临床前成像

超高场功能性磁共振成像(fMRI)

灵敏度呈超线性增加,可实现高分辨率fMRI

超高场fMRI呈现了前所未有的大脑过程视图

荷兰和以色列的研究人员研究了磁场强度和功能性磁共振成像(fMRI)信号之间的关系。他们使用血氧水平依赖性(BOLD)造影剂实施fMRI,从而通过测量氧合变化和脑血容量(CBV),来测量神经元活动。研究结果表明:使用超高磁场强度fMRI,不仅可以增加对比噪声比(CNR),还可以为大脑过程提供全新的视角。

使用非侵入式活体fMRI,来应对典型的侵入式血管生理学研究,将是接下来增进对动物和人类大脑功能理解的重要一步。因为fMRI信号取决于脱氧血红蛋白的数量——这可以通过血氧水平依赖性(BOLD)效应实现可视化,并与脑血容量(CBV)相关,fMRI可以检测与大脑活动相关的血流变化,使研究人员能够了解大脑的哪些区域比其他区域更活跃。

尽管仍有待进一步的研究,但Uludağ 和 Blinder的研究表明,使用非侵入式fMRI可能有助于更好地理解功能性刺激引起的血管活动。

超高场的优势

热噪声主导的高分辨率脑生理 fMRI 受益于超高场 (UHF),与较低磁场相比实现了显著的灵敏度增益。采用标准的2-4 mm各向同性空间分辨率,以及使用梯度回波(GE)和自旋回波(SE)方法,7特斯拉的fMRI在相同测量下所显示的信号比3特斯拉高出35%。随着分辨率的提高,以及相应的热噪声主导强度的增加,这种信号增益呈超线性增长,7特斯拉的信号增益达到3特斯拉的6倍。这些小体素的部分容积效应的降低,为高分辨率 fMRI 带来更进一步的改进。

可见,UHF显著提高了信噪比和灵敏度,使人们能够更为全面地了解大脑,为更加深入地了解人脑的神经过程铺平道路。

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参考文献

Uludağ, K. and Blinder, P., 2018. Linking brain vascular physiology to hemodynamic response in ultra-high field MRI. Neuroimage, 168, pp.279-295.