第二节　功　能　类

一、弹力成像剪切波发生仪

弹性是材料的一种力学属性，日常所说的“材料弹性好”，就是说材料容易变形，而材料的弹性不好，就是指的材料不容易变形，当然这指的都是在相同的力作用下。在力学学科中，材料的弹性是指，材料在外力作用下发生变形并恢复原形的能力，一般用模量来表示，模量越大越不容易发生形变。在生物体，弹性也是一个很重要的物理特性。在人体组织中，不同组织的弹性不同，正常组织间的弹性模量的差异可超过五个数量级。同一组织在不同的生理状态下的弹性模量往往也不同，同一病变组织和正常组织的弹性模量也具有很大差异。因此通过检测组织的弹性特征，可以用于疾病的诊断。在临床上，触诊作为一项基本而有效的检查方法被广泛应用，医师可以通过感受不同组织的弹性差异区分异常及正常的组织，是一种行之有效的诊断手段。然而，触诊的应用往往仅局限于表面的器官，有较大的主观性，也受医师触觉敏感性及经验的限制。目前常规医学影像学技术，如CT、MRI和US，尚不能够定量地描述触诊的特性。有一种特殊的影像学技术可以量化评价人体组织的软硬程度，并将这种信息转成医生习惯的影像信息，即为弹性成像。弹性成像有多种技术实现方式，目前常用的是超声波弹性成像和磁共振弹性成像两种。不管哪种弹性成像方式，都需要产生组织的形变，通过观察和处理这些形变来推断组织的力学性质，并通常以图像的方式将结果显示给操作者。

磁共振弹性成像（magnetic resonance elastography，MRE）系统可以分为三部分，即弹性波激励装置、特殊的磁共振成像序列和专门的弹性重构算法。

弹性波激励装置：即能够在组织产生剪切波的仪器，被称为弹力成像剪切波发生仪。外部弹性波驱动有两类激励模式：第一类是准静态压力的方法，第二类是动态激励的方法。在准静态激励条件下，对组织施加宏观压力产生变形，再直接通过磁共振成像系统来测量组织的位移和形变。未施加静态压力的作为参照组，根据组织在静态激励条件下的应变关系，尝试用模型内部的应力分计算弹性，分析得出组织各部分的弹性参数。对于动态激励，有两种激励模式：一种是周期性的谐波态激励，指特定频率下多个周期的正弦运动或者双极性矩形方波运动，是单频或多频的连续振动；另一种是瞬态激励，指短时单个或多个脉冲激励。到目前为止，大多数MRE工作专注于使用谐波激励方式和准静态激励方式。稳态MRE技术是最早开始研究的，技术相对比较成熟，且弹性重构算法设计完善，在磁共振成像平台上容易实现，应用较为广泛。

特殊的磁共振成像序列：即通过施加特殊编写的MRE脉冲序列，来获取弹性波在组织器官中的传播信息，通过波动影像解析获得反映剪切波的传播情况的MR图像。

专门的弹性重构算法：用这种算法对波动MR影像信息进行反演得出组织或器官内部各点的弹性系数（反应组织硬度）的分布图（即弹性图）。

磁共振弹性成像可以在普通的MR设备中完成，基本流程是磁共振成像时需控制器产生与射频序列同步的触发信号，触发弹性波激励装置来产生剪切振动，这种机械装置产生的剪切波作用于组织或器官表面，从表面进入后，在其内部进行传播，质点会在垂直波的传播路径上产生周期位移，位移大小与质点的弹性（或硬度）相关。在剪切波传播的同时，进行磁共振位移相位成像，利用运动敏感梯度将质点的位移反映在磁共振相位图上，将位移图作为输入，对弹性力学的逆问题进行求解，进而利用反演拟合算法得出组织的弹性系数的分布图，即弹性图。并以组织或器官的弹性力学参数作为医学诊断的依据。磁共振弹性成像基本流程如图2-5所示。

磁共振弹性成像也被称为“影像触诊”，它是一种新型的、无创伤性的磁共振成像技术。它能够将传统触诊结果机械化，定量化，同时不受诊断部位的限制。在大部分疾病发生时，其病变组织的弹性会随之改变，例如肝脏纤维化会导致肝脏的弹性降低；而恶性肿瘤则会使得组织的弹性增加，因此MRE可以运用于疾病诊断方面。目前，MRE已经作为一种安全可靠、无创伤性、可替代肝脏活检用来对肝脏纤维化进行分期的新型技术被运用于临床，用于评估慢性肝病患者的情况。当然，MRE也可以用于其他器官疾病生理的评价，例如乳腺组织、脑组织、骨骼肌组织等等。

二、脑功能成像刺激仪

功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）是近年来迅速发展起来的一种新的成像技术，利用血氧水平依赖（blood oxygenation level-dependent，BOLD）测量来分析人类脑的高级功能。我们利用视觉、听觉、运动、触觉或是认知等刺激来激活脑部的不同区域，同时以具有高分辨率、非侵入性的功能性磁共振成像技术来检测这些激活区。目前，fMRI技术已广泛的应用于神经学和心理学的研究，并在已作过大量研究的基础上逐步转入临床应用的阶段，功能磁共振成像技术已发展成为人类脑功能科学研究必备的工具。

脑功能成像刺激仪，由硬件和软件两部分组成。硬件部分包括：投影视觉子系统；双路无磁语音子系统；受检者响应反馈系统；同步系统；系统总控台和工作站机柜。软件部分包括：功能磁共振临床应用系统软件；刺激任务设计软件。可以根据各自的需求选用不同功能、不同型号的刺激仪。但对系统总的要求具备以下几点：

1.为被试者提供清晰的视觉图像

实验设计者可以根据实验需要通过本系统向被试者显示包含特定信息的文字、图片或影片，给被试者提供一个明确的视觉信息刺激。

2.为被试者提供清晰的语音信息

实验设计者可以根据实验需要通过本系统向被试者输出包含特定信息的声音，给被试者提供一个明确的语音信息刺激。

3.为被试者提供反馈工具

可以根据实验设计者给出的图像或语音信息，需要被试者判断回答的，通过响应控制按键盒给出被试者的反馈信息。

4.为实验设计者提供一个实验设计平台

实验设计者可以在系统提供的计算机上，自行设计多种多样的刺激方案，进行视觉、语言、注意、记忆等认知功能刺激。

5.刺激系统与MRI系统的同步

从时间上为刺激任务与MRI成像提供一个时间基准。为实验者与被试者之间提供清晰的语音对讲功能。为被试者提供一定的抗噪声保护。

6.为实验设计者提供一个实验后处理平台

实验设计者可以在系统提供的计算机上，利用本系统提供的软件平台，对实验的图像数据进行后处理，以得出所需的实验结果。