1.6 fMRI实验影响因素

在fMRI实验过程中，有很多因素会影响实验结果的可靠性，fMRI信号会随时间发生变化，因此磁共振系统稳定性和被试的生理因素都会对fMRI实验的结果产生影响。

1.6.1 磁共振系统稳定性与数据质量保证

磁共振系统的工作状态不是一成不变的，每天的工作状态都是不同的，这既与个别硬件有关，也与系统稳定性有关。如何保证磁共振设备的稳定性满足fMRI实验要求，在fMRI实验中是至关重要的。

fMRI实验中必须使用头线圈，1.4节内容已对磁共振线圈做了详细介绍。随着线圈通道数的增加，单个通道线圈损坏的可能性也大大增加，但其在整体图像上却很难被发现。这势必会对fMRI实验结果造成影响，因此在fMRI实验前需要确保所要使用的线圈是完好并能正常工作的。图1.22给出了一个32通道头线圈的图像，从左侧图像很难判断线圈是否有问题，当分别显示每个通道的图像时可以看到其中一个线圈通道完全没有信号，因此可以判断该通道损坏，线圈有问题。在日常的操作中我们该如何检查呢？多通道线圈的图像是通过组合每个通道的图像得到的，系统默认给出的是组合后的图像，当我们需要检查各个通道是否正常时，只需要在系统中把“组合”选项关闭，就可以给出每个通道的图像。

2006年，美国斯坦福大学的加里·H．格洛弗（Gary H.Glover）教授提出了一套描述磁共振系统稳定性的评估方法和评价指标，用于评估多中心数据的可靠性，一般称为fMRI质量保证（quality assurance, QA），目前该方法已经成为评估fMRI数据可靠性的金标准。为了监控磁共振设备的稳定性，需每隔一段时间（一周或一天）使用固定参数的回波平面成像序列对特定模体（phantom）进行扫描。模体最好是琼脂膜（以避免扫描过程中液体的运动），如果没有，也可以用磁共振厂家提供的水模进行扫描，水模的成分通常是硫酸镍和氯化钠的水溶液，使用水模时需要提前静置10分钟。扫描参数为：横断位扫描，视野（FOV）=220mm×220mm,27层，层厚4mm，层间隔1mm，采样时间（TR）= 2000ms，回波时间（TE）= 30ms（3T）/40ms（1.5T），倾倒角90°，带宽≥100kHz，成像矩阵64×64，采集200个时间点，扫描时间为6分40秒。扫描后得到的图像使用文献中描述的方法进行处理，得到设备稳定性的各个指标。图1.23为北京大学磁共振成像研究中心西门子Prisma扫描仪某一天的质量评价（QA）测量结果。该中心每天都会对设备进行稳定性检测，水模在前一天实验结束后摆放好，当天开机后用上面的参数扫描两遍，通常第二遍的结果要优于第一遍，原因是第一遍扫描机器是一个逐渐预热的过程，而第二遍扫描机器已达到稳定状态。如果当天的QA结果不达标，则要请物理师查找原因，把故障排除后才能进行fMRI实验。

1.6.2 生理活动对fMRI实验结果的影响

呼吸和心跳是人的正常心理活动，会引起人脑内血流血氧的周期性变化，同时还会造成大脑形状的周期性改变。因而大脑不是一个刚体，从外科手术视频中可以清晰地看到大脑表面随心跳和呼吸呈现周期性的波动，波动的幅度约为1mm。这些变化会造成fMRI信号的周期性变化，从而影响fMRI实验结果的可靠性，出现假阳性激活。fMRI采集的体素越小，影响越大。为了消除呼吸和心跳对fMRI实验结果的影响，目前有两种常用方法：一种是在fMRI数据采集时使用呼吸和心跳传感器，同步采集呼吸和心跳周期性变化的信号，经过数据处理建立呼吸和心跳协变量回归矩阵，在统计分析时将其作为协变量回归掉，从而消除生理活动的影响（见图1.24）；另一种是fMRI数据采集时不需要记录呼吸和心跳信号，通过独立成分分析找出呼吸和心跳对应的频率成分，在统计分析时将其作为协变量回归掉。两种处理方法都能在一定程度上减小生理信息对fMRI实验结果的影响。图1.25是采用第一种方法去除生理信息前后的fMRI实验结果，可见回归掉生理信息后激活团簇变小，杂散的一些激活点也消失了，激活结果更为集中。