以上視路損害致盲的神經(jīng)機(jī)制推測(cè)，視路損害致盲的中樞機(jī)制并不相同。2、視交叉以上視路損害研究在腦腫瘤手術(shù)或放療前準(zhǔn)確判斷腫瘤對(duì)腦功能損害的程度對(duì)指導(dǎo)治療、評(píng)估預(yù)后有著重要的意義。根據(jù)不同疾病，選擇相應(yīng)刺激條件，應(yīng)用BOLD—fMRI對(duì)視功能區(qū)進(jìn)行解剖學(xué)定位，并根據(jù)檢查結(jié)果優(yōu)化治療方案，避免損害正常功能區(qū)。特別適合不配合視野檢查的兒童術(shù)前視皮層功能區(qū)定位。

（二）臨床相關(guān)應(yīng)用

1、術(shù)前視皮層功能定位研究發(fā)現(xiàn)，由于枕葉外側(cè)與視功能區(qū)存在著復(fù)雜的神經(jīng)聯(lián)系，BOLD—fMRI與圖形視誘發(fā)電位(Patternvisualevokedpotential，PVEP)異?？赡苁钦砣~相關(guān)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)視神經(jīng)恢復(fù)過程的一種適應(yīng)性反應(yīng)。BOLD—fMRI評(píng)價(jià)視覺通路功能較視覺電生理檢查及常規(guī)MRI可能更為敏感。2、視神經(jīng)炎受試者兩位健康成年志愿者設(shè)備3.0T磁共振腦功能刺激儀特置眼鏡等E-Prime即Experimenter’sPrime(best)軟件編程和預(yù)處理統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖（statisticalparametricmapping，SPM）軟件對(duì)BOLD-fMRI數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理

六、視覺刺激條件下大腦相應(yīng)功能區(qū)域激活圖這是一位女性志愿者的大腦半球及枕葉激活圖

大腦枕葉視覺功能區(qū)軸位激活圖

大腦枕葉視覺功能區(qū)冠狀位激活圖

大腦枕葉視覺功能區(qū)矢狀位激活圖

這是