第一篇功能影像学技术 1
第一章磁共振成像基本原理 1
第一节磁共振的物理原理 1
一、核自旋与磁矩 1
二、核进动与频率 2
三、核磁共振现象 3
四、弛豫过程与自由感应衰减信号接收 3
第二节磁共振成像技术 5
一、磁共振成像重建 6
二、磁共振信号的分类与采集 7
三、磁共振成像系统的组成 10
参考文献 11
第二章磁共振弥散成像和灌注成像 13
第一节磁共振弥散成像 13
一、基本原理 13
二、受限弥散和弥散的各向异性 13
三、弥散的测量 13
四、成像技术 14
五、临床应用 14
第二节磁共振灌注成像 16
一、基本原理 16
二、成像技术 16
三、参数计算 17
四、正常成人的脑血流灌注值 19
五、临床应用 19
参考文献 23
第三章磁共振弥散张量成像 25
第一节弥散张量成像发展简史 25
第二节弥散张量成像的基本原理 26
第三节神经纤维结构模型 28
第四节弥散张量彩色各向异性图 28
第五节弥散张量成像的临床应用 30
参考文献 31
第四章磁共振BOLD功能成像 33
第一节概述 33
第二节BOLD脑功能成像机制 34
一、血氧水平对磁共振信号强度的影响 34
二、脑血流、脑血容积及脑耗氧速率对血氧水平的影响 35
三、脑功能活动对脑新陈代谢及脑血液动力学的影响 36
四、血管内与血管外的BOLD效应 36
第三节磁共振脑功能成像的方法学 40
第四节磁共振脑功能成像应用研究 43
一、人脑高级神经活动研究 43
二、人脑神经活动的时间和空间特异性研究 43
三、在康复医学中的应用 43
四、在外科手术中的应用 44
小结 44
参考文献 44
第五章脑功能磁共振成像的实验设计 46
第一节引言 46
第二节实验设计的基本原则 46
第三节设计一个好的实验假说 48
一、fMRI数据的相互关联 49
二、干扰因素 49
第四节功能磁共振成像实验设计的良好实践 51
第五节组块设计 52
一、建立组块设计 53
二、功能磁共振成像的激活基线 54
三、组块设计的优缺点 57
第六节事件相关设计 59
一、引言 59
二、事件相关fMRI的原则 60
三、有效的fMRI实验设计 63
四、事件相关设计的优点 66
第七节混合设计 67
第八节小结 68
参考文献 69
第六章清醒恒河猴脑功能磁共振成像 71
第一节引言 71
一、发展过程 71
二、清醒猴fMRI研究的必要性 71
三、清醒猴fMRI研究的主要技术问题 71
第二节主要设备 72
一、灵长类动物椅子 72
二、头动限制装备 73
第三节训练恒河猴适应MRI环境 74
一、动物训练 74
二、使恒河猴适应MRI环境 74
第四节实验准备和安全性 75
小结 76
参考文献 76
第七章静息态磁共振功能成像 77
第一节引言 77
第二节静息态及其BOLD信号 77
第三节静息态下的脑默认网络 78
第四节静息态功能磁共振处理方法简介 80
一、功能分化 80
二、功能整合 81
第五节静息态脑功能连接与解剖连接的关系 82
第六节结论及展望 83
参考文献 84
第八章光遗传磁共振功能成像 86
第一节引言 86
第二节光遗传学简介 86
第三节光遗传磁共振功能成像技术 88
参考文献 89
第九章活体磁共振波谱技术 91
第一节核磁共振发展简史 91
一、核磁共振的技术发展 91
二、核磁共振的广泛应用 92
第二节核磁共振基本原理 93
一、自旋核的物理特性 93
二、核磁共振理论体系 93
三、磁共振波谱 95
四、脉冲序列 96
五、核磁共振操作技术及注意事项 97
第三节活体磁共振波谱实验方法 98
一、活体磁共振波谱 98
二、活体核磁共振定域技术 99
三、活体磁共振波谱的实验研究 101
第四节活体磁共振波谱技术的应用 105
一、细胞内pH的测定 105
二、细胞内游离钙的测定 106
三、细胞内游离钠的测定 107
结束语 108
参考文献 108
第十章正电子发射计算机断层显像 111
第一节PET与PET成像原理 111
一、PET 112
二、PET放射性药物 113
三、PET显像工作程序 116
四、PET技术的特点 120
第二节脑PET显像的临床应用 122
一、正常脑18F-FDGPET图像 122
二、脑疾病的PET诊断 123
第三节PET与脑功能研究 129
一、脑激活实验 129
二、行为学与心理学 129
三、脑其他高级功能 131
四、智能研究 131
第四节PET与其他脑临床检查技术的比较 133
一、CT的优势与不足 133
二、MRI的优势与不足 133
三、DSA优势与不足 133
四、脑电图（EEG）的优势与不足 133
五、诱发电位（EP）的优势与不足 133
六、神经心理学检查的优势与不足 134
七、SPECT的优势与不足 134
八、PET的优势与不足 134
第五节脑PET显像展望 135
一、示踪剂开发 135
二、扩大现有的应用范围 136
三、改进显像与分析技术 136
四、开辟生物学领域新阵地 137
五、参与药学的创新与开发 138
参考文献 139
第十一章单光子发射计算机断层显像 140
第一节脑血流灌注显像 140
一、原理 140
二、显像剂 140
三、显像方法 141
四、正常和变异影像 142
五、异常影像 142
六、临床应用 143
第二节脑血流灌注显像介入试验 146
一、基础及基本原理 146
二、必备条件 146
三、检查程序 146
四、定量或半定量试验的方法 147
五、具体方法 147
六、临床意义 149
第三节脑受体显像 151
一、原理 151
二、显像剂 151
三、显像方法 151
四、脑受体显像的临床应用 151
第四节血脑屏障功能显像 152
一、原理及方法 152
二、正常影像 152
三、临床应用 153
第五节脑肿瘤显像 153
一、脑肿瘤的血供 153
二、脑肿瘤阳性显像 153
三、脑肿瘤的放射免疫显像 154
四、脑肿瘤的受体显像 154
参考文献 154
第十二章脑功能光学成像 156
第一节内源光信号成像 156
一、成像原理与方法 156
二、研究现状 158
三、应用举例 160
第二节利用激光散斑成像技术监测脑血流 166
一、基本原理 166
二、应用举例 167
参考文献 171
第十三章脑CT灌注成像 175
第一节概述 175
第二节脑的血液供应 175
第三节MSCT行脑CT灌注成像的原理与优势 176
一、CT灌注成像的原理 176
二、MSCT行脑CT灌注成像的优势 176
第四节脑CT灌注成像技术方法 176
第五节CT灌注成像在诊断急性缺血性脑血管病中的应用 177
一、MSCT行脑CT灌注成像的可行性 177
二、脑CT灌注成像评价急性缺血性脑血管病 177
第六节CT灌注成像与其他灌注成像方法的比较 184
结论 185
参考文献 185
第十四章脑磁图 187
第一节脑磁图发展简史 187
第二节脑磁图测量的主要设备 187
一、磁屏蔽系统 188
二、脑磁场的探测装置 188
三、刺激系统 188
四、信息综合处理系统 188
五、灌液氦装置 188
第三节脑磁图原理 188
第四节脑磁图的特点及与EEG、PET、fMRI的比较 189
一、脑磁图的特点 189
二、脑磁图与EEG、PET及fMRI的比较 189
第五节脑磁图临床应用 190
一、脑磁图在癫痫中的应用 190
二、脑磁图在脑功能区定位中的应用 191
第六节研究进展及前景 197
一、MEG与脑梗死 197
二、MEG与脑外伤 197
三、MEG与Alzheimer病、多发性硬化等其他精神、神经疾病 197
参考文献 198
第二篇脑功能图像处理与分析 201
第十五章人类脑图谱 201
第一节人类脑图谱技术 201
一、基于个体标本的人类脑图谱 202
二、基于大样本量标本的人类脑图谱 203
第二节常用的人类脑图谱 205
一、Talairach脑图谱 205
二、ICBM概率性脑图谱 207
三、LPBA40三维概率脑图谱 208
四、中国人数字化标准脑图谱 209
第三节人类脑图谱的应用 212
一、神经解剖教学 212
二、手术计划 212
三、模型驱动分割 212
四、多模态脑图像数据分析 212
参考文献 212
第十六章影像融合术 214
第一节图像配准的概述 214
一、图像配准的概念 215
二、配准的类型 215
三、主要配准方法 218
第二节医学图像基本变换 220
一、刚体变换 220
二、仿射变换 224
三、投影变换 226
四、非线性变换 226
第三节基于最大互信息的多模医学图像配准 227
一、配准原理 228
二、配准技术 229
三、配准结果的评估 230
四、结合互信息与图像梯度的配准技术 232
五、基于形状特征点最大互信息的医学图像配准 233
第四节基于薄板样条的MRI图像与脑图谱的配准方法 234
一、Talairach脑图谱 234
二、薄板样条方法 235
第五节图像信息融合方法 236
一、基于分割的图像融合 237
二、加权平均法 237
三、Toet法 237
四、对比度调制法 237
五、基于小波变换的融合法 237
第六节医学图像配准的评估 237
一、体模 237
二、准标 238
三、图谱 238
四、目测检验 238
参考文献 238
第十七章统计参数映射（SPM） 240
第一节引言 240
第二节SPM分析原理 241
一、广义线性模型 241
二、模型选择与实验设计 243
三、统计推断和随机场理论 244
第三节图像预处理和后处理 248
一、空间变换 248
二、图像重采样 252
三、图像的平滑化 252
四、脑整体血流量效应的消除 252
第四节SPM软件包及其解析过程 253
一、脑图像校准 253
二、图像平滑 254
三、脑整体血流量效应的消除 254
第五节SPM实验和分析 254
一、实验设计 255
二、方法实现 255
三、结果分析 256
参考文献 257
第十八章功能神经影像分析软件（AFNI） 259
第一节引言 259
第二节基本概念 259
一、数据集 261
二、数据集的存储 261
三、数据集块和子数据集块 261
四、集合或路径 261
五、文件类型 261
第三节AFNI分析原理 262
一、立体定位坐标的转换 262
二、功能图像的转换方法 263
三、去卷积分析方法 264
四、线性回归模型的统计学分析 265
第四节AFNI图像处理过程 267
一、图像重建 267
二、功能像层面时间校正和运动校正 267
三、功能像的时间域滤波 269
四、功能像的空间平滑 269
五、单个被试的通用线性模型（GLM） 270
六、激活图的剪辑（montage）和渲染（render） 271
七、空间标准化（切换至Talairach坐标系） 271
八、统计图的空间平滑＜可选） 271
九、被试统计图的组分析 271
第五节AFNI程序（Programs）及插件（Plugins） 272
一、数据集的创建和整理 272
二、数据集操作 272
三、3D+time数据集处理 273
四、统计分析 274
五、ROI分析 274
参考文献 274
第十九章脑功能磁共振图像软件（FSL） 276
第一节引言 276
第二节FSL原理 276
一、独立成分分析 276
二、马尔可夫随机场 278
三、概率密度函数 279
第三节结构磁共振数据处理工具 280
一、脑提取工具（BET） 280
二、线性配准工具（FLIRT） 280
三、自动分割工具（FAST） 280
四、非线性噪声削减工具（SUSAN） 280
五、几何形变校正工具（FUGUE） 280
第四节功能磁共振数据处理工具 281
一、功能磁共振专家分析工具（FEAT） 281
二、独立成分分析工具（MELODIC） 282
第五节弥散张量数据处理工具 282
一、弥散分析工具包（FDT） 282
二、基于传导束的空间统计分析（TBSS） 283
第六节应用实例 283
一、实例一（fMRI数据） 283
二、实例二（DTI数据） 284
参考文献 286
第二十章弥散张量成像工作室（DtiStudio） 287
第一节引言 287
第二节工作原理 287
一、弥散张量成像计算 287
二、纤维追踪理论 287
第三节操作步骤 288
一、系统配置 288
二、图像显示 288
三、张量计算和颜色映射 289
四、纤维追踪 289
五、统计处理 290
第四节功能扩展 291
第五节应用领域 292
一、神经纤维束追踪研究 292
二、神经精神疾病研究 292
小结 293
参考文献 293
第三篇脑功能的影像学研究 295
第二十一章躯体感觉和运动的功能影像学研究 295
第一节运动引起的脑兴奋 295
一、简单运动引起的脑兴奋 295
二、运动频率对脑兴奋性的影响 296
三、复杂运动引起的脑兴奋 296
四、运动的准备引起的脑兴奋 297
五、运动想象引起的脑兴奋 298
六、运动学习引起的脑兴奋 299
第二节来自同侧半球的运动控制 299
第三节躯体感觉刺激引起的脑兴奋 301
第四节病理状态下的感觉运动皮质兴奋 303
第五节展望 303
参考文献 304
第二十二章视觉的功能影像学研究 305
第一节视觉的基本功能 305
第二节视皮层功能柱 306
一、高分辨率fMRI视觉方位柱成像 306
二、两种构型并存的视皮层方位柱图 308
第三节视皮层光流反应选择区 310
第四节视觉皮层目标类别选择区 310
第五节人体选择性视觉加工的皮层区 312
第六节短尾猿视皮层V2区颜色的空间表征 314
参考文献 315
第二十三章听觉的功能影像学研究 317
第一节听皮层的解剖及功能 317
第二节功能磁共振在听觉研究中的应用 318
一、简介 318
二、MRI仪器产生的噪声问题 318
三、听觉的fMRI研究结果 318
第三节脑磁图在听觉研究中的应用 321
第四节单光子发射计算机断层显像在听觉研究中的应用 323
第五节正电子发射计算机断层显像在听觉研究中的应用 323
一、PET简介 323
二、耳鸣局部脑血流（CBF）的PET研究 324
三、耳鸣患者脑代谢的PET研究 324
四、前景展望 328
参考文献 328
第二十四章嗅觉的功能影像学研究 330
第一节嗅觉的解剖生理学基础 330
一、嗅球 330
二、嗅束、嗅纹和嗅三角 330
三、梨状叶 331
四、嗅觉传导通路 331
第二节嗅觉的影像学研究方法 331
一、PET 331
二、fMRI 332
第三节嗅觉的影像学表现 332
一、嗅觉功能的特点 332
二、单纯嗅动作引起的影像表现 332
三、不同气味刺激任务引起的影像表现 332
四、不同脑区的嗅觉影像研究 335
第四节前景展望 338
参考文献 339
第二十五章语言认知的功能影像学研究 341
第一节引言 341
第二节理论与方法 342
第三节西方拼音语系研究 343
一、字词加工 343
二、句子加工 346
三、语言习得与第二语言 346
四、手语与发声语 347
五、语言功能的偏侧化 348
六、总结 348
第四节汉语研究 349
一、汉语认知的脑半球偏侧化 349
二、汉语认知加工是否有不同于英文加工的关键脑区 349
三、汉语拼音的对比研究 351
四、汉语认知的脑内信息加工模式 352
第五节功能连接与神经建模 353
第六节我们是否解决了所有问题 353
一、脑功能成像技术的局限 353
二、认知任务的个体差异 353
三、认知任务操作中伴随的意识、情绪等成分 353
四、多学科交叉的神经信息学研究方法 353
五、脑研究需要全球性的科研大合作：全球知识管理系统的建立 354
参考文献 354
第二十六章记忆的功能影像学研究 357
第一节记忆的编码与提取 357
一、深层编码与左侧前额回 358
二、编码与提取 358
三、海马在记忆中的作用 359
第二节工作记忆 360
第三节情景记忆与语义记忆 362
一、情景记忆编码与提取的神经机制 363
二、HERA模型 364
参考文献 365
第二十七章功能影像学在心理学中的应用 367
第一节引言 367
第二节利用功能影像学进行脑功能区定位 367
一、基于刺激的功能定位 367
二、基于任务的功能定位 370
三、基于受试者反应和作业成绩的功能定位 370
第三节利用功能影像学研究局部脑区的反应特点和功能组织 371
一、局部脑区的反应特点 371
二、局部脑区的功能组织 372
第四节利用功能影像学研究脑区间功能连接 373
一、静止状态下的脑区间的连接 373
二、任务状态下脑区之间的连接 374
三、影响脑区间连接性的其他因素 375
第五节总结 375
参考文献 376
第二十八章功能影像学在发育性诵读困难中的应用 378
第一节概述 378
第二节语言行为学与诵读困难 378
第三节阅读模型 379
第四节阅读的功能神经影像 380
第五节诵读困难中发声过程的功能神经影像学研究 381
第六节诵读困难与视觉系统 384
一、诵读困难中视觉系统的行为学研究 384
二、诵读困难中视觉系统的功能神经影像研究 385
第七节结果与思考 386
参考文献 387
第二十九章注意的功能影像学研究 388
第一节注意的定义和研究意义 388
第二节注意的研究方法 388
第三节注意网络的功能影像学研究 389
一、注意的三个子网络 389
二、注意子网络间的独立性和关联 392
三、注意子网络的遗传、发育和老化 393
第四节注意功能与疾病 394
一、ADHD 394
二、精神分裂症 394
第五节展望 394
参考文献 395
第三十章情绪活动的功能影像学研究 398
第一节情绪研究是神经科学中的一个重要问题 398
一、情绪是什么 398
二、情绪研究的过去 398
三、情绪研究的新方法 399
四、情绪研究中应该注意的问题 399
第二节情绪与情感类型的功能神经解剖 400
一、情感类型 400
二、与情绪相关的中枢结构及回路 400
第三节情感疾病及其干预调节 403
一、几种常见的情绪异常与情感疾病 403
二、情绪调节与疾病干预 404
第四节结论与未来 405
一、情绪与认知密不可分 405
二、情绪研究的未来 406
参考文献 407
第三十一章精神障碍的功能影像学研究 409
第一节精神分裂症 409
第二节情感性精神障碍 411
第三节Alzheimer病 414
第四节强迫性神经症 415
第五节小结及今后的方向 416
参考文献 417
第三十二章癫痫的功能影像学研究 419
第一节概述 419
第二节癫痫的fMRI检查 419
一、癫痫灶磁共振功能成像的病理生理学基础 419
二、磁共振场内EEG记录及EPI图像采集方法 420
三、信号干扰问题 422
第三节fMRI在癫痫临床研究现状 422
第四节fMRI在临床癫痫研究中的优势、存在的问题及展望 425
一、fMRI在临床癫痫研究中的优势 425
二、问题与展望 425
参考文献 425
第三十三章药理的功能影像学研究 428
第一节fMRI在药理学研究中的应用 428
一、引言 428
二、特殊的设计问题 429
三、控制程序 430
四、药理学实验中fMRI信号的分析 430
五、fMRI药理学研究的应用事例 432
六、fMRI在药物开发中的应用 438
第二节PET在药理学研究中的应用 439
一、引言 439
二、用于药物研究的放射性标记化合物 439
三、PET技术在药物研究中的应用 440
四、PET技术在药物研究和开发中应用的局限性 443
小结 444
第三节磁共振波谱在药理学研究中的应用 444
一、引言 444
二、体内药物代谢的MRS研究 444
三、肝脏药理学的MRS研究 444
四、大脑药理学的MRS研究 445
五、亲合MRS药物筛选新技术 445
参考文献 445
第三十四章针灸和经络的功能影像学研究 448
第一节经络实质的现代研究概况 448
一、循经感传现象的研究 448
二、经络的形态学研究 448
三、经络的电生理学特性 448
四、经脉循行路线的光学特性 449
五、经脉循行路线的声学特性 449
六、经脉循行路线的热学特性 449
七、同位素在经脉循行线的循经移动特性 449
八、经络的生物化学特性 449
第二节针刺脑功能成像的实验设计 450
一、应用于针灸脑功能成像研究的常用技术 450
二、针灸脑功能成像的实验设计 451
三、明确研究的效应指标 458
四、数据处理方法选择 458
第三节针灸与经络的脑功能成像研究 459
一、脑功能成像技术在独立的经络解剖系统的生理特性方面的研究 459
二、脑功能成像技术在经络功能体系方面的研究 459
参考文献 463
第三十五章针刺镇痛的功能影像学研究 466
第一节针刺镇痛研究现状 466
一、穴位感受器及其传入纤维的作用机制 466
二、针刺镇痛的中枢神经机制 467
三、中枢神经递质在针刺镇痛中的作用 467
第二节针刺镇痛的功能影像学研究方法 468
一、PET和SPECT针刺功能影像的原理 468
二、fMRI针刺功能影像的原理和方法 469
第三节针刺镇痛的功能影像学研究进展 471
参考文献 471
第三十六章帕金森病的功能影像学研究 474
第一节概述 474
第二节帕金森病的SPECT和PET研究 475
一、脑葡萄糖代谢显像 475
二、多巴胺受体功能性显像 475
三、多巴胺转运体（DAT）显像 477
四、神经递质的功能显像 478
第三节帕金森病的fMRI研究 481
一、PD的脑功能变化 482
二、PD伴发痴呆的脑功能变化 482
三、左旋多巴治疗后PD的脑功能改变 482
第四节帕金森病的MRS研究 483
小结 484
参考文献 484
第三十七章阿尔茨海默病的功能影像学研究 487
第一节概述 487
一、病因及流行病学 487
二、神经病理学 488
三、症状与体征 488
四、神经心理学检查 488
五、诊断 488
六、治疗 488
第二节功能影像学检查 489
一、PET成像 489
二、PET显像典型病例 490
参考文献 493
第三十八章脑白质的磁共振弥散张量成像研究 494
第一节弥散张量数据的采集和后处理 494
一、弥散张量数据的采集 496
二、弥散张量成像的数据处理 496
三、由弥散张量数据中提取信息 496
第二节弥散张量在脑白质研究中的应用 502
一、白质内弥散系数的计算 502
二、各向异性指数 502
三、脑发育中的各向异性改变 503
四、未髓鞘化大脑的解剖学研究 504
五、白质分割与连接研究 507
六、病理状态中的各向异性测量 508
参考文献 509
第三十九章小脑功能的影像学研究 511
第一节小脑的感觉运动功能 514
第二节小脑的高级认知功能 514
一、语言功能 514
二、空间信息加工 515
三、工作记忆 515
四、执行控制功能 516
五、情绪信息加工 516
第三节小脑深部核团的认知功能研究 516
第四节大脑一小脑的功能连接模式 516
第五节小脑功能区的拓扑分布 517
第六节问题及展望 519
参考文献 519
第四十章脑血管病变的功能影像学研究 525
第一节CT、MR灌注扫描 525
第二节MR弥散成像 527
第三节CT、MR血管成像 530
一、CT血管成像 530
二、MR血管成像 530
第四节SPECT脑灌注显像 534
参考文献 535
第四十一章磁共振功能成像在神经外科中的应用 537
第一节fMRI在大脑半球肿瘤手术方面的应用 537
一、用于术前重要功能区的定位和手术方案的制定 537
二、用于术中引导手术 537
三、用于预测手术效果或危险性 543
第二节fMRI在顽固性癫痫手术中的应用 544
第三节fMRI在其他神经疾病手术中的应用 545
参考文献 546
第四十二章功能影像学在脑发育研究中的应用 548
第一节脑发育概况 548
一、胎儿期脑的发育 548
二、婴儿期脑的发育和行为发育 549
第二节结构影像学 549
一、CT在脑发育不全中的应用 549
二、MRI在脑发育及发育不全中的应用 550
第三节功能影像学 552
一、功能磁共振在儿科中的应用 552
二、应用SPECT技术对儿童孤独症及癫痫的研究 558
参考文献 560
第四十三章脑损伤康复的功能成像研究 562
第一节脑损伤后功能恢复的理论 562
一、功能重组 562
二、其他内外因素 563
第二节脑损伤后功能成像研究 564
一、对于正常脑功能的功能成像研究 564
二、脑损伤康复的功能成像研究 565
参考文献 576
第四十四章昏迷与植物状态患者脑功能的影像学研究 578
第一节昏迷、植物状态及相关认知失常的概念 578
第二节植物状态患者脑是否存在觉醒及认知功能 579
一、维持大脑觉醒的相关结构 579
二、脑活力是脑功能的一种形式 579
三、探索植物状态脑的觉醒认知功能的试验及其结果 580
第三节近年研究提出与意识相关的一些脑区 584
一、前扣带皮质与认知及情感 584
二、后压皮质与情绪 584
三、颞上沟周围皮质与知觉 584
四、眶及内侧前额皮质的功能 585
结束语 586
参考文献 586
索引 588