[技術(shù)前沿]磁體升級助力fMRI探測神經(jīng)元簇
下一代fMRI的分辨率可提高10倍。
神經(jīng)科學(xué)正在向高清晰度開展。
研究人員實現(xiàn)了一系列技術(shù)改進，極大地提高了功能性磁共振成像儀器（fMRI）的空間分辨率。得益于這種技術(shù)進展，fMRI成像體素（3D像素）的每邊長不到0.5毫米。這些精細(xì)粒度的體素突破了人腦結(jié)構(gòu)的一個相對重要的閾值，可大致達(dá)到神經(jīng)元功能簇的級別。
研究人員將這種成像儀稱為NexGen 7T，其配有一個7特斯拉磁體，分辨率比以前的7T fMRI機器提高了10倍。研究人員表示，掃描儀的精細(xì)級別可以解釋很多情況，例如，一些大腦區(qū)域的廣泛功能性組織和其他區(qū)域不同層神經(jīng)元活動的情況。
NexGen 7T fMR(左)內(nèi)有一個7特斯拉超導(dǎo)電磁鐵。該機器的分辨率高于標(biāo)準(zhǔn)的3T醫(yī)院掃描儀右)和傳統(tǒng)7T成像儀(中)
“ ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 知道，如果提高了主要系統(tǒng)的性能，就會得到累積性的改善，每個子系統(tǒng)都會影響不同的重要參數(shù)?！毖芯康暮献髡?、加州大學(xué)伯克利分校和Advanced MRI Technologies公司的神經(jīng)科學(xué)家大衛(wèi)?法因貝格（David Feinberg）說。
fMRI的工作原理是順利獲得產(chǎn)生底層磁場來影響大腦中分子的方向。如果一個磁場被設(shè)置為可預(yù)測的模式，就可施加第二磁場，快速振蕩磁場方向，區(qū)分人腦組織的密度或類型。人們開發(fā)了各種技術(shù)，可使用血流或血氧水平作為大腦活動的指標(biāo)。
法因貝格說，NexGen 7T包括一個新的梯度線圈，它設(shè)置了底層磁場的模式。研究合作者、加州大學(xué)舊金山分校的放射學(xué)家安?T. 烏（An T. Vu）表示，該線圈可能是新元件中最新穎的設(shè)計，其中增加了第三層繞組和重新設(shè)計的冷卻系統(tǒng)?？刂频诙艌龅陌l(fā)射系統(tǒng)和射頻接收陣列都進行了擴展，分別達(dá)到16至128通道，這至少是普通研究型MRI掃描儀的2倍。不過，這些改變帶來了與數(shù)據(jù)采集、傳輸和編碼有關(guān)的新挑戰(zhàn)。
“當(dāng)有128個接收器時，數(shù)據(jù)量會呈指數(shù)級增長?！睘跽f，“實際上，數(shù)據(jù)存儲和計算資源也需要跟上。”
其總體效果是空間分辨率達(dá)到了廣泛使用的fMRI儀器的50多倍，超過其他7T fMRI一個數(shù)量級。在某些情況下，體素從約1微升（1立方毫米）縮小到不到0.1微升，相當(dāng)于較粗的沙子大小。
荷蘭斯賓諾莎神經(jīng)成像中心主任塞爾日?迪穆蘭（Serge Dumoulin）表示，該掃描儀能夠給予更高分辨率的功能性大腦圖像，包括大腦皮層在內(nèi)的大腦上部區(qū)域。該設(shè)備還可以幫助揭示大腦其他區(qū)域的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，如腦干和小腦，他說，這些區(qū)域“通常超出了傳統(tǒng)神經(jīng)成像的視野”。
法因貝格說，該團隊選擇使用7T fMRI，部分原因是為了在技術(shù)要求和大功率實驗MRI儀器的可用性之間取得平衡。雖然強磁場可以增加實現(xiàn)高清晰度圖像的可能性，但也會增加成像儀內(nèi)的人員被射頻灼傷的潛在危險。法因貝格說，盡管到現(xiàn)在為止，（加州大學(xué)伯克利分校）只制造了一臺NexGen掃描儀，但理論上，全球可運行的約100臺7T fMRI掃描儀都可以改裝成與NexGen相同的規(guī)格。
法因貝格說，除了fMRI之外，更高的分辨率可能對其他MRI研究應(yīng)用也有益，例如功能連通和大腦新陳代謝等相關(guān)研究。研究人員也考慮了最終的醫(yī)學(xué)用途。“雖然它是為基礎(chǔ)研究而設(shè)計的，但如果有前景且有益， ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 可以立即將其轉(zhuǎn)化為臨床實驗。”他說。
研究人員在《自然?方法》雜志上介紹了這項新的掃描儀技術(shù)。
作者：Greg Uyeno
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