基于功能磁共振成像的大脑白质研究进展

功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)通过检测血氧水平依赖(blood oxygen level dependent,BOLD)信号来探究大脑的神经活动,是研究神经科学和神经精神病学中人类大脑功能的一种重要技术.该技术的应用通常聚焦于血管分布相对密集的大脑...     

两块晶体的硬X射线衍射增强成像

硬X射线衍射增强成像(DEI)方法利用一块或一对放在样品和探测器之间的完美晶体(分析晶体), 把X射线(经过多块晶体单色化, 具有较高单色性和准直性)穿过样品时产生的透射光、折射光和散射光彼此分开来成像, 是一种和X射线相位变化梯度有关的成像方法, 能够大大提高弱吸收体硬X射线成像的衬度和空间分辨率. DEI成像的光路通常较为复杂, 入射光要经过多块晶体的衍射, 调节不便, 不利于实用化. 为了探索简化DEI方法的可行性, 在北京同步辐射装置(BSRF)仅用两块Si(111)单晶体(一块作同步辐射白光的单色器, 另一块作为Bragg模式的分析晶体)作了一系列DEI成像实验, 在摇摆曲线的十多个位置获得了衬度和分辨率均比吸收像明显提高的硬X射线衍射增强像, 并解释了分析晶体位于摇摆曲线不同位置时所得图像在明暗对比和成像衬度等方面的差别. 这是目前使用晶体最少的Bragg模式的DEI成像.     

硬X射线相衬成像技术

本文介绍了近年来硬X射线位相衬度成像技术的发展状况,详细论述了X射线干涉相衬、衍射增强相衬,类同轴相衬等几种典型的成像原理.     

实时功能磁共振成像及其应用

实时功能磁共振成像通过技术手段将数据分析所需的时间缩短到可与数据采集时间相比拟的程度,从而能在实验进程中将大脑皮层活动情况即刻反馈给受试者,构成一个闭合的神经反馈回路.近年来随着数据采集技术与图像重建算法的改进以及计算机运算能力的提高,实时功能磁共振成像技术日趋成熟并在诸多方面得到应用.凭借实时功能磁共振成像提供的神经反馈,受试者能够自主调节相关脑区的激活水平,与被调节脑区相关的认知过程或行为也会随之变化,这为认知神经科学提供了一种新的研究范式.实时功能磁共振成像还可以用作具备优良空间分辨率和全脑覆盖性的脑机接口,通过对大脑皮层激活模式的分析对脑状态进行判断和分类,从而实现仅依赖大脑活动的交互方式.另外,实时功能磁共振成像在临床上的潜在应用也得到了广泛关注,它为神经系统或精神类疾病的治疗与康复提供了新的途径,患者有望通过神经反馈调控异常的大脑激活状况从而缓解相应症状.本文旨在对实时功能磁共振成像的概念、关键技术及相关应用进行详细的介绍,并对其面临的问题和发展的前景进行讨论.     

蓬勃发展的X射线天文学

突破大气层 20世纪40年代，人类首次观测到了太阳日冕发出的X射线，从而证明太阳是一个X射线源。科学家推测。由于月亮反射太阳光，它也应该发射微弱的X射线荧光。1962年，美籍意大利裔天文学家里卡尔多．贾科尼（Riccardo Giacconi）把一枚探空火箭升到150千米的高空试图利用上面的盖革计数器记录来自月球上的X射线光子。从而证明月球发射X射线辐射的观点。     

小脑在手指序列运动学习中作用的功能磁共振成像

小脑究竟参与随意运动的学习过程(motor learning)还是操作过程(motor performance)最近引起了新的争议. 采用功能磁共振成像技术, 观察了8名被试长时程学习前后小脑激活体积的变化. 结果发现, 在相同运动频率条件下, 学习后小脑激活体积明显减少. 更为重要的是, 尽管学习序列在41 d训练后成绩明显好于对照序列, 但两种序列的激活位置和激活体积几乎相同. 这些结果提示, 小脑参与运动学习过程而不是运动操作本身, 训练导致的小脑激活变化可能与学习有关而与运动操作性质的改变无关.     

纳米生物医学成像表征与医学功能生物界面

基于微尺度(微/纳米)功能生物界面的成像与表征,集成并发展了以原子力显微镜、环境扫描电子显微镜等纳米源头技术为主导的,具有相互协同、验证、补充的多信息、多层次联合成像、表征及微加工设备功能群,实现了活体生物界面微尺度成像与表征方法学上的突破.进而,强调"医学功能界面"的概念,针对血管、骨和肿瘤相关医学功能界面,深入开展"微尺度构建-功能-力学耦合机制"研究.在此基础上,受血管内皮细胞为载体的血流/血液/血管相互作用功能界面的启发,实现黏附可控医学功能界面的仿生设计与制备;同时在中医"补气活血"理论的指导下,开辟"生物力药理学"这一新的交叉研究领域,强调生物力学因素在药理学研究和临床诊疗活动中的重要作用,建立可作为Biomarker另一类形式的临床样品微尺度力学参数指标,并倡导将"实验台/病床"双向引导的转化医学模式实施于诊断与治疗中.     

应用功能核磁共振成像法进行计算时脑区的定位

研究目的是标定大陆在进行计算时其相应功能区域的解剖位置,并比较和探讨在招待连续默算减法和重复默读乘法表过程中,大脑中的激活模式。14个右手习惯志愿者参与实验,在进行两种计算时,脑区反应模式截然不同,表明大脑在处理这两种地采用了不同的处理途径。连续默算减法的（P＜0.01,T=5.41)功能定位在额叶上,中回后部和顶叶后部小叶部,提示在计算和工作记忆操作中,这些功能区域起着重要的作用。 同时,视觉皮层的激活表面大脑即使在进行心算处理时也需要借助于视觉及视空间联想。     

下一代医学成像技术展望

<正>从磁标记糖、烟雾传感手术刀以及高能质子束,加之国际团队的协作攻关,下一波的医学成像技术将为人们呈现更为清晰的人体图像。在21世纪的最初几年,医学影像学已有迅猛的进步。如今,医生可以在分子水平上观察病情、检查个体的心跳特征,和研究大脑工作的微小细节——所有这些工作在十年前是根本不可能的。"我们正在进入精密医学的时代,"美国国家生物医     

磁共振弹性图中压电陶瓷驱动的横波成像

磁共振弹性图成像(magnetic resonance elastography, MRE)是一种测量生物组织弹性模量的非侵害性技术. MRE技术除了需要磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)系统以外, 一个不可缺少的硬件是激发组织内部产生横波的机械振动器. 本研究开发一种新型的和磁共振成像系统电磁兼容的机械振动器. 该振动器由压电陶瓷驱动. 振动器和琼脂糖制成的仿体一同放入头线圈中, 送入磁共振成像系统的磁体腔中, 振动器和波动成像序列同步工作, 对横波进行磁共振成像. 波动成像序列由FLASH (fast low angle shot)序列修改而成, 是一种对运动敏感的相位对比度序列. 在实验过程中考察了仿体硬度、振动器频率、运动敏感梯度参数以及病床振动对波动图像的影响.     

Functional Magnetic Resonance Imaging's Research Progress in the Motion Control

近30年来,医学影像学技术飞速发展,特别是功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)等新技术的涌现,将神经机制的活体研究进一步深入化,也为运动控制研究提供了一条新的途径.fMRI以其高分辨成像技术适时反应脑神经活动时的功能变化,藉以了解在生命状态下大脑不同区域的主要功能和疾病时的功能改变.运动的中枢控制机制不仅在神经科学基础研究中,在神经病学临床实践中也有重要的意义.文章对功能磁共振的原理以及其在运动控制研究中的应用进行综述.     

短时练习对序列运动脑功能偏侧化的影响

采用事件相关功能磁共振成像技术结合延迟序列运动任务, 观察了12名被试短时练习过程中随意运动脑激活模式和脑功能偏侧化的变化. 结果显示, 序列运动准备和执行任务都激活双侧运动区和后顶叶皮层, 脑功能轻度左侧化; 短时练习后上述脑区的激活体积减小, 而且右脑激活体积减小更为显著, 从而加大了脑功能左侧化.     

针孔SPECT成像完全三维图像重建的研究

依托自行研制的一台高分辨率小动物单光子发射型计算机体层成像系统(Micro- SPECT), 开发针孔SPECT成像的完全三维图像重建技术. 该研究包括: 针孔SPECT成像的投影算子推导及其在Radon空间的采样特性分析; 有效的系统几何参数校正方法; 适用于圆轨道和螺旋轨道扫描的三维图像重建算法及定量补偿方法的实现. 为验证开发的完全三维图像重建技术, 进行了相应的计算机模拟成像、模具成像及小鼠成像实验, 并对结果进行了讨论. 计算机模拟和模具及小鼠成像实验显示: 跟基于解析求逆理论的近似图像重建算法FDK相比, 基于统计理论的三维迭代图像重建算法结合有效的系统响应补偿方法, 能够显著地改善重建图像质量和提高系统成像分辨率; 螺旋轨道扫描的针孔SPECT成像技术可以有效地克服常规圆轨道扫描成像的局限性, 扩大成像系统的轴向视野, 提供相对完备的锥形束投影采样空间, 实现高分辨率的全身小动物SPECT成像. 实验结果表明我们开发的完全三维图像重建方法与技术是切实有效的, 达到了预期的目的, 可以较容易地推广应用于多针孔SPECT成像的三维图像重建.     

锰离子增强磁共振成像在大鼠嗅球神经传导及早期确定脑缺血中心研究中的应用

以二价锰离子(Mn²⁺)为示踪剂的磁共振成像是近年来发展起来的可在体、动态地追踪神经传导通路和研究大脑功能的一种脑成像新技术. 利用这项技术对静息状态下Mn²⁺在大鼠嗅球层状结构间的传递过程以及大鼠急性脑缺血模型中的钙离子(Ca²⁺)超载过程进行了研究, 得到了大鼠嗅球高空间分辨率的层状结构图像, 并测得静息状态下Mn²⁺在嗅球层状结构间的表观传递速率大约为0.2 mm/h. 急性大鼠脑缺血研究结果表明, 缺血早期存在Mn²⁺沉积区域的面积(代表缺血过程中存在Ca²⁺超载的区域)仅为扩散加权图像中的高信号区域面积的(55±15)%, 提示以Mn²⁺为示踪剂的磁共振成像比常用的扩散加权成像能更为准确地早期确定缺血中心区域.     

应用于激光聚变的X射线分幅成像技术

X射线分幅相机具有高时间分辨能力和二维空间分辨率,是激光惯性约束聚变(inertial confinement fusion,ICF)实验中重要的超快诊断设备,常用于获取内爆压缩动态图像等信息.此外,该相机也可应用于Z箍缩、X射线激光、同步辐射等研究中进行瞬态信息探测.传统X射线分幅相机的时间分辨率由0.1μs提高至100 ps,空间分辨率约20 lp/mm,且实现了工程化及大画幅尺寸.随着ICF研究的深入,要求分幅相机时间分辨率优于30 ps.采用电子束时间放大技术可将分幅相机时间分辨率提高至5 ps.微电子技术的进步进一步推动了分幅相机的发展.基于CMOS芯片的单视线分幅成像系统时间分辨率为30 ps、空间分辨率为35μm.为了提高抗电磁干扰能力,最近几年发展出一种全光固体分幅相机.本文重点阐述了目前实用的微通道板(microchannel plate, MCP)行波选通X射线分幅技术及新型电子束时间放大X射线分幅技术,并对全固体分幅技术及全光固体分幅技术的未来发展进行了展望.     

掺Eu~(3+)的Tl-Ba-Ca-Cu-O系高T_c超导材料的X射线衍射研究

自从Maeda等发现无稀土高温超导材料Bi-Sr-Ca-Cu-O系后,Sheng等相继发现了另一类Tl-Ba-Ca-Cu-O系高温超导材料,其超导转变温度似乎更高一些,其结构也非常相似,均存在二、三个超导相,相应的T_c分别为～85K和110K或更高一点;而相的化学组分则分别为2212和2223,或其它化学配比关系,通常分别称之为低温相和高温相。许多作者一     

儿童观看卡通片激活内侧前额皮层

成人的内侧前额叶皮层(medial prefrontal cortex, MPFC)参与加工真实人物而非虚拟人造角色的心理活动. 与成人相比, 儿童更加迷恋卡通形象, 本文研究儿童的MPFC活动是否也能区分加工真实人物和虚拟人造角色的心理活动. 通过功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)测量10岁儿童观看电影和卡通片段时候的大脑激活情况, 其中电影和卡通分别代表真实和虚拟生活场景. 结果发现, 与成人不同, 儿童的MPFC在观看描述类似事件的真实人物和虚拟角色的时候都会被激活. 这些结果表明, 10岁左右的儿童观看虚拟现实中的人造角色时, 其MPFC可以被自动激活, 这与成人的MPFC活动不同.     

基于CT成像和数字体图像相关法的岩石内部变形场量测方法的研究进展

在采矿工程、边坡工程、隧道工程、水利水电工程及新兴的岩体工程如深埋油气储库、地下核废料处置库、地热开发等生产开发过程中,岩石是主要工程对象.直观观测与定量表征应力场、渗流场和温度场等多物理场耦合作用下岩石内部非连续结构演化始终是岩石力学重要和具有挑战性的研究内容.高精度微CT能够在微细观甚至纳米尺度上观测岩石内部结构,通过与数字体图像相关法结合,可实现岩石内部变形场的透明可视化与定量解析,为岩石的非连续结构与多物理场效应的透明解析和推演提供了新的有效途径.本文回顾了近年来微焦点CT在岩石内部结构检测、数字岩心和内部变形场量测方面的应用,详细阐述了CT原位扫描实验与数字体图像相关法的原理及主要进展,分析了岩石微细观结构对应变场测量精度的影响及数字体图像相关法在岩石内部变形测量中的典型应用,探讨了数字体图像相关法测量岩石内部变形场面临的挑战.