磁共振脑功能成像的现状与挑战

于春水

（天津医科大学总医院医学影像科，天津 300052）

磁共振成像（MRI）的问世给活体脑功能的研究提供了工具。1992年，Ogawa等提出了血氧水平依赖（BOLD）成像方法，使得活体脑功能成像成为现实。随后，磁共振脑功能成像（fMRI）技术进入快速发展阶段，新的成像与分析方法不断涌现。目前，已经形成了以三维结构像为基础的脑形态学分析技术、以扩散成像为基础的脑解剖连接分析技术、以BOLD－fMRI为基础的任务及静息状态脑功能分析技术、以动脉自旋标记（ASL）为基础的脑血流分析技术及以磁共振波谱成像（MRS）为基础的脑代谢分析技术。

脑形态学分析技术初期主要进行人脑的各种径线、脑体积及脑室容积测量。随着统计学方法的进步，逐渐出现了基于体素的形态学分析（VBM），可以逐个体素量化比较两组之间体积或浓度的差异。随后，人们开发出了基于脑表面的分析技术，可以量化分析皮层厚度、皮层表面积和皮层复杂度。

扩散成像包括扩散加权成像（DWI）和扩散张量成像（DTI）。DWI对扩散指标的量化与扫描方向有关，不适合进行量化评估。DTI技术可以更加准确地刻画水分子的扩散，能进行基于体素的扩散指标分析（VBA）及基于纤维骨架的统计分析（TBSS）。近年来开发的扩散张量纤维束成像（DTT）是目前唯一能够活体显示人脑白质纤维束的技术，可用于研究解剖连接及解剖网络。扩散谱成像（DSI）是目前最为可靠的脑白质纤维束跟踪技术。

任务态fMRI最初用于脑激活区检测，如今发展到复杂认知功能的研究。实验任务设计包括组块设计、事件相关设计及混合设计。基于任务态fMRI数据可以研究效应连接变化，分析方法包括Granger因果分析（GCA）、结构等式模型（SEM）、动态因果模型（DCM）等。静息态fMRI信号最初被当作噪声，而后被认为可以反映人脑功能特性。常用分析方法包括局部脑活动分析 （局部一致性和低频波动振幅等）、功能连接分析（独立成分分析和种子区分析等）及功能网络分析。

顺磁性对比剂动态增强（DSC）技术是最早被使用的脑灌注成像技术，需要外源性对比剂为其不足之处。动脉自旋标记（ASL）技术以氢质子为内源性标记，无需注射外源性对比剂即可获得脑血流信息。此外，体素内不相干运动（IVIM）技术也可以提供脑灌注信息。

MRS是能够活体显示脑内代谢产物含量的方法。最初主要显示N－乙酰天门冬氨酸（NAA）、胆碱（Cho）、肌酸（Cr）、乳酸（Lac）等代谢产物，在 3．0T 甚至更高场强情况下还可以检测肌醇 （mI）、肌酐（Cre）、γ－氨基丁酸 （GABA）、 谷氨酸和谷氨酰胺（Glu+Gln）等化合物。

fMRI面临诸多挑战。首先是基于体素的分析方法容易产生假阳性结果，应用过程中需要使用恰当的多重比较统计学校正方法。其次，多数fMRI只适用于组水平分析，如何应用到个体水平仍然是一个挑战性问题。最后，设备的型号、参数等很多因素会影响fMRI定量分析的结果，如何标准化不同单位的数据是应用到个体水平之前必须解决的问题。

未来fMRI的研究将重点关注应用的个体化、采集的标准化、不同技术的融合、跨尺度信息的关联分析及成像新技术的开发等。解决应用个体化问题是fMRI技术能否真正应用到临床的瓶颈，也是未来研究的重点。个体化应用最核心的问题是fMRI数据的异质性，如何克服不同设备采集数据的异质性将是亟待解决的难题。不同MRI模态从不同角度刻画神经精神疾病的脑损害特点，有机整合这些信息将更好地解决临床问题。跨尺度关联分析是一个刚刚兴起的研究领域，如何解析微观、介观、宏观及外表型信息的内在关联将是未来的重要研究方向。虽然近年来fMRI技术不断发展，但划时代的新技术多年来未取得突破，开发新的脑功能成像技术具有重要意义。

fMRI经历了创建、发展、成熟的过程，在认识人脑功能及脑疾病所致的脑损害方面做出了重要贡献。展望未来，机遇与挑战并存，需要研究人员瞄准关键瓶颈问题开展研究，使fMRI技术在未来成为临床医生的好帮手，成为科学研究的好工具。