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脑功能成像以及磁共振技术研究与应用——中国科学院生物物理研究所脑与认知科学国家重点实验室／北京磁共振脑成像中心射频实验室成果展示
2013-03-20
中国科学院生物物理研究所脑与认知科学国家重点实验室／北京磁共振脑成像中心射频实验室负责人薛蓉研究员在美国留学工作多年，有十几年从事磁共振技术研发工作的经验。曾获得美国霍普金斯大学医学院五年全额奖学金，美国Medtronic Inc 医疗器械公司设立的生物医学工程领域青年研究人才奖学金。作为主要的磁共振研发人员，参与了多项美国国立卫生研究院（NIH）资助的联邦科研项目，先后在国际上发表了数十篇脑功能和结构成像的期刊文章及会议文章，并在弥散张量成像和高场磁共振成像领域取得了具有创新性及前瞻性的研究成果。
一、弥散磁共振张量技术
这是90年代中期国际上兴起的一种关键的脑功能成像技术，对正确研究大脑神经纤维的连接和解释正常人与病人大脑功能的异常起着至关重要的意义。在美
二、用磁共振技术开展多项关于小鼠中风及脑神经纤维疾病的研究
在博士后工作期间，与校内外的神经生物学家与分子生物学家合作，用磁共振技术开展了多项关于小鼠中风及脑神经纤维疾病的研究，发表了多篇国际期刊文章。2001～2003年，与美国约翰·霍普金斯医学院生物化学系Peter Agre教授（Peter Agre教授因水分子的主动扩散理论获得了2003年的诺贝尔化学奖）的实验室开展合作，用弥散磁共振技术研究Alpha-Syntrophin蛋白缺失的活体小鼠在急性脑中风过程中水的扩散系数的变化，首先在动物活体上证明了Peter Agre教授关于在生物体内存在aquaporin-4水分子通道及其对水的主动运输机能。这一实验结果进一步证明了生物体对水的主动运输功能，有利于促进对临床肾病病人病理的研究和治疗。研究论文发表于2004年的 FASEB专业期刊杂志上。
三、多通道发射与接收头线圈及其射频并行接口项目的研制
在美国纽约大学医学院放射科工作期间，参与了多通道发射与接收头线圈及其射频并行接口项目的研制工作，成功研发了7T超高场全身西门子磁共振成像系统的多通道容积带状阵列（VSA）发射与接收头线圈及其RF射频接口，在西门子超高场成像系统中获得了高分辨率的灰度均匀的人脑结构图像。这是超高场多通道发射接收头线圈及其并行成像技术的较早期的成功实例之一。
四、获得高信噪比、高分辨率的清晰均匀的人脑磁共振结构与功能图像
自2007年回国工作后，组建完善了中科院生物物理所脑成像中心射频实验室和研究队伍，在3T高场和7T超高场西门子全身磁共振成像系统中实现了多通道的并行发射与数据的并行采集，获得了高信噪比、高分辨率的清晰均匀的人脑磁共振结构与功能图像。测试显示，对比相应的高场国际商用线圈，自制的发射接收头线圈适应认知科学磁共振实验的特殊需要，对大脑的特殊关注区域，如大脑前颞叶和深部核团区域，图像信噪比提高达15%～30%，并可提供完整无遮挡的视觉刺激通路，有利于脑功能成像实验，可以更好地帮助解决认知科学和其他基础与临床研究中的脑科学问题。
五、并行发射接收射频接口电路和相控阵发射接收头线圈（实用新型专利一ZL201020244276.1，发明专利 ZL 201010215148.9）
该专利成果并行发射接收成像技术首先在3T磁共振系统中实现，为后续在7T超高场中实现磁共振信号多通道的并行发射与接收，获取均匀发射的射频场，提高成像速度，加快7T系统投入实用的进程，打下了前期的理论与实践基础。该专利进一步提高了高场图像的信噪比与对比度，可以有效地发挥高场磁共振成像技术在脑功能成像与认知科学研究中的作用。基于该专利成果，2010年薛蓉研究员负责的射频实验室为香港应用科技研究院制作完成一多通道发射接收头线圈，实现成果转让费6.8万人民币元（8万港币）。
六、一种用于高场和超高场的多通道发射接收头线圈（实用新型专利二ZL 201120299664.4）
该专利成果在7T全身超高场磁共振系统中实现。通过研制一新型多通道相控阵发射接收头线圈与射频接口，克服了超高场系统中由于人体介电共振效应引起的射频场发射的不均匀性，降低了高射频能量的发射和吸收，获得了高信噪比、清晰均匀的人脑磁共振结构与功能图像，起到了一个决定性的技术方法的提升作用，可进一步帮助解决认知科学和其他基础与临床研究中的前沿科学问题。与标配单通道发射，24通道接收Nova商用线圈相比，扩大了人脑下部的成像区域，提高了大脑前颞叶和深部脑区图像的分辨率与对比度，能够更好地满足认知科学实验脑功能成像的需要。
专家简介
薛蓉，女，1967年生，研究员，博士生导师。1989年毕业于清华大学电机系，1990年获美国俄亥俄州立大学全额奖学金赴美留学，1993年获生物医学工程硕士学位；1994年转至美国约翰•霍普金斯大学医学院攻读博士学位，2001年获得该校医学院生物医学工
