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脑功能成像原理和技术翁旭初贾富仓（中国科学院心理研究所脑高级功能研究实验室，北京100101）目录引言第一节 常用脑功能成像技术简介1.1测量脑内化合物技术1.2测量脑局部代谢和血流变化的技术1.3测量脑内神经元活动的技术第二节 功能磁共振成像原理与技术2.1物理原理和成像技术2.2实验设计2.3数据处理第三节研究实例问题与展望参考文献引言20世纪70年代以来，相继诞生了各种无创伤或创伤性较小的测量活体人脑结构和功能的技术，其中大多数能把测量的结果用通过图像形式显示出来,这些技术统称为脑成像技术。
脑成像技术总体上可分为两大类。
一类主要用于脑结构静态特征的测量，如已在临床普遍应用的计算机辅助X线断层显像(CT, computerized tomography)和磁共振成像(MRI, magnetic resonance imaging)技术，两者均可显示正常头颅和脑组织的结构以及病变的直接或间接特征。
脑结构成像技术不但在临床实践中得到了广泛应用，而且可以借助该技术研究脑结构损伤和认知功能缺陷之间的的关系，为理解认知功能的脑结构基础提供了重要的研究手段。
但不管这些技术如何发展，本质上只能提供脑结构的静态信息，应用于认知神经科学研究有一定局限性。
另一类脑成像技术就是最近受到认知神经科学家普遍重视的脑功能成像技术。
与脑结构成像不同的是，这些技术可以动态地检测知体脑的生理活动，对当代认知神经科学的发展产生了深刻而巨大的影响。
脑功能成像技术发展非常迅速，迄今进入实用阶段的已有十几种。
根据所测量的内容，可以把脑功能成像技术分为三大类。
第一类是各种活体脑内化合物测量技术，这些技术也可看作特殊的神经化学研究技术，它们可定位、定量（或半定量）地测量活体人脑内各种生物分子的分布和代谢；第二类是非侵入性电生理技术，可实时测量活体脑内神经元的活动，但现有的技术只能测量大群神经元的总体活动，空间分辨率有限；第三类脑功能成像技术则通过测量神经元活动引起的次级反应（如局部葡萄糖代谢和血流、血氧变化等）研究与行为相关性的脑局部神经元的活动情况，这类技术的时间和空间分辨率已能在一定程序上满足认知神经科学研究的需要，受到了普遍的关注，这些技术也正是本章将要重点介绍的内容。
第一节介入性医学影像学概述介人性医学影像学（interventional medical imaging）是医学影像技术与介入性技术相结合的一种诊疗新技术与学问。
它始自介入性放射学(interventional radiology)，后者是1967年由Margolis最早提出的，后来于1976年又得到s．Wallace的倡用。
这项技术是放射诊断学与介人性技术的结合，它的应用还可追溯到60年代初期，但其蓬勃发展则在70年代以后。
这期间医学影像技术迅速发展，因此介人性放射学扩展为介入性医学影像学，包括介人性B 超、介入性磁共振影像等。
介人性医学影像学技术是在医学影像的导向和监视下，将穿刺针或导管经皮插入血管或胆管等细小管腔．以达到某种诊疗目的的一种技术。
它的基本内容包括两大方面：①以医学影像为基础，以治疗为目的的影像诊断与治疗相结合的技术；②在医学影像系统监视下，取得组织学(包括病理组织学)、细胞学、细菌学、生化学和生理学等资料，以明确诊断的技术。
因此，介人性医学影像学不仅限于分析影像得到诊断，而且能在医学影像的监视下进一步介人人体获取诊断资料，并施行治疗措施。
这种方法具有安全可靠、简便有效、创伤性小和费用低廉等优点．是医学影像学中具有强大生命力的一种诊疗结合的技术。
介入性技术的影像导向设备，在早期仅限于X射线影像设备，目前它仍然占主导地位。
X—CT导向穿刺具有穿刺诊断率高、并发症少等优点。
它的应用得到普遍重视，己用于很多领域。
但其缺点是费时间、费用高、器官运动可能会影响图像质量。
随着CT机的发展和普及，CT导向下的穿刺将得到更好的应用。
目前应用最广泛的是X线电视系统。
X线电视设备普及率比较高，且具有简便、经济、体位灵活、定位快、可直接观察进针途径等优点。
因此它成为介入性技术应用最广泛的影像导向设备。
X线电视特别适用于胸部穿刺导向，因为在X线电视透视下能清晰地观察肺部病变，直接监视进针行程、针头位置和病灶关系。
影像学检查在肝癌介入术后疗效评价中的现状及进展
任晓璇
【期刊名称】《中国介入影像与治疗学》
【年(卷),期】2010(007)006
【摘要】介入治疗是晚期肝癌的主要治疗手段,术后随访中及时、准确评价疗效是手术取得良好疗效的重要保证.目前对于术后评价的影像学检查主要依赖于超声、核医学、CT和MRI,磁共振扩散加权成像(DWI)为肝癌术后评价的研究提供了新的检查手段,弥补了其他检查方法的不足.本文针对各种影像学检查方法在肝癌术后评价中的应用,尤其是DWI的应用现状进行综述.
【总页数】4页(P672-675)
【作者】任晓璇
【作者单位】北京大学深圳医院医学影像科,广东,深圳,518036
【正文语种】中文
【中图分类】R735.7%R815
【相关文献】
1.DWI在肝癌非手术治疗中疗效评价的应用进展 [J], 武丽芳(综述);徐鹏举;曾蒙苏(审校)
2.乳腺影像学检查中钙化灶的临床研究现状及进展 [J], 剧红娟;剧宏燕;王燕
3.影像学检查在原发性肝癌TACE术后疗效评价中的应用价值及进展 [J], 时正义
4.循环肿瘤细胞在原发性肝癌诊断、预后及疗效评价中的应用进展 [J], 刘子鑫;石洁;李楠;郭卫星;程凯;孙居仙;刘善荣;程树群
5.扩散加权成像联合甲胎蛋白在肝癌术后疗效评价中的研究进展 [J], 朱艳(综述);柏根基(审校)
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现代影像学--介入影像学第九章介入影像学第一节介入性超声介入性超声是现代超声医学的一个分支，在1972年丹麦和美国发明了超声穿刺专用探头后，介入性超声技术广泛应用于临床。
介入性超声是指在超声引导下完成的诊断和治疗操作。
主要分两个方面：(1)用于诊断：细针穿刺活检；穿刺造影；体腔内扫描；胎儿宫内诊断等；(2)治疗方面：对各种囊肿、脓肿、积液的穿刺引流；手术中超声；对各种肿瘤的治疗；目前国外开展对宫内胎儿的治疗等。
介入性超声具有很多优点，因能同步显示穿刺过程的体内情况，随时校正穿刺针位置，穿刺准确性强，合并症少，相对比较安全；与其他介入技术相比费用较低；为某些肿瘤治疗开辟了新途径。
一、超声引导下细针穿刺细胞学检查近年来超声仪器的开发和诊断技术的进步，使医生能发现体内的各种病变，超声能区分判断病变的物理性质，但不易明确鉴别病变的良性和恶性。
通过超声引导下的细针穿刺取得标本供细胞学、细菌学检查，使超声诊断水平明显提高。
现临床对肝、胆、胰、脾、肾及腹腔和腹膜后占位性病变等均可作超声引导下的细针穿刺细胞学检查。
术前应作凝血时间检查，严格掌握适应症，对有出血倾向，大动脉瘤，肝脏表面的肿瘤、肝包囊虫病等应为禁忌穿刺；急性胰腺炎避免穿刺；腹膜后脓肿穿刺不能经腹腔；腹腔穿刺应避开结肠。
术前对病人说明穿刺过程以消除紧张情绪。
术后门诊病人应作1-3小时观察。
(一)仪器和探头目前大多使用高分辨力的超声扫描仪来进行介入性操作。
穿刺探头类型有多种，较常见为三种：(1)线阵探头一端加上一个穿刺附加器，用于固定穿刺针并能调节穿刺针进针角度，穿刺针的轨迹能显示于荧光屏上；(2)中心孔型穿刺探头，在探头中央留有穿刺针进入孔，穿刺针能垂直进入人体目标，缺点是不能看到穿刺针尖运动部位，当目标较小时定向不准确；(3)机械扇型扫描探头上加导向器，因探头小能用最小角度和最短距离接近目标，进针方向和声束成夹角，针尖运动过程显示清晰，是目前临床公认最佳引导探头。
核磁共振MRCP成像原理及成像技术核磁共振胆道影像学（MRCP）是一种非侵入性的影像学技术，它能够清晰地显示人体胆道系统和胰腺的整体结构。
MRCP利用基于核磁共振技术（NMR）的成像原理和成像技术，能够准确和直观地显示胆道系统中的病理变化。
本文将探讨MRCP的成像原理及其成像技术。
成像原理MRCP成像原理基于核磁共振技术。
核磁共振技术是一种同步使用强磁场和射频脉冲的物理学现象。
这种现象可以让体内的原子发出特定的信号，并通过接收器来接收这些信号，然后产生图像。
透过MRI扫描，能够获得定量信息，如动脉流量、血氧水平、脑损伤等。
MRCP使用的是MR胆道造影，其成像机理是利用MR自带的背景统计噪声和空间编码梯度脉冲对胆管的含有流体成分的液态物质和含有沉淀的胆石等进行成像。
在MRCP成像过程中，利用对流体有选择性的饱和因子对静脉胆汁进行超短时间的压缩，以减少周围组织的MR信号干扰。
MRCP技术过程大致分为三个步骤：伪影的排除、取图参数的设置和图像的处理。
首先是伪影的排除，伪影是由于呼吸运动、肠蠕动和心跳等生理变化产生的噪声干扰。
这些伪影会导致图像信息的失真和模糊，因此需要采取一些措施进行排除。
例如，在胶囊内注入硅油可减少胆囊的呼吸运动和体腔内的气体，从而减少图像失真。
此外，也需要控制好患者呼吸状态和心跳节律等。
第二个步骤是取图参数的设置，取图参数的设置直接影响到成像的质量。
常见的取图参数包括TR（重复时间）、TE（回波时间）、FOV（视场）和矩阵大小等。
TR是指重复时间，是指MRI扫描重复同样的采样过程所需的时间。
TE是指回波时间，是指MRI扫描中发射射频脉冲后到接收到信号的时间间隔。
FOV是指视场，是指在采集图像时需要完整呈现的区域范围。
矩阵大小是指图像的像素密度，也就是像素的数量。
第三个步骤是图像的处理，包括图像增强和3D重建等。
为了进一步提高图像质量，可以对图像进行平滑增强和对比度调节。
这些技术可以帮助医生更好地观察到患者的情况，并做出更准确的诊断。
介入磁共振成像与 开放式磁共振成像系统Intervention M RI and Open M RI Sy stem安科公司 (深圳518067) 曾晓庄Analogic Scientific,Inc. Zeng X iaozhuang 介入性诊疗技术及微创外科技术(以下统称介入性诊疗技术),可以使临床某些疾病由不可治变为可治,治疗的难度减小,手术的有创伤变成少创伤甚至无创伤,使患者免受或减轻手术之苦,且操作比较安全,治疗效果好,适于普及推广。
对于提高某些心血管病、脑血管病、肿瘤等重大疾病的诊治水平,提高治愈率,减少病死率,延长生存期,改善生活质量发挥了重要作用。
因而,尽管其临床应用只有很短的历史,但已引起医学界的广泛重视。
医学影像设备导向是完成介入性诊疗技术的关键。
以往介入性诊疗技术在X射线、超声或CT引导下进行,现在已发展到用磁共振成像引导。
由于在所有成像技术中具有最好的软组织分辨能力、可以多平面成像、可以描述流动且对温度敏感,磁共振成像正在成为一种强有力的介入工具。
它可以大大地推动许多介入应用的发展,使这些手术更安全、更精确、更有效地进行,使更复杂的手术有可能作为日常微创手术介入进行。
有专家认为,磁共振成像优越的软组织对比度与微创治疗生物医学工程技术的发展相结合,将完全革新对各种疑难病症的治疗。
本文将介绍与介入性诊疗技术有关的磁共振成像技术的发展、应用及存在的问题。
1 影像引导的介入性诊疗技术的优点及基本问题尽管技术上已有很大进展,微创手术中窥镜的视野仍然比常规手术中人眼的视野狭窄,特别是脊髓和中枢神经系统使用的微窥镜。
窥镜的视野是两维的,外科医生实际上并不能精确地看到手术野中表面之下更深层的结构,只能依靠医生的经验与解剖结构方面的知识,凭想象去推测。
正常解剖结构的变化,特别在类似胆管系这样的区域,可能使这种推测很不精确。
受到穿刺介入方式及微创(包括窥镜及腹腔镜)手术入路的限制,及穿刺针、颅骨开口、刀口及窥镜孔眼限制,不可能看到整个解剖结构,需要某种形式的术内影像引导。
术内磁共振成像能提供第三维的信息,精确地识别在窥镜像平面下重要解剖结构的位置,指导更精确、更安全的切除,并防止伤害这些结构。
在窥镜或微创器械顶端加装跟踪设备,可更大程度地拓展在困难位置(例如在脊髓内)进行窥镜手术的能力,精确确定血管内器械的位置;可相对于器械顶端交互地产生扫描平面,极大地增加血管内或腔内的成像能力。
对于刚性窥镜,可使用导航系统;对于柔性设备,可以在它们顶端安装射频跟踪线圈。
理论上术内磁共振成像能更精确地引导外科医生达到目标,减少所需的入路切除量。
这对于位于自然体腔的手术是重要的,例如腹膜后腔的腹腔镜手术,现在必须进行广泛的切除,清理出较大的手术空间,使医生在手术进行前可精确地识别解剖结构。
磁共振成像引导可减少切除量,减少外科损伤及术后复发率,因而减少留医时间。
使用磁共振成像技术引导及监控介入手术需要融合两种不同的、有极大差异的环境。
理想的磁共振成像环境要求磁共振成像系统将所需的成像对象包围;理想的手术环境对手术对象几乎是全开放的。
将病人保持在需要的高度、可调整的位置,允许一位或多位医生在其中做手术、允许从垂直到水平的方向(对于比较开放的手术常常是从病人上方)进行手术。
医生视线必须可及病灶,常规手术时不能遮挡医生视线;借助各种专用镜、显微镜或摄影设备、腹腔镜手术的光纤镜时,手术中必须能方便地使用高强度的会聚灯光以取得更好的手术视野。
在需要使用手术设备时对环境的要求更高,病人支持设备(例如麻醉设备、供氧设备)必须在手术过程中容易得到。
这种基本矛盾是磁共振成像技术用于介入性诊疗技术的基本障碍。
2 介入磁共振成像技术的发展现状临床需要的是介入磁共振成像技术发展的原动力。
以下分两个方面来介绍这方面的技术发展,即磁共振成像系统的发展和磁共振兼容设备的发展。
2.1 磁共振成像系统的发展磁共振成像可以在两种意义下实现对介入性诊疗技术的引导:一种方式使用术前已采集的图像引导介入,一种使用术内磁共振成像作交互的、实时引导。
2.1.1 使用术前已采集的图像引导介入现有的磁共振成像系统都支持这种技术。
使用已采集的图像引导介入,需要使用有适合磁共振成像标记物的立体定位框架,对活检与数毫米装置的植入已表现出足够的精确度。
磁共振成像引导的微创、无框架立体定位活检中枢神经系统病灶及切除颅内肿瘤,已是一种成熟的方法。
这种方法的局限性是:成像与手术过程完全分离,因此成像与手术时所涉及的区域不能出现明显畸变。
通过三维图像数据导航,可以满足增强视野的需要。
但术前的图像不能代表术内发生的变化,软组织的移动及变形只有术内影像可以描述。
在使用术前图像进行的影像导航手术时需要一个模拟的手术环境,一个虚拟现实的环境来模拟手术。
它可进行训练和计划但不是实时监测与引导各种介入和外科手术。
外科计划的作用是通过最优化过程中测试和分析各种术前模型,在实际手术进行前确定可能的安全入路。
由于术内组织畸变、移动和位移都会产生明显误差,手术计划的进一步扩展需要更复杂的方法,例如处理畸变和器官移动的弹性扭变模型。
利用弹性畸变校正图像是可能的,但效果是有限的。
2.1.2 使用术内磁共振成像作交互的、实时引导将手术室的资源与磁共振成像技术及高性能计算机结合起来是较新的观点。
在介入磁共振成像环境下,手术室与磁共振成像系统结合起来,可以同时进行直接与影像观察,精确定位和确定目标,确定肿瘤边界或疾病范围;甚至在手术期间发生变化时确定解剖部位。
第一例术内磁共振成像引导的,开放的脑部手术已在1996年进行,现在数所医院已常规地进行磁共振成像引导的开颅术,磁共振成像也已引导处理颅内出血和囊肿、恶性及良性脑肿瘤、海绵状血管瘤和动脉畸形以及用于脊髓外科。
但是磁共振成像系统的发展尚不足以完全支持使用术内磁共振成像,作交互的、实时引导,因而出现了种种有限的应用状况。
2.1.2.1 手术与成像为相邻的环境 目前几乎所有中、高场磁共振成像系统均为封闭式系统,在近年广泛采用短腔体超导磁体后,封闭系统也可进行穿刺的介入手术,但封闭系统不支持其他类型的应用。
封闭式磁共振成像系统不易接近扫描中的病人,实际手术中成像只能在术前和术后进行,或者间断地在磁体外手术,返回磁体成像。
对于封闭式系统,典型的应用方式是手术与成像为相邻的环境,典型的例子是PHILIPS的系统,它包括放在病床末端的X线系统。
使用常规高场磁共振成像系统,具有标准的成像能力与工作环境。
距离磁共振成像系统1m左右是一个常规手术环境,病人可以在两个环境间方便地转移,但不能同时进行。
2.1.2.2 水平GAP的双极板磁体 以下几种类型均为开放式结构。
水平GAP双极板磁体的典型例子如四柱型:Toshiba, Fonar;两柱型:安科公司,Fonar,Hitachi, GE;C型:Picker,Siemens。
这类系统可从侧面对病人手术,但不能从上面;GAP通常接近50cm,磁体极板边沿离成像均匀区的最近距离30cm,这是医生与患者间的最小距离。
这类系统距离患者远、视线及从垂直方向的手术均受到限制。
它主要适于以穿刺及导管为基础的手术,例如活检、间质热切除。
2.1.2.3 垂直GAP的双极板磁体 典型例子是GE的一台用于研究的0.2T的系统。
它有46cm的GAP,相当于将C型水平GAP的双极板磁体横躺使用。
这种设备的优点是可以从垂直方向接近病人,缺点是只能从入口与出口水平方向接近病人,医生能实际使用的只有一侧,因而只能支持需要一双手的手术。
2.1.2.4 分裂的柱型磁体 典型例子是GE公司的double-doughnut0.5T超导系统。
它相当于将封闭式超导磁体中间切除一段。
这一系统的垂直GAP有56cm,可以从垂直方向或水平方向接近病人,可以有两个医生从两侧进行手术。
这一系统有几个重要的技术特点:不需要液氦冷却,磁体线包由高温超导材料铌锌做成,减少了超导线圈与低温器壁的间距,增大病人空间;梯度线圈隐埋在double-doughnut结构中,没有占用额外的成像空间;没有使用固定的射频发射体线圈,使用柔性发射-接收线圈。
其他变动包括:扫描室要磁屏蔽;麻醉气、空气、吸气泵及激光管道要预埋;麻醉设备、监测设备、手术器件要特制;扫描床可在两个垂直方向调整,方便定位病人;可用一个可调整的椅子代替病床,进行腰椎、膝等体位的动态成像;扫描腔体内放置液晶监视器,手术医生可在手术期间连续看到当前的磁共振图像;手术室与操作台间有双路通讯。
磁共振成像系统包括跟踪设备,可以精确定位组织及监测穿刺针、内窥镜这类器械的位置。
导航跟踪系统是Flashpoint跟踪系统,手术医生能交互选择需要的成像平面,操作台旁有一台交互的Sun工作站,有专用图像引导软件。
腔体上方用三台高分辨红外敏感的摄像机,定位装有发光二极管的手持探头的位置。
手术中用探头选择成像平面与位置,能在正截面与斜切面间快速切换,以计划最佳的手术路径。
为方便手术计划,可将探头不同长度的虚拟探针投影到图像上。
在穿刺探针前进时,图像1.5s更新一次,实现实时扫描模式。
第二类跟踪系统是磁共振跟踪系统。
它在导管、探针或窥镜这类器械头上装一个小的(直径<1mm)、无源的射频线圈,梯度脉冲可对线圈位置频率编码,用专用跟踪软件计算坐标,并登录在当前的磁共振图像上。
这种跟踪方法也可用于血管内、窥镜像等许多重要领域。
稍稍修改后,可在血管造形导管上装多个顶端跟踪线圈。
这种技术已用于股动脉血管成形术。
2.1.2.5 专用磁体 典型例子是GE的IGM IT(Image-Guided Minimally Invasive Therapy)。
它是一个开口向上、横躺的C型超导磁体,极板直径45cm,GAP宽度26cm,可使用15cm的FOV,专用于头部成像。
由于从手术入点到病灶的距离很少超过10cm,病人头部距极板边沿不超过15cm,因而可以较方便地支持介入手术。
15cm的FOV尽管不能覆盖整个头部,但已经具有足够必要的手术区域。
以上介绍表明,开放结构的磁体可有限地(水平GAP)或全方位地(垂直GAP)接近病人。
GE提供了唯一的中场、垂直GAP、有磁共振成像兼容的麻醉和治疗系统的磁共振成像系统。
介入磁共振成像对时间分辨率的要求是很不同的,但交互图像引导时图像更新速度不能打断或延缓手术。
目前在0.2T系统上已能实现高信噪比的近1幅/s的成像速度,实现准实时扫描。
这类应用中目前主要使用快速GRE序列,为T1权重,好的T2加权序列较难设计,其固有缺点是对比度分辨率差。
但是解决问题的新的序列正在迅速发展,例如单发快速回波序列(SSFSE),EPI序列,磁共振透视及自适应动态成像。
器官专用的对比剂也会改善最终图像质量。
