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新全影3D脑扫描速度进步七倍

据国外媒体报道,由物理学家和神经科学家组成的国际科研小姐在核磁共振成像研究领域取得重大的突破,使得大脑扫描速度在现有水平上提高七倍之多。

据国外媒体报道,由物理学家和神经科学家组成的世界科研小姐在核磁共振成像研讨范畴取得严重的打破,使得大脑扫描速度在现有水平上进步七倍之多。研讨论文宣布在12月20日《公共科学图书馆middot;归纳》(PLoS ONE)上。在论文中,一名伯克利加州大学的物理学家和来自明尼苏达大学及牛津大学的同僚们描绘技能改善能够让全影3D脑扫描在不到半秒的时间内完结,而不是一般所需求的2到3秒。

首席作者物理学家大卫-范伯格(David Feinberg)是伯克利加州大学海伦·威尔斯神经体系科学研讨所副教授,他说:“当第一次用该技能时,真是快得难以置信,就好像从螺旋桨飞机到喷气式飞机的改变。这是质的腾跃。”

关于神经科学,快速扫描尤为要害,它能够捕捉到大脑内的动态行为。

范伯格说:“当运用功用核磁共振成像(fMRI)对大脑进行研讨时,填充溢整个3D大脑图画大约需求30到60幅的图画重复数百次才干完结,就像组成电影的很多帧,而功用核磁共振成像是一部3D电影,经过多路技能可更高速的获取图画,一个高频帧在很短的时间里可取得更多的信息。”

圣路易斯华盛顿大学放射医学、神经学、神经生物学、生物工程学及心理学教授马克-雷切尔(Marc Raichle)博士弥补说:“大脑是一个活动方针,因而对这一活动性方针取样越准确,对大脑动态活动了解就越透彻。”

范伯格说,超高速成像技能对整个现代核磁共振扫描范畴内各研讨机构的影响是直接而又深远的。此外,大幅度推动了神经成像的开展,该研讨直接影响人类大脑联络图工程的进展。该项工程是美国国家卫生研讨院(NIH)于上一年创立,用功用核磁共振成像和结构核磁共振成像扫描1200个健康成年人,体系地搜集描绘人类大脑联络图。

华盛顿神经生物学家该项意图一起负责人大卫-范-埃森(David Van Essen)博士说:“其时,咱们向人类大脑联络图工程递送了咱们的赞助计划书,咱们热切期望从研讨方针身上得到更高质量的信息,由于这项研讨成果能够协助咱们向完结工程方针迈近一大步。这关于咱们能够取得高质量的图画数据十分要害,然后咱们能够准确地描绘出大脑电路图——怎样树立以及它们怎样运作。”

核磁共振成像的作业原理是运用磁场和无线电波勘探人体内水份子中的氢原子。由于在血液中的氢原子与在骨骼和安排中的氢原子反响有不同,这样计算机能够不必敏锐的X光就可重现人体内部的现象。

但是,大约在20年前,一种被称之为功用核磁共振成像的技能得到开展,它运用氧使得脑部区域的图画突显出来,然后可推断出有神经元活动,如考虑。运用平面回波扫描成像(EPI)和功用核磁共振成像可明晰的分辨出含氧血会集在大脑运转区,而去氧血坐落大脑的低活泼区。

当用规范的核磁共振成像仪器或功用核磁共振成像仪器所发生的磁场掩盖大脑时发生细微的改变,然后为氢原子在不同的区域供给相应不同的磁场。这些不同的磁场强度使氢原子旋转发生不同的速率,因而,当一个无线电波脉冲会集在头部时,这些原子依靠所在的不同区域和特定的环境发生不同的反响。环绕在头部的磁线圈可检测到那些吸收了无线电能量随后又开释这些能量的原子,得到的信号或“回波”被用来生成大脑图画。

当运用平面回波扫描成像时,单一的无线电波脉冲用来激起氢原了,在这些原子平静下来之前,磁场屡次快速的翻转,可引起50到100的回波。这些多重的回波构成高分辨率大脑图画。

2002年,范伯格提出顺次用两个脉冲,在相同的时间里取得两倍的图画数据。这便是所谓的同步再聚集(SIR)平面回波扫描成像,这一技能被证真实功用核磁共振成像和神经元轴突因子脚印3D成像中十分有用,但是这次改善在进步扫描速度仍有限制,由于这样会使信号发生衰减而且图画分辨率也会下降。

另一个改善是用多级螺旋一起检测几个部分的多频带激起。这一技能最近被用于功用核磁共振成像技能中,但这项技能也有限制,首要由于多级螺旋检测需求相对宽松的空间而且不能区别附近空间的图画。

范伯格和几位资深的科学家将这些技能合理结合起来,使成像速度大幅度进步,在相同图画分辨率下,远远快于独自运用一种技能。在400毫秒内完结脑扫描使功用核磁共振成像技能挨近脑电图描记器,然后可用来捕捉大脑中十分敏捷的活动状况。这一技能对研讨人类大脑自发性活动有着深远的含义。

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