功能性磁共振成像

功能性磁共振成像（fMRI，functional magnetic resonance imaging）　圖片説明：功能性磁共振成像資料(黃到橘色)疊在數人平均而得的腦部解剖影像(灰階)上方，顯示出受外界刺激時的腦部活化區域。

自從1890年代開始，人們就知道血流與血氧的改變（兩者合稱為血液動力學）與神經元的活化有着密不可分的關係。神經細胞活化時會消耗氧氣，而氧氣要藉由神經細胞附近的微血管以紅血球中的血紅素運送過來。因此，當腦神經活化時，其附近的血流會增加來補充消耗掉的氧氣。從神經活化到引發血液動力學的改變，通常會有1-5秒的延遲，然後在4-5秒達到的高峯，再回到基線（通常伴隨着些微的下衝）。這使得不僅神經活化區域的腦血流會改變，局部血液中的去氧與帶氧血紅素的濃度，以及腦血容積都會隨之改變。

血氧濃度相依對比（Blood oxygen-level dependent, BOLD）首先由小川誠二等人於1990年所提出，接着由鄺健民等人於1992年發表在人身上的應用。由於神經元本身並沒有儲存能量所需的葡萄糖與氧氣，神經活化所消耗的能量必須快速地補充。經由血液動力反應的過程，血液帶來比神經所需更多的氧氣，由於帶氧血紅素與去氧血紅素之間磁導率不同，含氧血跟缺氧血量的變化使磁場產生擾動而能被磁振造影偵測出來。藉由重複進行某種思考、動作或經歷，可以用統計方法判斷哪些腦區在這個過程中有信號的變化，因而可以找出是哪些腦區在執行這些思考、動作或經歷。

幾乎大部分的功能性磁共振成像都是用BOLD的方法來偵測腦中的反應區域，但因為這個方法得到的信號是相對且非定量的，使得人們質疑它的可靠性。因此，還有其他能更直接偵測神經活化的方法（像是氧抽取率（Oxygen Extraction Fraction, OEF）這種估算多少帶氧血紅素被轉變成去氧血紅素的方法）被提出來，但由於神經活化所造成的電磁場變化非常微弱，過低的信雜比使得至今仍無法可靠地統計定量。

功能性磁共振成像的應用分為三種情況： ^[1] 

1、擴散成像，人體內的水分子存在布朗運動形式的隨機擴散。這種擴散信息與弛豫時間T_1、T₂是無關的，它能在分子水平上提供功能性的信息。

2、灌注成像，在顯微毛細血管層次上的血液動力學成像，傳統上是用同位素成像的方法來解決的。在磁共振成像中的平面回波成像方法不僅能同樣提供有關的區域腦血流及腦血流量的信息，而且比傳統方法具有更高的空間分辨率。

3、任務急活的圖像，人體在做某項活動時，大腦皮層特殊的區域中會有相應的反映。用fMRI測定大腦血液的氧合水平就能直接進行腦功能的研究。

應用正電子發射斷層掃描技術（PET scans），或稱之為PET掃描技術的研究，給被試服用不同种放射活性物質（但是很安全），這些物質在腦內被活動的腦細胞吸收。磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）利用磁場和射頻波腦內產生脈衝能量，因為脈衝可調諧到不同頻段，使一些原子與磁場偶聯。當磁脈衝被關掉的瞬間，這些原子振動（共振）並返回到自己的初始態，特殊的射頻接收器檢測這些共振及其對於計算機的通道信息，據此而產生不同原子在腦區中的定位圖像。

功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging， fMRI）的新技術，將上述兩項技術優勢結合起來，通過檢驗血流進入腦細胞的磁場變化而實現腦功能成像，它給出更精確的結構與功能關係。