实时功能磁共振成像及其应用探索

李均明

（阳江市中医医院，广东 阳江 529500）

实时功能磁共振成像是目前比较先进的一个治疗技术，主要通过专业的方法来分析数据，利用反馈出来的数据显示出受试者在治疗中自身大脑皮层的活动情况，最终形成一个成像技术。运动皮层的功能活动和很多因素有关，在测量运动皮层功能活动的影像学技术里，一般都会借助实时功能磁共振成像和平面回波成像来帮助。

1 实时功能磁共振成像发展历史

1991 年，哈弗大学的Beliveau 就研究出了磁共振成像技术能够在视觉刺激下检测出人类大脑脑血容量的变化位置的结论。1992 年，又有人做了磁共振成像技术的实验，这些实验都给功能磁共振成像奠定了基础。在以后的20 年里，人们又推出了关于脑功能的研究，增加了人们对检测人体精密仪器的认识。在大部分的fMRI 实验的时候，研究人员需要在很长时间里面才能研究出一项结论，实时功能磁共振成像就是利用收集在线数据的方式来扫描实时监控出来的数据，并且得到相应的脑区的激活信息。1995 年，研究出了rtfMRI 概念，能够把所有的数据都能实时的进行处理和反馈。现在，大部分fMRI 使用的都是平面回波成像序列，在这个序列里面能够采集非常多的全脑图像，能够决定时间分辨率，就是实时性。在研究的时候，rtfMRI 能够在一个TR 图像采集结束后对上一个图像进行分析，最终形成以TR 为周期的更新大脑活动情况，还能借助rtfMRI 的技术动态的观测在试验中激活强度的变化。现在，我们在检测的时候，能够把激活情况实时地呈现给受试者，这就是神经反馈。

2 实时功能磁共振成像实验

2.1 实时功能磁共振成像的资料和方法

（1）一般资料。本实验选取的资料都来自某医院在2018 ～2019 年就治的志愿者，一共有20 人，年龄限制在25 ～55 岁，随机分为观察组和对照组，观察组是实时功能磁共振成像组，对照组就是平面回波成像组，选择好后进行对比分析。

（2）临床采纳标准。首先，所有的志愿者的身体都是健康的，在实验之前没有服用过任何药物，同时，所有的志愿者在实验之前都签署了志愿者知情同意书。其次，在所有的志愿者中已经把患有恶性肿瘤疾病的人和肾功能不全的还有妊娠期者全部排查在外。

（3）治疗方法。在观察组和对照组里，所有的受试者分别采用实时功能磁共振和超导型磁共振平面回波成像，一共有8 层。观察组和对照组在进行运动试验的时候需要有以下几个环节：30s 静止和30s 运动，从静止开始之后的12s开始进行图像扫描，随后静止状态和运动状态各30s，连续扫描5 次，每层10 次，一共有804 幅图像。

（4）统计学方法。本研究所有数据均采用SPSS13.0 统计软件进行数据统计，计量资料用（+s）进行表示，采用t 进行检验，计数资料用%表示，采用X2进行检验，P＜0.05表示差异具有统计学意义。

2.2 实验结果

首先，观察组里的所有人都可以在轴位上显示“手结节”，在对照组里面有6 例能够显示出来，观察组志愿者要比对照者的准确性多。其次，在观察运动时运动皮层的激活程度上发现，观察组明显比对照组好。

2.3 实验结果讨论

人的大脑里不同的部位进行网络连接的时候会完成人脑的功能活动，在临床上能够评估这种现象的影像技术有很多，并且现在已经广泛地应用在临床中。在研究的时候，发现实验组里面和对照组里面的人，观察者的指标要比对照组好。通过实验，还能够证明在运动皮层的准确定位时，选择实时功能磁共振成像在定位的时候会更加准确，更适合在以后的临床实验上使用。

3 rtfMRI 的相关应用

rtfMRI 技术最开始的目的就是为了检测出现数据的质量，从最短时间里确定出组织对比度的最优参数，但是，rtfMRI 技术在使用的时候受试者可以控制自己的脑区激活水平。rtfMRI 还可以充当脑机接口的角色，通过其把脑状态转换成一些特定的信号反馈给受试者或者是输出给外部设备，很多运动障碍者都通过这种方法来操作设备。

3.1 利用神经反馈对大脑活动的自主调节

现在能够改变大脑活动的途径有3 种办法，这三种是心理医生、手术、药物，在rtfMRI 的神经反馈的时候有给改变大脑活动提出一个新的特殊形式，现在对于大部分的rtfMRI 实验，都会出现神经反馈，这个时候在实验的时候会根据不同人物条件或刺激所改变。

在rtfMRI 神经反馈的研究中，先要进行一次快速的功能定位扫描确定出感兴趣的区域，在以后还可以把BOLD 信号的强度作为一个参考，最终输出给受试者的神经反馈信号，这样就可以减少一些全脑非特异性效应对反馈信号强度的影响。在实验中还发现，受试者的屏气对参考值相减之后出现的BOLD 信号的影响会小于选定的脑区自身信号的影响。

现在能够利用rtfMRI 神经反馈研究出生理上的一种自主调节，主要的目的就是为了找到被调节的大脑活动和认知行为之间的关系，传统的神经影像学研究的时候主要研究的是大脑的生理反应，但是，大脑皮层的神经元响是一个因变量，所以，利用神经反馈就可以把这个关系颠覆，让大脑活动成为一个能够调控的自变量，最终知道受试者认知行为上的变化，现在，已经有很多人能够证实rtfMRI 神经反馈的时候有自我调节能力。在充分运动后，受试者可以在没有精神反馈信息情况的时候也可以维持相应的脑区的自主调节能力，有些行为还会在结束后保持一段时间，这就是训练传递效应。现在还有人在研究的时候发现通过自主调节能够提高辅助运动去的激活水平，增加下次激活程度的表现。详见图1rtfMIRI 试验中分别采用等增方式a/b 与固定时间窗方式c/d 处理数据结果虚线和实线表示大脑左右。

值得一提的是，在研究利用生物反馈实现血压调节的时候能够发现rtfMRI 神经反馈本质上还是存在BOLD 信号，所以，还有的观点认为受试者自主调节的时候就是调节认知行为的变化。

3.2 基于rtfMRI 的脑机接口及其应用

图1 为SVM 分类器对脑状态的实时识别结果

rtfMRI 的另一个主要应用就是脑机接口，通过把rtfMRI 技术和多变量分析方法进行结合，能够更好地呈现出受试者的反馈信息，也可以作为输出信息的外部设备。在研究的时候，发现多元分析方法特别适合对大脑功能网络的研究，因为大脑活动情况会以非常频繁的频率呈现，所以要及时用一些办法来进行记录，在试验进行的时候，把大脑图像和对应的任务链接在一起，就可以识别出人的脑状态。这种方法能够使用神经网络和线性判别进行分析，在分析的时候，需要先在机器里面建立一个输入矢量和输出矢量之间的关系，在试验的时候，把矢量化的rtfMRI 图像作为输入内容，这个时候输出的就是脑状态，通过对脑状态分析能够知道现在通过大脑活动就可以控制外界的设备，不需要完全依赖人体的运动系统。

4 结语

现在，我们一直在研究人们是怎么进行思考或者是大脑如何进行工作，rtfMRI 的出现给人们的研究提供了一个新的思路，能够让我们在研究的时候借助rtfMRI 的帮助了解大脑活动的情况，不仅如此，还可以及时地进行反馈。神经影像技术是我们一直以来都研究的一项技术，实时功能磁共振成像的出现也能够让人们更清楚地认识神经科学和精神疾病治疗方面的知识，希望能够让我国的精神疾病治疗质量变得越来越好。