Neuron：人类个体大脑的精准功能成像

Neuron：人类个体大脑的精准功能成像

来自美国德州VISN17Center of Excellence的Evan M.Gordon等人在Neuron 期刊上发文，主要介绍了其提供的MSC数据集，以及针对数据集的研究。数据集包括来自十个样本的5个小时的RSFC数据，6个小时的任务态fMRI，以及结构MRI。文章认为，原有的fMRI研究主要侧重于分析组间数据，其掩盖了个体fMRI静息态功能连接RSFC和任务态激活的细节信息。研究认为在全脑fMRI 研究中增加单个被试fMRI数据量可以显著提高结果的可靠性和特异性，并提出了一种通过长时间采样细致展示脑组织的基于fMRI的神经科学的新方法。为了验证，研究引入了十个样本高质量的功能连接数据，揭示了个体水平的脑网络中的几种新型空间和组织变异性，包括与结构和任务导出的脑特征相对应的独特网络特征和拓扑。研究内容有四个主要亮点：1)个体大脑组织结构和组平均脑组织估计结构有质的区别；2)在大数据的支持下，个体大脑的功能测定变得更加可靠；3）个体能够表现出鲜明的脑网络拓扑结构；4）分享了十个样本的高采样多模态的fMRI数据。

在过去30年，fMRI成为了一种广泛地用来认识和了解大脑的工具。通过对大数据整合，神经学家能够有效地探寻任务态的激活模式以及大尺度脑网络的结构特征。然而，与结构MRI不同，fMRI和RSFC的研究方法一般都回避研究个体，其研究的重点是使用功能定位或高场成像技术来研究大脑皮层的特定区域。针对fMRI和RSFC的研究通常集中在组平均的研究。虽然这能够揭示功能性脑组织的一些基本原理，但是其对个体样本的分析存在缺陷，这意味着fMRI和RSFC 的临床应用会受到局限。由于BOLD信号的时间信噪比相对较低，因此短时间的扫描结果不能精确地表征大脑功能和组织。因此，研究人员通常选择在许多个体之间聚合数据。但是这抑制了个体的一些特征。描述功能脑组织中的跨个体变异性的研究通常使用对于每一个样本而言数据相对较少量的数据集，虽然目前该数据量已经增加，但是，对于个体水平的大脑表征仍然存在不足。

研究认为，通过改进一系列研究方法来系统地描述个体的大脑功能和组织，以及适当扩展标准的人类功能神经成像方法是有效的。个体层面特定的神经影像对于决定大脑组织的差异是否与行为相关，疾病相关，或异常现象是至关重要的。这也将有助于研究个体样本中具有特殊脑损伤、罕见疾病或异常认知能力，从而加深我们对人类大脑组织的基本原则的理解。最后，相较于常规功能映射，这种方法对单个神经系统、神经外科和精神病患者的大脑组织的精确描述成为可能。

最近，Laumann等人一项超过一年的研究中，通过分析从个体样本上收集到的数小时RSFC数据来表征个体水平的功能性大脑网络结构。这项工作表明：1）通过充足的数据，可以在个体中进行可靠的脑网络估计;2）个体脑网络的特征与任务驱动的功能区域激活密切相关;3）个体水平的脑网络比群体平均网络能够提供更多的信息，因为个体的特征通常被组平均所隐藏。说明，通过大尺度数据收集能够有效针对个体特异性的研究。为了验证，研究采集了十个人大规模数据，包含几个小时获取的RSFC，fMRI，结构MRI和神经心理测试（图1，表1）。为了规范时间效应以及降低数据采集成本，扫描从凌晨开始。数据集称为MSC 数据。完整的MSC数据集可从https://www.sodocs.net/doc/ea7123881.html,和https://www.sodocs.net/doc/ea7123881.html,免费获得。并且提供了一系列新的研究，以表征MSC数据库中的十个样本的功能性脑组织。包括：1）评估RSFC数据的质量，包括网络功能的多重连接和图论测量的可靠性; 2）精确描述每个MSC主体的脑网络组织，包括物理特征和网络拓扑;和3）个体的任务激活模式，由RSFC产生的大脑网络，以及皮层髓磷脂的分布。

结果

图1简要描述MSC数据集的信息。对于每一个样本，MSC数据收集3.5小时的结构MRI数据;5小时的RSFC数据;6个小时的基于任务（包括一个被阻塞的运动任务，一个混合阻塞和事件相关的知觉和语言任务，以及一个与多个刺激类型相关的事件相关记忆任务）的fMRI数据，神经心理测试（表1）。

图1数据包括四个高分辨率T1扫描，四个高分辨率T2扫描，四个磁共振血管造影（MRA）扫描，四对磁共振静脉图（MRV）扫描，五个小时的fMRI RSFC 数据，六个小时的fMRI任务数据跨越，三项不同的任务，以及四项神经心理学评估，产生21项个人评估分数。

表1

RSFC的可靠性

利用Laumann定义的脑区提取平均时间序列。利用多次迭代对每个样本的FC 进行可靠行分析，可靠性通过1)脑区间的连接矩阵;2)每个脑区的网络进行分析(hub结构，模块性，信息传输效率);3)参与系数；4）全局效率；5）模块性进行分析。图2A-2E中，所有的测度均表现出较差的可靠性。增加数据量后，可靠性明显的增加。在一个样本MSC08中，可能是由于运动伪影的影响（图S2），脑区间连接相似性较低（图2A和2H）。然而，MSC08的数据远远不如残留运动效应和之间的相关性可靠。排除MSC08，我们观察到需要30分钟的运动检测数据来实现可靠的r>0.85的平均相关系数矩阵（图2A）。网络配准需要更多的数据（90分钟）来实现平均系数>0.75（图2B）。模块化实现平均差异<3%(图

2E）仅需要10分钟，而全局效率需要90分钟才能达到相同的可靠性（图2D）。PC测量在大多数受试者中均未达到相似度（最大r=0.5-0.65;图2C）。计算每个样本的网络的可靠性如图S2A-S2C所示。

关于全局效率和模块化，增加数据量不仅增加了可靠性，而且改变了期望值，这表明这些指标非常依赖于数据量。这种效果在图2F和2G中。在所有样本中，由运动截断数据少于20分钟计算出的全局效率提高（图2F），而从少于20分钟的数据计算出的模块化系统地被抑制（图2G）。在受试者内部和之间检查Session-level的RSFC基因相似性。受试者间相似度高于session（图2H中的对角线块，MSC08中最差），主要体感和运动皮质中的交互差异最显著（见图S2E和S2F）。对于每个session，受试者的相关矩阵相似度大于对象（全部t> 3.34;全部p<0.001），这意味着个体RSFC不同。

图2可靠性，偏差，以及相似性等RSFC度量。(a-e)各种脑网络测量的可靠性随着分析数据量的增加而增加。重复了1000次随机选择一定数量的运动审查数据(x轴)并与同一样本的70分钟的随机独立样本进行比较;显示(A)相关性连接矩阵上的三角形;(B)随机系数代表了节点的分类分配的重叠;(C)节点参与的相关性

系数;(D)全球效率的差异;(E)在模块性方面的差异。(做减法)

个体水平的高保真RSFC影像揭示组平均隐藏个人特定脑网络特征

为了比较个体样本的网络拓扑结构，研究采用了基于图论的检测方法。通过不同密度的阈值来构建网络，并根据模板网络的相似性来配准（图S3A）。识别的

网络包括DMN，mVis，lVis，CON，FPN，DAN，VAN，hSMN，fSMN，lMN，PMN，CAN，aMTL，pMTL。网络拓扑结构在不同密度阈值下保持（图S3B和S3C）。除了枕叶骶沟的一个小区域外，RSFC模式的交叉主体变异与皮质折叠无关（图S3D）。数据集中的十个样本的网络拓扑结构具有广泛一致性（图3A 和3B）。例如，所有的网络都显示内侧顶叶皮层，内侧前额叶皮质和双侧角回旋符合DMN特征，这些特征在组平均数据中具有稳定性。类似地，所有受试者在外侧前额叶皮质，外顶叶皮层，背内侧前额叶皮质和外侧颞叶皮层中符合典型的FPN特征。

然而，很多某些网络特征在组平均值中被抑制。例如，十个MSC受试者中的五个在前下/中额叶回区域符合CON区域（图3A，紫色箭头）;六个受试者在侧顶

叶皮质中符合lVis特征（图3A，深蓝色箭头）;七个受试者在腹内侧前额叶皮质中符合DAN特征（图3B，黑色箭头）;五名受试者在中间扣带皮层具有FPN特征（图3B，黄色箭头）。这些功能都不存在于组平均中。一个样本中突出了腹内侧前额叶皮层突出网络特征的连通性作为一个例子。虽然这个区域一直被认为是DMN的核心节点，我们显示在MSC06中，内侧前额叶皮质区域（图3C：种子B，黑色箭头）是强相关的具有前代扣带，额叶，腹侧岛和颞顶交界处，但与典型的DMN区域（白色圆圈）反相关。在vmPFC部分的一个相邻的种子被识别为DMN网络（图3C，种子点A，红色箭头）其显示预期的强内侧顶叶和角回连通性。相比之下，相同的两个种子在MSC组平均中几乎没有显示连通性差异（图3C）。

个体网络连接和组平均的差异

为了表征大脑的网络结构，特别是网络内部和网络之间的关系。研究用个体水平网络特有的方法使用的皮质分析识别出了不同层次的大脑网络在RSFC的可靠性中(见上图)。个体水平的脑网络的拓扑结构（图3A）以及脑区（图S4）相同，表明网络拓扑结构在组平均和个体之间是一致的。每个受试者和组平均值的网络结构可以通过阈值（0.5％至5％;）进行可视化。图4A和4B显示了从阈值范围（2.5%）的图。

MSC所得到的组平均网络结构（图4A）与以前的研究（Power et al，2011）相匹配。在结果中，感觉，运动和关联网络作为FPN（黄色）和DAN（绿色）网络（图4A，黄色箭头）的中心位置。相比之下，没有一个样本的脑网络展现了这个组织（图4B）。在十个MSC主题中的八个中，关联网络以圆形模式排列。在圈内，网络成对连接如下：DMN-FPN-DAN-CON-VAN-DMN。在两个样本（MSC02和MSC06，图4B，灰色箭头）中，网络是线性的，而不是传统的圆形连接。分析表明，这两个样本在VAN地区和VAN或DMN之外的其他地区之间缺乏强大的连接（图S5）。在MSC平均图中以及大多数样本中，DAN和FPN网络相邻或相交。然而，在两个人（MSC02和MSC10）;图4B中，绿色箭头）中，DAN和FPN之间的连接不存在，并且DAN与lVis网络相邻。对每个密度阈值下的每个度量单独计算受试者的（ANCOVA），控制数据量和质量（参见STAR方法）。经过多次比较的校正后，我们发现阈值对受试者大脑的全局效率具有显著影响（2.5％密度：F[9,87]=7.81，校正p<0.001），图4C

显示了2.5％阈值下的影响;图S6A和S6B示出了在每个密度阈值下每个受试者的平均值。全局效率效应主要由（MSC02和MSC06）的两个主体驱动，与所有其他样本相比，全局效率较低。还观察到MSC09脑网络的全局效率提高。见图S6C。

图4大脑网络的图分析（a,b）网络可视化，有关系的节点群被联系到一起。注意，很多稀疏的连接并没有表示。（a）组平均，Fronto-Parietal（黄色）和Dorsal Attention（绿色）网络中心（黄色箭头）（b）不同个体的图。（c）ANCONVA 检验

个体任务态fMRI的高保真成像

利用均值计算任务fMRI的值。运动任务激活响应如图5所示。样本的躯体运动分析在对舌头（腹外侧），手（背侧）和脚（背内侧）的运动的反应中具有显著性。所有受试者的所有数据的组平均对于躯体运动没有特异性，其中包含大量白质。相比之下，仅对自每个样本的一个session分析（使用相同的数据总量），产生了与组平均非常少的具有显著性响应的。这些结果表明，即使单个样本使用有效的非线性方法相互组合，会抑制或者模糊任务态fMRI在组平均数据。

图5十个样本基于任务的反应，靠近中央沟的区域显示出对脚、手和舌头动作的反应。“手”和“脚”的激活模式表示左和右的对比运动,阈值分别设置为5和3，

舌头“激活代表舌动与基线对比阈值设置为10，(MSCavg)数据都来自于所有的数据时受试者进行测试。(Data-matchedavg)平均反应当数据量与之匹配的个体数据的对比。

图6.RSFC网络和十个样本的多个任务的高采样的任务响应之间的对应关系。对于手和舌头运动的强烈激活（手>舌对比），现实了个体水平上特定的RSFC 显示出的hSMN和fSMN网络边界（图6A和6B，分别为青色和橙色轮廓）。对视觉场景（场景和脸部对比）的反应得到CAN网络的边界（图6C和6D）。相比之下，单独的运动和场景相关的反应不会影响来自其他受试者或组平均值得到的边界，从而证明个体之间具有特异性（图6E和6F）。通过对比内部和个体间的不均匀性来进行个体特异性的定量分析（图6G）。其中，八个样本的任务与网络对应在每个实例中都比每个样本更好。然而在两个样本（MSC07和MSC08）中，结论相反。总的来说，这些结果反应了个体水平响应任务得到紧致的网络边界。

髓鞘特征与RSFC网络图密切相关

皮质髓磷脂含量可以从T1-T2图像的加权结合得到。在MSC的每个研究对象中发现了一个位于枕叶外侧的高皮质髓鞘区域，该区域以前被认为是人类的MT +复合体。这个高髓鞘区域的空间位置在每个样本中并不相同(表S1)。在这里，研究假定MT+的解剖差异是否与RSFC网络的差异有关，并进行了测试。在所有的实验对象中，整个假定的MT+区域都在一个RSFC的网络中，并要求网络展示包含该区域(图7A和7B)。此外，MT+区域显示来自其他样本或组平均的网络边界。这些结果显示了RSFC网络和个体皮层髓鞘分布的拓扑特异性的收敛性(图7C)。值得注意的是，在七个样本中MT+区域被分配给lVis网络，但在其他三个样本（MSC02,MSC08，和MSC10)中分配到DAN网络。

图7

总结

研究主要介绍了针对十个样本通过多模态高采样的得到的MSC数据集，以及针对数据集进行的一些初步分析。这些分析包括功能连接和图论测度中的可靠性分析，并且提出了一些潜在偏差所产生的几个新问题。其中包括1）全局网络结构

中变体的识别;2）任务诱发的大脑活动;3）静息网络和皮层髓磷脂含量分布之间个体特异性对应的演示。总而言之，这些分析强调了MSC数据集的科学价值，可以用于各个大脑的精密功能成像。研究观察到十个人全局网络组织之间的差异，为了研究普通人群的大脑网络，研究者认为下一步的任务将是研究更多数量的个体，以便更加准确地研究哪些差异与行为有关。目前，精细个体大脑成像的最大障碍是成本，MSC数据集通过公开提供给其他研究人员来降低成本，以便其他研究人员可以利用MSC数据来进一步描述大脑功能和组织的个体特定方面。

参考文献：Gordon E M,Laumann T O,Gilmore A W,et al.PrecisionFunctional Mapping of Individual Human Brains[J].Neuron,2017.

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大 脑 的 功 能 解 剖

大脑的功能解剖 神经系统在进化中，各个功能体系的控制中枢是自低移向高的阶段，各个功能体系的最高中枢最后在大脑皮质上建立并达到高度的分化。基本的功能体系，如运动、一般感觉、视觉和听觉等，在大脑皮质上各有其投射区。但人类大脑皮质的功能极为复杂，涉及到意识、思维、记忆和信号运用（语言、文字）等方面，而与这些机能有关的结构知识还是一个谜。我们的大脑是如何活动的?我们的意识是怎样形成的?我们的智力靠的是什么？最近10年来，大脑研究已经取得了明显进展，但还存在许多需要探索的区域。大脑由前脑发展而来，是神经系统的最高级部位，由两侧大脑半球借胼胝体连接而成。在种系发生上，从鱼类开始，大脑的功能与嗅觉有关。随着动物的进化，从爬行类开始，大脑具有嗅觉以外的更多功能。人类大脑皮质重演种系发生的次序，分为原皮质、旧皮质和新皮质。原皮质和旧皮质与嗅觉和内脏活动有关；新皮质高度发展，占大脑皮质的96%以上，成为机体各种生命活动的最高调节器，而将原皮质和旧皮质推向半球的内侧面下部和下面，构成边缘叶。所有的行为都是脑功能的结果。这些行为不仅仅是简单的运动行为，如行走和饮食，还包括复杂的认知行为，如思维、语言、艺术的创造等。大脑皮质约有140亿个神经元。 一、大脑半球的外形、分叶 由于大脑半球皮质各部分发育不平衡，在半球表面出现许多隆起的脑回和深陷的脑沟，脑回和脑沟是对大脑半球进行分叶和定位的重要标志。每侧半球以三条恒定的沟分为5叶，即外侧沟、中央沟和顶枕沟；额叶、顶叶、枕叶、颞叶和岛叶。 大脑半球背外侧面观：中央前沟，中央前回，额上、下沟，额上、中、下回；中央后沟，中央后回，顶上小叶，顶下小叶（包括缘上回和角回）；颞上、下沟，颞上、中、下回，颞横回。 大脑半球内侧面观：中央旁小叶，距状沟，楔叶，胼胝体沟，胼胝体，扣带沟，扣带回。 大脑半球底面观：嗅球，嗅束，海马旁回，海马沟，钩，海马结构（海马+齿状回）。 在半球内侧面可见位于胼胝体周围和侧脑室下角底壁的一圈弧形结构：隔区（胼胝体下区+终板旁回），扣带回，海马旁回，钩，海马结构等，它们属于原皮质和旧皮质，共同构成边缘叶。 额叶的功能与躯体运动、发音、语言及高级思维活动有关；顶叶与躯体感觉、味觉、语言等有关；枕叶与视觉信息的整合有关；颞叶与听觉、语言和记忆功能有关；岛叶与内脏感觉有关；边缘叶与情绪、行为和内脏活动等有关。 二、大脑半球的主要内部结构 1．基底核：纹状体（尾状核+豆状核，新、旧纹状体），是锥体外系的重要组成部分，比锥体系出现早，在哺乳类以下的动物，纹状体是控制运动的最高中枢，在人类，由于大脑皮质的高度发展，纹状体退居从属地位；杏仁体，其功能与行为、内分泌和内脏活动有关；屏状核，与大脑皮质之间存在往返联系，但功能尚不明了。 2．大脑皮质：是覆盖在大脑半球表面的灰质部分，也是中枢神经系发育最为复杂和完善的部位。据估计，人类大脑皮质约有26亿个神经细胞，它们依照一定的规律排列并组成一个整体。原皮质（海马+齿状回）和旧皮质（嗅脑）为3层结构，新皮质为6层结构。 3．大脑半球的髓质（白质）：连合系（胼胝体，联系新皮质；前连合，联系旧皮质；穹隆及穹隆连合，联系原皮质）、联络系（同侧半球各皮质部分之间的相互联系）和投射系（内囊，皮质与皮质下各脑部的联系）。 三、大脑的功能定位 两种学说：一是“镶嵌学说”，其代表人物有Gall,Broca,Wernicke；二是“整体学说”，其代表人物有Goldstein,Lashley。这两种学说都不全面。大量的实验和临床资料表明，随着

近红外成像仪的应用范围

一、近红外成像仪的应用范围及举例 （一）fNIRS在心理学研究中的运用 1. fNIRS在基础心理学中的运用 由于fNIRS作为一种便携，无创伤的脑成像技术，有较好的时间分辨率和空间分辨率，因此该技术已经被广泛的应用于心理学研究中。其中主要包括对视觉、情绪、注意、记忆，执行功能等的神经机制的探索。值得一提的是，近二十年来fNIRS在婴儿和成人的言语成像研究中取得了广泛的应用，有60余篇公开发表的研究成果，这些研究分别与脑部经典言语区相关。fNIRS的无创伤性、较高的时间分辨率和空间分辨率以及对被试动作的高容忍度，使其成为了言语成像领域的优势技术1。1998年第一次用商用fNIRS系统证实了布洛卡区在言语过程中的活动(Watanabe et al., 1998)。后来研究中用不同的近红外设备均能观察到小孩、成人以及婴儿的大脑经典言语区的皮层激活。用一系列声音（如，人造声音、音乐以及说话声）作为对婴幼儿的听觉刺激，证实了一些重要的争论，如多通道感知觉的发展，听说模式形成的潜在机制，语言习得的大脑机制，以及说话和音乐反应的大脑单侧化优势发展。 2. fNIRS在发展心理学研究中的运用 fNIRS具有无创性、便携性的特点，因此fNIRS首先被广泛运用于儿科临床中, 以监测高危早产儿童的脑部血氧状况, 监测新生儿的发展状况。由于儿童特别是婴幼儿的自我控制能力较差,因此对儿童进行脑功能成像的研究往往较为困难，导致以儿童尤其是婴幼儿为对象的认知神经科学研究较少近年来, 随着fNIRS在幼儿神经机制研究中的应用。人们将对神经系统发育生长最快的时期——婴幼儿阶段的人类大脑发展机制有更为深入地了解。 此外，fNIRS还广泛用于不同年龄段人群认知功能的比较以及认知老化的脑功能研究。 例如一项发展性阅读障碍的研究。发展性阅读障碍是指儿童智力正常，并且享有均等的教育机会，但是阅读成绩显著落后于其年龄所应达到水平的一种学习障碍现象。针对其它功能监测技术对阅读障碍患者大脑功能进行监测所得到的不同结果，设计了合适的实验范式对汉语儿童阅读障碍患者在进行汉字语音和语义加工时的大脑皮层活动进行研究，结果显示汉 1Quaresima, V., Bisconti, S., & Ferrari, M. (2012). A brief review on the use of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for language imaging studies in human newborns and adults.Brain and language,121(2), 79-89.

脑功能成像(fMRI)技术

第四节脑功能成像技术1 语言神经认知机制研究是语言科学研究的重要内容，它主要研究语言与大脑的关系，简单的说就是研究语言在人脑中的理解与产生的过程。但是人脑被一层厚厚的颅骨所包围，因此仅凭肉眼无法判断大脑处理语言时的情况。认知语言学通过语言理论的假设来构建语言认知模型，心理语言学则通过行为学方法，通过测试量表来研究具体语言结构的反应时间和正确率。但是，这两种研究方向都不能直接观察大脑实时处理语言的情况。随着科学技术的发展，新的语言科学研究技术已经被广泛用于语言研究中，其中PET和fMRI尤其是fMRI技术又是神经认知科学研究被最广泛应用的一种新的技术手段。 一脑功能成像技术简介 PET（Positron Emission Tomography,PET）即正电子发射断层扫描技术，其基本原理是：刺激作用于大脑会产生血流变化，利用血液中注射的放射性示踪物质来和脑活动的某些脑区进行对比，从而确定刺激任务与特定脑区之间的关系。fMRI是functional Magnetic Resonance Imaging的简称，中文名称为功能性磁共振成像。其实质就是在磁共振成像的基础上获取大脑活动的功能图像，以获取被试对所给语言、图形、声音等刺激材料进行加工时产生的fMRI信号并加以分析，以确定这些刺激材料与对应脑区的关系，从而分析其脑机制。赵喜平（2000）认为所谓的fMRI就是利用MRI对组织磁化高度敏感的特点来研究人脑功能，特别是大脑各功能区划分或定位的无创伤性检测技术。由于PET技术在技术要求以及资金需求方面的原因，用于认知任务的研究越来越少，现在主要的脑成像技术就是fMRI,因此这里主要介绍fMRI技术以及实验数据的处理和对实验数据的解读。 1.1 fMRI的发展及其原理 MRI（Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像）产生于上个世纪70年代。1970年，美国纽约州立大学的Raymond Damadian发现正常组织的NMR（Nuclear Magnetic Resonance）信号与病变组织的信号明显不同。这以后Paul Lauterbur、Peter Mansfield 和Graunell发展了各种成像方法。1976年 Mansfield得到了第一幅人体断层像，1977年世界上第一台名为indomitable 的全身磁共振成像装置诞生，1978年的图像质量已经接近CT，1980年磁共振成像设备用于商业用途，这之后，磁共振成像技术开始进入一个飞速发展的时期。美国Technicare公司、GE公司、 1 为了使读者能够直观的了解脑功能成像的实验过程，本章节的图片除了引用编著者已经发表的陈国之外，还参考了https://www.sodocs.net/doc/ea7123881.html,/afni、https://www.sodocs.net/doc/ea7123881.html,/products/e-prime/网站的部分图片。

BrainScan近红外脑功能成像系统

# Data Analysis # Clinical research - adults 離 Neur odevelopment # Neurocognition - adults # Neonatal and pediatric reserach 參 Hardware Development # Multimodal Monitoring 研究热点领域（数据来自国际fNIRS 学会） * BrainScan 所测激活功能区映射实例图 近红外光谱技术的工作原理是通过光学探头贴附头皮，发射和接收多个波长的近红外光， 进而测量出氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度变化，实现对大脑皮层功能活动的监测。 北京心灵方舟科技发展有限公司研发 推出国内首套具有自主知识产权的 BrainScan 近红外光谱脑功能成像系统， 达到了国际同类产品的先进水平，填补了 国内空白。 fNIRS 探测原理光路图 安全友好的光学脑功能成像新技术 近年来，脑成像技术成为认知神经科学方 面研究的新宠。作为光学脑成像技术之一的近红 外光谱技术，具有实时和非侵入性，时间精度 高，灵活，易用，低成本等优点，没有受试者限 制和使用场景限制，被认为是一种极具潜力的安 全友好的脑成像技术，对现有的fMRI 等技术是一 个非常有益的补充。 该产品采用模块化设计，采用高性能光电 元器 件，具有高导联、高敏感度、高稳定性的 特点。Br ainScan 继承了fNIRS 技术的优点，同 时针对实际应用需求进行开发，拥有多种配置 供用户选择，满 足教学、科研、临床不同需 求。 近 红外 光谱脑功能成像是一种全新的基 于血氧的经颅光学成像技术，良好的时空间 分辨率，没有受试者限制和使用场景限制， 所以尤其适合特殊 受试群体（儿童、老人、 病人等）和真实情境下（课堂、运动训练、 社会交互）的脑科学研究。

FMRI脑功能磁共振成像的原理及应用进展

ＦＭＲＩ脑功能磁共振成像的原理及应用进展 功能磁共振是在磁共振原理的基础上根据人脑功能区被信号激活时血红蛋白和脱氧血红蛋白两者之间比例发生改变，随之产生局部磁共振信号的改变而进行工作的。凭借其具有较高的空间、时间分辨率，无辐射损伤以及可在活体上重复进行检测等优点已广泛应用于脑功能的研究。 1 磁功能磁共振概述 磁共振功能成像(function magnetic resonance imaging，FMRI)是目前脑功能研究中的一个热点。20世纪90年代后，BOLD（blood oxygenation level dependent）磁共振功能成像已广泛应用于脑功能的研究。其优点是就有较高的空间、时间分辨率，无辐射损伤以及可以在活体上重复进行检测。理论上讲，凡以反映器官功能状态成像为目标的磁功能成像技术都应称之为功能磁共振成像。目前，临床上已较为普遍使用的功能成像技术有：各种弥散加权磁共振成像技术（diffusion-weighted imaging，DWI），各种灌注加权磁共振成像技术（perfusion weighted imaging，PWI），磁共振波谱和波谱成像技术（blood oxygenation level dependent，BOLD）。观察脑神经元活动和神经通路的成像技术时，这种成像技术应叫做脑功能磁共振成像（FMRI），它一般包括水平依赖成像；脑代谢测定技术成像；神经纤维示踪技术如弥散张量和磁化转移成像。 1.1 FMRI的基本原理：FMRI的方法很多，主要包括注射照影剂、灌注加权、弥散加权及血氧水平依赖（blood oxygenation level dependent，BOLD）法，目前应用最广泛的方法为BOLD法：血红蛋白包括含氧血红蛋白和去氧血红蛋白[1]，两种血红蛋白对磁场有完全不同的影响，氧合血红蛋白是抗磁性物质，对质子弛豫没有影响，去氧血红蛋白是顺磁性物质，其铁离子有4个不成对电子，可产生横向磁化磁豫缩短效应（preferential T2 proton relaxation effect，PT2PRE）。因此，当去氧血红蛋白含量增加时，T2加权像信号减低。当神经元活动增强时，脑功能区皮质的血流显著增加，去氧血红蛋白的含量降低，削弱了PT2PRE，导致T2加权像信号增强，即T2加权像信号能反映局部神经元活动，这就是所谓血氧水平依赖BOLD[2]效应，它是FMRI基础[3]。 梯度回波成像（gradient recall echo，GRE）是FMRI的常规脉冲序列，它对磁化效应引起的T2效应非常敏感，梯度回波脉冲序列使用单次激发小翻转角射频脉冲和极性翻转的f编码梯度场，在采集信号过程中，由于梯度场引起的去相位就会完全被再聚集，而回波信号则取决于组织的T2。在信号采集过程中，GRE 与SE序列相似。都是通过多次反复采集回波信号完成全部的相位编码和数据采集。ＧRＥ扫描对流空现象，扩散现象以及对功能成像非常重要的Ｔ２效应等诸

大脑地解剖结构和功能——布鲁德曼分区

大脑的解剖结构和功能——布罗德曼分区系统 布罗德曼分区是一个根据细胞结构将大脑皮层划分为一系列解剖区域的系统。神经解剖学中所谓细胞结构（Cytoarchitecture），是指在染色的脑组织中观察到的神经元的组织方式。 布罗德曼分区1909年由德国神经科医生科比尼安·布洛德曼（Korbinian Brodmann）提出。根据皮质细胞的类型及纤维的疏密把大脑皮质分为52个区，并用数字给予表示。Brodmann Area 1, BA1 Brodmann Area 2, BA2 Brodmann Area 3, BA3 位置：位于中央后回 (postcentral gyrus) 和前顶叶区。 功能：分别为体感皮层内侧、末尾和前端区,BA1、BA2、BA3共同组成体感皮层； 具备基本体感功能（first somatic sensory area）接受对侧肢体的感觉传入。Brodmann Area 4, BA4 位置：位于中央前回(precentral gyrus)，中央沟(central sulcus)的内侧面 功能：初级运动皮层（first somatic motor area)，包含“运动小人”（motor homunculus ）。 控制行为运动，与BA6 （前）和BA3 、BA2 、BA1、（后）相连，同时与丘脑腹外侧核相连。 体感小人（Somatosensory Homunculus ） 传入体感信息较多的身体区域获得的皮层代表区域较大。比如手部在初级体感皮层中的代表区域比背部的大。体感皮质定位可用“体感小人”（Somatosensory homunculus）来表示。 Brodmann Area 5, BA5 位置：位于顶叶前梨状皮质区（梨状皮质piriform cortex为下边缘皮质的组成部分）。功能：与BA7形成体感联合皮层。 Brodmann Area 7, BA7 位置：位于顶叶皮质顶部，体感皮层后方，视觉皮层（visual area)上方。 功能：将视觉和运动信息联合起来；与BA5形成体感联合皮层；视觉-运动协调功能。 Sensory Areas---------Somatosensory Association Area 位置：位于初级躯体感觉皮层后方（BA5、BA7）

人民医院近红外脑功能成像系统项目的公开招投标书范本

温州市政府（分散）采购 招标文件 采购编号：CTGC-H 项目名称：温州市第七人民医院近红外脑功能成 像系统采购 采购人：温州市第七人民医院（盖章） 采购代理机构：浙江省成套工程有限公司（盖章） 日期：年月日

招标文件目录 第一章招标公告 (2) 第二章投标须知和投标须知前附表 (4) 投标须知 (7) 一.说明 (7) 二.招标文件 (8) 三.投标文件 (9) 四.投标文件的递交 (13) 五.其它 (13) 第三章招标项目要求 (15) 一、采购内容及技术参数要求 (15) 二、其他要求 (17) 第四章开标、评标和定标须知 (19) 一.开标 (19) 二.评标 (20) 三.定标 (22) 四.质疑和投诉 (22) 第五章投标文件的有效性 (24) 第六章评标办法 (26) 第七章合同条款 (28) 一、合同协议书 (28) 二、合同主要条款 (29) 第八章投标文件部分格式 (32)

第一章招标公告 根据《中华人民共和国政府采购法》等有关规定，浙江省成套工程有限公司受温州市第七人民医院委托，现就温州市第七人民医院近红外脑功能成像系统采购项目进行公开招标，欢迎国内合格的供应商参加投标。 .采购编号：CTGC-H .投标人的资格要求，须同时满足以下条件： ①符合《中华人民共和国政府采购法》第二十二条要求，国内具有独立法人资格； ②营业执照经营范围应包含本项目的经营内容； ③⑴制造商投标的,须具备医疗器械生产许可证；⑵代理商投标的,须具备医疗器械经营许可证或营业执照注册所在地的医疗器械经营审核主管部门颁发的医疗器械经营备案凭证；若代理商所投是国产产品，产品制造厂家须具备医疗器械生产许可证； ④投标人及法定代表人有效无行贿犯罪记录证明（在投标文件递交截止之日前个月，各级各地检察机关的行贿犯罪查询结果均有效）； ⑤本项目不接受联合体投标； ⑥参加政府采购活动前三年内，在经营活动中没有重大违法记录。投标人无以下不良行为：在公开网站上能查到的被财政部或浙江省财政厅处理（或处罚）而处于暂停政府采购资格期的或处于暂停承接业务资格期的；或被国家级、浙江省级、温州市级行业主管部门处罚处于暂停承接业务资格期的；或被温州市政府采购监管部门列入不良行为还在公示期内的或者处于暂停政府采购资格期的。 .报名时间和地点：即日起至投标截止时间前（上午:－:，下午:－:，双休日及节假日除外）,到温州市鹿城区牛山路号牛山商务大厦室报名并获取招标文件并完成网上报名（报名网址：https://www.sodocs.net/doc/ea7123881.html,/），如对招标文件有疑问的，答疑时间按招标文件规定执行。获取招标文件：人民币元（售后不退））。 .招标文件公告期：自本公告发布后的第个工作日时止 .报名时所需资料（复印件均须加盖投标人公章）： ①投标单位在“全国企业信用信息公示系统”（网址：https://www.sodocs.net/doc/ea7123881.html,/）上的单位详细信息打印件，或单位营业执照副本复印件（打印件、复印件均须加盖投标单位公章，下同）； ②法定代表人授权书和被授权人身份证原件及复印件［适用于非法定代表人参加报名

人类大脑三维解剖图

人类大脑三维解剖图 人类大脑三维解剖图 这是右大脑半球的图片。与流行的说法不同，右脑其实并没有特别具有创造性，左脑也并非更有逻辑性。有趣的是，来自身体两侧的感觉信息，分别会送达相反一侧的大脑。在这张图中，左大脑基本已被移除，可以看到右脑的表面和左右脑中间的物质。动脉和静脉在大脑组织中穿行。中部较大的白色、喇叭状结构是侧脑室，内部充满了脑脊液，为大脑提供缓冲。视交叉位于大脑额叶的底部，在人类眼睛看到物体的过程中扮演着重要的角色。来自不同眼球的视神经在视交叉发生交汇，来自双眼的信息也在此交汇，两侧视野的信息被分别传到对侧的大脑半球进行处理。小脑是与运动密切相关的部位，看起来就像是一个独立的器官，位于两个大脑半球之下。这张图片显示的是小脑的“枕下表面”。小脑并不能促使运动产生，但却控制着动作的协调。在小脑基部，小脑与两个大脑半球连结在一起。一层被称为“硬脑膜”的组织将小脑与大脑分隔开来。不过，小脑还是可以从大脑的其他部位中获取信息，其借助的是脑干的一部分——脑桥。移除了小脑之后，就可以看到脊髓的顶端。这张图片是从身体后侧看脊髓。脊髓与大脑连接的区域称为延髓。延髓是脑干的一

部分，负责一些不由自主的动作，如呼吸等。巨大的蓝色结构显示了大脑的大静脉。这条大静脉又被称为“盖伦静脉”，以其发现者古希腊医生盖伦（Galen）的名字命名。图中还可以看到松果体，该腺体能分泌影响睡眠的荷尔蒙。在这个大脑切面图中，可以清楚地看到被血管包围着的脑垂体。脑垂体位于下丘脑下方，被称为“主管腺体”，能分泌调节其他腺体的荷尔蒙。这张图片展现的是侧脑室和包围脑干的其他结构。脑干控制着基本的身体功能，如呼吸、血压等；它还是重要的连接部位，负责在大脑和身体之间传送感官和运动信息的神经元，就从脑干穿行而过。这些神经和动脉汇集的部位称为“小脑脑桥角”，位于小脑与脑桥之间。脑桥是脑干的一部分，能调节小脑与大脑其他部位之间信息的传递。在脑部的外科手术中，需要特别小心，避免损伤这些神经和血管。

TechEn CW6近红外脑成像系统

CW6系统简介 ?由TechEn & 马萨诸塞州总医院(Massachusetts General Hospital)合作制作。 ?连续激光，性价比高。 ?测试组织内的氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白和全血红蛋白的浓度变化。 ?灵活，可移动；帽子制作灵活；超薄探头。 一、硬件部分 1、CW6从构造上来说是连续波(continuous wave，CW)系统，它包括：、 ?控制板 ?计算机和显示器 ?光学纤维 ?USB线和电源线 ?激发器 ?探测器 2、激光的发射与接收 ?激光源发射器：激光通过模块左侧的激光源连接口发射。这些连接口与光纤的SMA连接口相匹配。每个激发左侧的螺杆可用于手动调整输出激发的强度。 ?激光探测器：接收、检测经过人体组织后的激光。 3、控制模块卡和连接显示面板 ?控制模块卡：控制模块卡通过一根USB线连接CW单元和控制电脑。 ?连接显示面板：控制卡上面的3个LED灯显示系统的状态。电源（表示CW6正在工作），激光器（至少有一个激发器在工作），运行。 4、探头 ?帽头超薄，可以与脑电、TMS，功能磁共振很好的兼容。 ?探头的排布可以根据自己需求而自制，也可以使用配送的标准的帽子。 二、软件部分

1、Homer 可视化，实时数据采集，实时显示。 支持图像重建、滤波，个体和组分析。 操作简单，开源免费。 2、EZ大脑定位系统 ?可以定位大脑激活情况，提高可重复性和可信度。EZ地图可提高数据和结果比较的定位精度。 ?定位：指针引导操作员将数字跟踪定位到鼻根、枕骨隆突和耳根处； ?显示激活：显示大脑皮层表面，可用于显示重建结果中大脑皮层的激活状态。 3、软件开发工具包 ?TechEn开发了一款应用协议接口（API）和开发工具包，研究人员可以把CW6原始数据转换成他们自己的软件可显示或分析的数据。TechEn的应用协议接口和开发工具包提供了先进的工具，以便研究人员可以用他们自己的视角和方法深入分析他们的研究，如显示或分析。值得强调的 一点是，这个功能是TechEn的CW6光学系统才有的。 三、产品特征 高灵活的探头设计 极高的时间分辨率 可移动性强，方便灵活 可与fMRI、脑电、TMS兼容 四、产品应用 ?婴幼儿认知发展：以前没有合适的手段对婴幼儿的认知发展进行考察，近红外的出现为此类研究提供了可能。 ?感知运动：因为受到肌电和头动伪迹的影响，EEG/ERP和fMRI在研究感知运动方面受到很多限制。近红外在这些方面具有一定的优势。 ?语言和言语：功能近红外被广泛应用于语言的偏侧化、听觉和视觉的语言加工、言语产生、言语流畅度的研究。例如，Kovelman等人（2007）研究了双语者的脑功能，发现双语者的半球优势 随着语境的不同而表现出不同的趋势。 ?临床：功能近红外广泛应用于癫痫、抑郁、阿尔茨海默氏症等疾病的研究和临床治疗中。 ?视觉加工：视觉刺激会引起HbO的上升和HbR的下降（Meek et al., 1995、Plichta等人，2007，Neuroimage）用快速ER设计考察了视觉区对光栅的加工。

brainimage脑功能成像技术

脑功能成像技术 近20年来，随着现代物理、电子与计算机技术的迅速发展，脑功能成像技术（functional brain imaging）取得了长足的进步，一批功能强大的无创性脑功能成像手段相继诞生。这促使研究者们对脑功能成像技术及其在认知过程、情绪过程中的应用产生了浓厚的兴趣，将它们迅速应用到认知神经科学以及心理学的各个领域中，并取得了许多突破性成果，促进了这些领域研究的深入化进程。 （一）使用脑功能成像技术的理由 研究者进行脑功能成像技术进行实验，最明显的目的是为了将脑的结构与其功能联系起来。我们已经知道，脑的许多功能都是定位于大脑的神经组织结构之中的；基于此，研究者们开始试图成像出那些参与到不同脑结构激活中的基本过程。现代神经成像假定，我们可以根据组成复杂心理过程的一些基本操作的结合来对其进行最好的描述，这些基本过程并不是定位于大脑中的某个单一部位的，而通常是神经元网络共同作用的结果。神经成像的这一假定自然而然地导致了人们对与基本心理过程相伴随着的脑激活的探讨。而将这些基本过程成像到大脑中的区域和功能性网络就是现代脑成像研究的主要目标。 对不同脑结构的功能的详细成像可以为我们提供关于基本心理过程的可靠证据。一旦我们能够确定，特定的脑区与某一心理过程有关系，就可以超越这种结构与功能的简单对应关系，而使用统计技术（如区域间相关、因素分析、结构方程建模等）来进一步考察与复杂心理任务有关的激活环路，分析出心理任务中包含了哪些基本过程的结合。这样，通过考察激活模式，我们就能从简单到复杂，并能了解在某一模式中所激活的结构所具有的功能。此外，在脑损伤研究中，还能帮助我们推测受其影响何种脑功能会丧失。 使用脑成像技术的另一个原因是：它可以分离心理过程。如果我们能够获得不同心理任务所导致的激活模式的数据，就可以用它来检验这两个任务是否存在双重分离（Smith和Jonides, 1995）。这种分离的原理是：假设某特定脑区A处理某认知过程a ；类似地，某特定脑区B处理某认知过程b 。假设有1、2两种心理任务。任务1需要心理活动a参与而不需要b ；任务2需要心理活动b参与而不需要a 。如果我们在被试完成这两种任务时对其

脑功能磁共振成像及其应用进展

脑功能磁共振成像及其应用进展 聂生东1,聂斌2 (1.上海第二医科大学计算机教研室,上海 200025; 2.泰山医学院) 功能磁共振成像是近10余年来在传统的磁共振成像技术的基础上迅速发展起来的一种新的成像技术。与传统的磁共振成像技术不同的是，功能磁共振成像得到的是人脑在执行某项任务或受到某种刺激时的功能映射图，而不是人脑的解剖图像。它能够确定人脑在执行某项任务或受到某种刺激时大脑的哪些区域被激活。目前，功能磁共振成像技术在国外已经得到了广泛的应用，其应用领域涉及到脑科学研究的各个领域，如认知科学、心理学、神经科学、药物滥用以及临床应用等。国内在这一方面的研究和应用还刚刚开始。本文对近年来功能磁共振成像及其在国内外的应用进行了综述。 一、功能磁共振成像的原理及特点 功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging,fMRI）的突出特点是可以利用超快速的成像技术，反映出大脑在受到刺激或发生病变时脑功能的变化。它突破了过去仅从生理学或病理生理学角度对人脑实施研究和评价的状态，打开了从语言、记忆和认知等领域对大脑进行探索的大门。 传统的磁共振成像（MRI）与功能磁共振成像（fMRI）之间的主要区别是它们所测量的磁共振信号有所不同[1-3,6]。MRI是利用组织水分子中的氢原子核处于磁场中发生的核磁共振现象，对组织结构进行成像，而fMRI所测量的是在受到刺激或发生病变时大脑功能的变化。根据所测量的脑功能信号的不同，磁共振功能成像主要有以下四种工作方式：①血氧水平依赖功能磁共振成像（blood-oxygen-level-dependent fMRI，BOLD-fMRI）,它主要是通过测量区域中氧合血流的变化（或血流动力学的变化），实现对不同脑功能区域的定位；②灌注功能磁共振成像（perfusion fMRI）,又称为灌注加权成像(perfusion weighted imaging，PWI)。这种成像方法主要用于测量局部脑血流和血容积；③弥散加权功能磁共振成像（diffusion-weighted fMRI）,这种方法主要用于测量水分子的随机运动；④磁共振波谱成像（MRI spectroscopy）,该方法用于测量脑的新陈代谢状态以及参加到新陈代谢中的某些物质(如磷和氧)的含量。目前，临床上和脑科学研究中一般都是用第一种方式，文献中出现的fMRI，如果不做特别说明，一般都是指BOLD-fMRI，简称为fMRI。以下只给出其工作原理。 BOLD技术是fMRI的理论基础。当大脑在执行一些特殊任务或受到某种刺激时，某个脑区的神经元的活动就会增强。增强的脑活动导致局部脑血流量的增加，从而使得更多的氧通过血流传送到增强活动的神经区域，使该区域里的氧供应远远超出了神经元新陈代谢所需的氧量，导致了血流中氧供应和氧消耗之间的失衡，结果造成了功能活动区血管结构中氧合血红蛋白(oxyhemoglobin)的增加，而脱氧血红蛋白(deoxyhemoglobin)的相对减少[3-7]。脱氧血红蛋白是一种顺磁性物质，其铁离子有四个不成对电子，磁距较大，有明显的T2*缩短效应，因此在某一脑区脱氧血红蛋白的浓度相对减少将会造成该区域T2*信号的相对延长，使得该区域中的MR信号强度增强，在脑功能成像时功能活动区的皮层表现为高信号，利用EPI快速成像序列就可以把它检测出来。 目前，在临床和脑科学研究中进行脑功能成像的手段主要有：单光子发射计

脑功能成像

脑功能成像 文章目录*一、脑功能成像的基本信息1. 定义2. 专科分类3. 检查分类4. 适用性别5. 是否空腹*二、脑功能成像的正常值和临床意义1. 正常值2. 临床意义*三、脑功能成像的检查过程及注意事项1. 检查过程2. 注意事项*四、脑功能成像的相关疾病和症状1. 相关疾病2. 相关症状*五、脑功能成像的不适宜人群和不良反应1. 不适宜人群2. 不良反应 脑功能成像的基本信息 1、定义脑功能成像技术是一类无创的神经功能活动测量一成像技术。脑功能研究主要探索认知和情绪的神经基础,而脑功能成像是十分重要。神经功能区内部或周围出现有肿瘤,神经元活动弱,可能涉及某些神经疾病。 磁共振脑功能成像(fMRI)是通过刺激特定感官,引起大脑皮层相应部位的神经活动(功能区激活),并通过磁共振图像来显示的一种研究方法。 fMRI 最初是采用静脉注射增强剂等方法等来实现的。 1990 年美国贝尔实验室学者Ogawa 等首次报告了血氧的 T2*效应。在给定的任务刺激后,血流量增加,即氧合血红蛋白增加,而脑的局部耗氧量增加不明显,即脱氧血红蛋白含量相对降低。脱氧血红蛋白具有比氧合血红蛋白T2*短的特性,另一方面, 脱氧血红蛋白较强的顺磁性破坏了局部主磁场的均匀性,使得局

部脑组织的T2*缩短,这两种效应的共同的结果就是,降低局部磁共振信号强度。由于激活区脱氧血红蛋白相对含量的降低,作用份额减小,使得脑局部的信号强度增加,即获得激活区的功能图像。由于这种成像方法取决于局部血氧含量,故称为血氧水平依赖功能成像。 2、专科分类神经 3、检查分类核磁共振 4、适用性别男女均适用 5、是否空腹非空腹 脑功能成像的正常值和临床意义 1、正常值各神经功能活动正常。 2、临床意义异常结果:神经功能区内部或周围出现有肿瘤,神经元活动弱,可能涉及某些神经疾病。 需要检查人群:神经功能损害者,老年痴呆症。

脑功能成像分析软件

脑功能成像分析软件(AFNI)的使用介绍 北京生物医学工程 1999年第1期第0卷应用软件介绍 作者：孙沛刘景文 单位：孙沛刘景文中国科学院高能物理研究所二室(北京100039) 引言 随着科学技术的发展，人们现在可以对大脑进行无损的结构和功能成像，其中主要包括计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)等结构成像方法；脑电图(E EG)、单光子发射断层扫描 (SPECT)、正电子断层扫描(PET)、功能磁共振成像(FMRI)、脑磁图(MEG)等功能成像方法。目前各种结构和功能成像方法已普遍应用于临床诊断和研究之中。而近十几年发展起来的正电子断层扫描、功能磁共振成像和脑磁图等功能成像方法由于其具备较好的空间和时间分辨率，也可以对人类的认知活动进行研究。 在对大脑认知功能进行脑功能成像研究之中，由于其方法本身的特殊性，图像后处理是其中重要的组成部分。本文主要介绍有关功能磁共振成像的图像后处理方法。 随着磁共振成像技术的发展，人们现在可以通过磁共振成像，无损地观测与神经活动增加的相应位置关联的脑部皮质血容积、血流和血氧合的变化，对人类的认知活动进行脑功能成像的研究［1］。 在脑功能成像实验中，一般有10～20个实验序列，一个序列可以取到50～100次扫描，每次扫描中对大脑的多个层面同时进行观测，一般在4～10层。整个实验所收集的数据量很大。由于实验结果数据量较大以及脑功能成像实验本身的特殊性，在数据分析中就有必要发展相应的处理软件。目前国外大多数脑成像研究中心都致力于发展自己的分析软件。 脑功能成像分析软件(analysis of functional neuroimages, AFNI)是由 美国Wisconsin医学院生物物理研究所开发研制的，其主要开发者为Cox博士。 AFNI是一个交互式的脑功能成像数据分析软件，它可以将低分辨率的脑功 能成像的实验结果叠加在具有较高分辨率的结构脑图像上进行三维显示；通过选择一些特定的特征点，它可以将实验数据转换到立体定位(talairach-tournoux)坐标；它可以同时在屏幕上显示三个正交的平面图像，显示的图像可以在各种功能和解剖数据之间互相转换；其附加的程序包可以对三维图像数据集进行操作和融合［2］。

基于人脑MRI图像的颅脑三维可视化研究

第15卷第4期北华大学学报(自然科学版)Vol.15No.42014年8月 JOURNAL OF BEIHUA UNIVERSITY(Natural Science) Aug.2014 文章编号:1009-4822(2014)04-0480-02DOI :10.11713/j.issn.1009-4822.2014.04.013 基于人脑MRI 图像的颅脑三维可视化研究 缪春明,沈维高 (北华大学附属医院,吉林吉林一132011) 摘要:目的一探讨基于人脑MRI 数据三维重建颅脑的可行性.方法一选取1例成年自愿者行1mm 层厚的MR 轴位扫描,应用哈尔滨工业大学自主开发的NASP 软件应用体绘制技术完成颅脑的三维可视化.结果一应用该技术可以清晰二逼真地显示颅脑的形态结构及其毗邻关系.结论一利用人脑MRI 数据可以实现颅脑结构的可视化.关键词:MRI;颅脑;三维可视化中图分类号:R445.2 文献标志码:A 收稿日期:2014-04-23 作者简介:缪春明(1967-),男,副主任医师,博士,主要从事脑血管病临床研究; 通信作者:沈维高(1975-),男,副教授,博士,硕士生导师,主要从事神经解剖学研究. On Three-Dimensional Visualization Based on the Human Brain MRI Imaging Miao Chunming,Shen Weigao (Affiliated Hospital of Beihua University ,Jilin 132011,China ) Abstract :Objective 一To explore the feasibility to reconstruct cerebral morphological structure by using human brain MRI data.Methods 一One male adult with healthy volunteer was selected to receive MR axial scanning with 1mm thick layer.NASP software autonomously developed by Harbin Institute of Technology was used to complete the craniocerebral three-dimensional reconstruction and visualization.Results 一The special technique,the morphological structure and location of adjacent structure could be showed clearly and vividly.Conclusion 一Based on the human brain MRI image data,the brain three-dimensional reconstruction and visualization could be completed. Keywords :MRI;craniocerebral;three-dimensional visualization 一一目前,学者对人脑研究所获数据是相对颅脑结构的观测结果,缺乏整体观.而临床医生只能通过二维影像推测三维图像,而三维数据和可视化才是临床医生所迫切需要的.现在借助计算机技术可以实现人脑三维图像的可视化,但是,目前国内采用的是非国人数据,不适合中国人颅脑的形态结构特点.因此,本研究基于中国人脑MRI 图像实现颅脑的三维可视化,为临床医生提供直观的人颅脑形态学资料. 1一材料与方法 1.1一标本的选择 选择健康男性自愿者1例,排除高血压二糖尿 病二精神病史二遗传病史和重大疾病史;无酒精中毒史,无吸烟史;神经精神检查无阳性体征;在MR 图像上显示无颅脑疾病.1.2一MRI 扫描 该男性健康自愿者SE 序列T1WI 横断面:TR =500ms TE =8,NEX =1ms,矩阵280?256,层间距=0mm,层厚=1.0mm,TA =9?,以眦耳线为扫描基线,扫描范围包括全脑.扫描数据以DICOM 格式存储到计算机. 1.3一颅脑的三维重建与可视化 由哈尔滨工业大学自主开发的NASP 软件应用体绘制技术完成颅脑的三维重建和可视化.

近红外光谱脑功能成像系统产品技术要求心灵方舟

近红外光谱脑功能成像系统 组成： 产品由主机、显示器、发射光纤、接收光纤、光纤探头、探头卡扣、全头帽、打标盒、数据采集软件OBS（版本号：V1.0）组成。 适用范围：该产品可测量照射在生理机体表面的近红外光吸收量变化，从而对大脑皮质表面区域血液中的氧合、脱氧血红蛋白的浓度变化进行多点测量，获得人脑血氧浓度变化曲线，可用于脑功能状态评估。 1.1产品型号 N3001F N：台式设备 3001：三波长技术，分时发射技术 F：full为全通道 1.2软件名称和版本号 数据采集软件OBS，软件版本号：V1.0，完整版本号： V1.0.0。 1.3结构组成 产品由主机、显示器、发射光纤、接收光纤、光纤探头、探头卡扣、全头帽、打标盒、数据采集软件OBS（版本号：V1.0）组成。 1.4配置

2.1工作条件 2.1.1环境条件 环境温度为：+0℃～+40℃； 相对湿度为：30%～75%； 大气压强为：700hPa～1060hPa。 2.1.2电源条件： 额定工作电压: a.c.220V，50Hz。 2.2 外观 2.2.1成像仪的外观应平整光洁，色泽均匀，无明显划痕等缺陷。 2.2.2成像仪的控制件应可靠，紧固件应牢固。 2.2.3成像仪上的文字、标识应清晰、易认。 2.3软件功能 2.3.1文件功能：包括新建实验、载入实验、数据管理、开始测试实验、打印当前测试报告、退出； 2.3.2实验信息：包括实验ID、受试者基本信息及时间显示； 2.3.3采集控制：包括Probe设置、采样频率、采集状态控制； 2.3.4测量选项：包括显示模式、其他显示模式、时间窗； 2.3.5数据显示：实时的光强数据以及经过解算得到的血氧变化数据，可显示为实时曲线，并可显示SD（光极探头阵列）配置。 2.4性能 2.4.1激光源、检测器数目：16路激光源（每路3个波长）+36个检测模块；每路激光源可以和任意检测模块组合成一个通道。 2.4.2可选光源波长：780nm/808nm/850nm（±5nm）。

脑功能成像原理和技术

脑功能成像原理和技术 翁旭初贾富仓 （中国科学院心理研究所脑高级功能研究实验室，北京100101） 目录 引言 第一节 常用脑功能成像技术简介 1.1测量脑内化合物技术 1.2测量脑局部代谢和血流变化的技术 1.3测量脑内神经元活动的技术 第二节 功能磁共振成像原理与技术 2.1物理原理和成像技术 2.2实验设计 2.3数据处理 第三节研究实例 问题与展望 参考文献

引言 20世纪70年代以来，相继诞生了各种无创伤或创伤性较小的测量活体人脑结构和功能的技术，其中大多数能把测量的结果用通过图像形式显示出来,这些技术统称为脑成像技术。脑成像技术总体上可分为两大类。一类主要用于脑结构静态特征的测量，如已在临床普遍应用的计算机辅助X线断层显像(CT, computerized tomography)和磁共振成像(MRI, magnetic resonance imaging)技术，两者均可显示正常头颅和脑组织的结构以及病变的直接或间接特征。脑结构成像技术不但在临床实践中得到了广泛应用，而且可以借助该技术研究脑结构损伤和认知功能缺陷之间的的关系，为理解认知功能的脑结构基础提供了重要的研究手段。但不管这些技术如何发展，本质上只能提供脑结构的静态信息，应用于认知神经科学研究有一定局限性。 另一类脑成像技术就是最近受到认知神经科学家普遍重视的脑功能成像技术。与脑结构成像不同的是，这些技术可以动态地检测知体脑的生理活动，对当代认知神经科学的发展产生了深刻而巨大的影响。脑功能成像技术发展非常迅速，迄今进入实用阶段的已有十几种。根据所测量的内容，可以把脑功能成像技术分为三大类。第一类是各种活体脑内化合物测量技术，这些技术也可看作特殊的神经化学研究技术，它们可定位、定量（或半定量）地测量活体人脑内各种生物分子的分布和代谢；第二类是非侵入性电生理技术，可实时测量活体脑内神经元的活动，但现有的技术只能测量大群神经元的总体活动，空间分辨率有限；第三类脑功能成像技术则通过测量神经元活动引起的次级反应（如局部葡萄糖代谢和血流、血氧变化等）研究与行为相关性的脑局部神经元的活动情况，这类技术的时间和空间分辨率已能在一定程序上满足认知神经科学研究的需要，受到了普遍的关注，这些技术也正是本章将要重点介绍的内容。 本章首先概要性地介绍各种较常脑功能成像技术的原理、特点和应用范围，然后以功能磁共振成像（fMRI，functional magnetic resonance imaging）为例，较为详细地讨论利用脑功能成像研究认知神经科学问题的一些较为实用的技术细节，最后介绍一个研究实例并简要讨论现有脑功能成像技术面临的一些问题和发展展望，希望这种安排有助于读者对脑功能成像在认知神经科学中的应用有一个较为具体的认知。