人腦血氧水平依賴(lài)信號(hào)有源仿真和成像

李洪宇，賈春濤，陳 迢，邱建峰*

[1.山東科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590；2.山東第一醫(yī)科大學(xué)(山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院)醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究中心，山東 泰安 271016]

近年來(lái)，血氧水平依賴(lài)(blood oxygenation level dependent, BOLD)功能磁共振成像 (functional MRI, fMRI)逐漸成為研究熱點(diǎn)，其原理在于血液中的去氧血紅蛋白(deoxyhemoglobin, dHb)為順磁性物質(zhì)，可引起磁場(chǎng)中質(zhì)子自旋去相位，縮短橫向磁化弛豫時(shí)間(T2)[1]；局部dHb含量減少時(shí)，T2縮短效應(yīng)減弱，MR信號(hào)增強(qiáng)，R2*值降低，反之，隨dHb含量增加，R2*值逐漸升高[1]。因此，利用dHb作為內(nèi)源性對(duì)比劑間接反映局部組織氧分壓水平，BOLD MRI可對(duì)組織血氧水平進(jìn)行評(píng)價(jià)[2]。fMRI主要基于BOLD理論觀察人腦神經(jīng)生理活動(dòng)，由于BOLD信號(hào)變化幅度小(在T2*圖像上的變化幅度約為1%～3%)[3]、變化時(shí)間短(信號(hào)峰值出現(xiàn)在刺激后5～8 s)[4]，易受噪聲干擾，要求MR儀具有足夠的時(shí)間分辨率和信號(hào)靈敏度(或信號(hào)檢出率)。目前動(dòng)脈自旋標(biāo)記(arterial spin labeling, ASL)和靜息態(tài)fMRI已被證明可用于影像學(xué)神經(jīng)藥理學(xué)研究[5]。MR設(shè)備自身場(chǎng)強(qiáng)、梯度、序列設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理協(xié)議均可影響B(tài)OLD信號(hào)檢出；同時(shí)，受檢者呼吸、心跳及頭動(dòng)等也會(huì)影響B(tài)OLD信號(hào)，使其重復(fù)性低[6]。因此，fMRI質(zhì)量控制變得極其重要。定量判定MR系統(tǒng)對(duì)BOLD信號(hào)的時(shí)間和空間檢出率是進(jìn)行后續(xù)fMRI分析的前提。本文針對(duì)此問(wèn)題設(shè)計(jì)了一種利用電流的變化模擬BOLD信號(hào)的電路，探討B(tài)OLD MRI質(zhì)量控制要求，并初步分析結(jié)果。

1 設(shè)計(jì)與方法

BOLD信號(hào)在T2*WI上變化幅度約為1%～3%[3]，BOLD信號(hào)峰值出現(xiàn)在刺激5～8 s后[4]，再以幾乎同樣時(shí)間回到基線(xiàn)水平?；诖?，采用預(yù)留程序下載口且電流值在20～220 mA之間可調(diào)、頻率在1 s-1～1 ms-1之間可調(diào)的設(shè)計(jì)思路來(lái)真實(shí)有效地模擬BOLD信號(hào)?！?br>