醫(yī)療電子新技術(shù)：大腦3D成像掃描半秒完成

　　范伯格說，超高速成像技術(shù)對整個(gè)現(xiàn)代核磁共振掃描領(lǐng)域內(nèi)各研究機(jī)構(gòu)的影響是直接而又深遠(yuǎn)的。此外，大幅度推動(dòng)了神經(jīng)成像的發(fā)展，該研究直接影響人類大腦聯(lián)絡(luò)圖工程的進(jìn)度。該項(xiàng)工程是美國國家衛(wèi)生研究院（NIH）于去年創(chuàng)建，用功能核磁共振成像和結(jié)構(gòu)核磁共振成像掃描1200個(gè)健康成年人，系統(tǒng)地收集描繪人類大腦聯(lián)絡(luò)圖

　　華盛頓神經(jīng)生物學(xué)家該項(xiàng)目的共同負(fù)責(zé)人大衛(wèi)－范－埃森（David Van Essen）博士說：“當(dāng)時(shí)，我們向人類大腦聯(lián)絡(luò)圖工程遞送了我們的資助計(jì)劃書，我們熱切希望從研究對象身上得到更高質(zhì)量的信息，因?yàn)檫@項(xiàng)研究成果可以幫助我們向?qū)崿F(xiàn)工程目標(biāo)邁近一大步。這對于我們能夠獲得高質(zhì)量的圖像數(shù)據(jù)非常關(guān)鍵，從而我們可以精確地描繪出大腦電路圖——如何建立以及它們怎么運(yùn)作。”

　　核磁共振成像的工作原理是利用磁場和無線電波探測人體內(nèi)水份子中的氫原子。因?yàn)樵谘褐械臍湓优c在骨骼和組織中的氫原子反應(yīng)有差別，這樣計(jì)算機(jī)可以不用敏銳的X光就可重現(xiàn)人體內(nèi)部的景象。

　　然而，大約在20年前，一種被稱之為功能核磁共振成像的技術(shù)得到發(fā)展，它利用氧使得腦部區(qū)域的圖像突顯出來，從而可推斷出有神經(jīng)元活動(dòng)，如思考。利用平面回波掃描成像（EPI）和功能核磁共振成像可清晰的分辨出含氧血集中在大腦運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)，而去氧血位于大腦的低活躍區(qū)。

　　當(dāng)用標(biāo)準(zhǔn)的核磁共振成像儀器或功能核磁共振成像儀器所產(chǎn)生的磁場覆蓋大腦時(shí)產(chǎn)生輕微的變化，從而為氫原子在不同的區(qū)域提供相應(yīng)不同的磁場。這些不同的磁場強(qiáng)度使氫原子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生不同的速率，因此，當(dāng)一個(gè)無線電波脈沖集中在頭部時(shí)，這些原子依賴所處的不同區(qū)域和特定的環(huán)境產(chǎn)生不同的反應(yīng)。環(huán)繞在頭部的磁線圈可檢測到那些吸收了無線電能量隨后又釋放這些能量的原子，得到的信號或“回波”被用來生成大腦圖像。

　　當(dāng)利用平面回波掃描成像時(shí)，單一的無線電波脈沖用來激發(fā)氫原了，在這些原子平靜下來之前，磁場多次快速的翻轉(zhuǎn)，可引起50到100的回波。這些多重的回波形成高分辨率大腦圖像。

　　2002年，范伯格提出依次用兩個(gè)脈沖，在相同的時(shí)間里獲得兩倍的圖像數(shù)據(jù)。這就是所謂的同步再聚焦（SIR）平面回波掃描成像，這一技術(shù)被證實(shí)在功能核磁共振成像和神經(jīng)元軸突因子足跡3D成像中非常有效，然而這次改進(jìn)在提高掃描速度仍有局限，因?yàn)檫@樣會(huì)使信號產(chǎn)生衰減并且圖像分辨率也會(huì)下降。

　　另一個(gè)改進(jìn)是用多級螺旋同時(shí)檢測幾個(gè)部分的多頻帶激發(fā)。這一技術(shù)最近被用于功能核磁共振成像技術(shù)中，但這項(xiàng)技術(shù)也有局限，主要因?yàn)槎嗉壜菪龣z測需要相對寬松的空間并且不能區(qū)分相近空間的圖像。

　　范伯格和幾位資深的科學(xué)家將這些技術(shù)合理結(jié)合起來，使成像速度大幅度提高，在相同圖像分辨率下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于單獨(dú)使用一種技術(shù)。在400毫秒內(nèi)完成腦掃描使功能核磁共振成像技術(shù)接近腦電圖描記器，從而可用來捕捉大腦中非常迅速的活動(dòng)情況。這一技術(shù)對研究人類大腦自發(fā)性活動(dòng)有著深遠(yuǎn)的意義。

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