Diffusion MRI

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出版者:
作者:Johansen-berg, Heidi (EDT)/ Behrens, Timothy E. J. (EDT)
出品人:
页数:576
译者:
出版时间:2009-5
价格:1313.00 元
装帧:
isbn号码:9780123747099
丛书系列:
图书标签:
  • 脑科学
  • Diffusion MRI
  • MRI
  • Neuroimaging
  • Medical Imaging
  • Biomedical Engineering
  • Physics
  • Mathematics
  • Data Science
  • Image Analysis
  • Neurology
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具体描述

Diffusion MRI is a magnetic resonance imaging (MRI) method that produces in vivo images of biological tissues weighted with the local microstructural characteristics of water diffusion, providing an effective means of visualizing functional connectivities in the nervous system. This book is the first comprehensive reference promoting the understanding of this rapidly evolving and powerful technology and providing the essential handbook for designing, analyzing or interpreting diffusion MR experiments.

The book presents diffusion imaging in the context of well-established, classical experimental techniques, so that readers will be able to assess the scope and limitations of the new imaging technology with respect to techniques available previously.

All chapters are written by leading international experts and cover methodology, validation of the imaging technology, application of diffusion imaging to the study of variation and development of normal brain anatomy, and disruption to the white matter in neurological disease or psychiatric disorder.

Key Features The first comprehensive reference on a powerful technique in Brain Imaging Contributions from the key scientists in the field, including pioneers of the field Peter Basser (NIH), Susumu Mori (Johns Hopkins University), and others Describes the physical foundations, methods for quantitative analysis, and how the technique is applied to the cutting edge analysis of connections in the brain Full color throughout, carefully edited for clarity in style

神经影像学前沿:连接结构与功能的桥梁 图书简介 本书深入探讨了神经影像学领域中一个至关重要且日益成熟的分支——功能性磁共振成像(fMRI)的技术原理、数据采集、分析方法及其在认知神经科学、临床神经病学和精神病学中的广泛应用。我们聚焦于如何通过非侵入性的方式,实时或准实时地捕捉人脑在执行任务和静息状态下的血氧水平依赖(BOLD)信号变化,从而揭示大脑活动的动态网络组织和功能特异性。 第一部分:fMRI基础理论与技术实现 本部分将为读者建立起理解复杂fMRI数据分析的坚实理论基础。 第一章:磁共振成像的物理学基石 本章首先回顾了核磁共振(NMR)的基本原理,重点阐述了质子自旋、拉莫尔频率以及射频脉冲对平衡态磁化的扰动。随后,我们将深入剖析梯度磁场在线编码空间信息中的作用,以及如何通过傅里叶变换重建出原始图像数据。此外,本章详细介绍了梯度回波(GRE)和自旋回波(SE)序列的原理差异,特别关注GRE序列(如EPI)如何适应快速成像的需求,尽管其对伪影的敏感性更高。 第二章:BOLD效应的生理学与生物物理学起源 功能性磁共振成像的核心在于BOLD(Blood-Oxygen-Level Dependent)效应。本章致力于阐明这一效应的生理基础:神经活动如何引发局部血流动力学(CBF)、脑血容量(CBV)和氧气代谢率(CMRO2)的耦合性变化(神经血管耦合机制)。我们将详细讨论微循环水平的血液动力学响应函数(HRF)的特性——其时域的延迟、弥散和半高峰值,并探讨不同组织(灰质、白质、血管)对BOLD信号贡献的差异,为后续的数据建模打下基础。 第三章:数据采集与实验设计优化 成功的fMRI研究依赖于严谨的实验设计和高质量的数据采集。本章涵盖了从扫描仪选择、线圈配置到扫描参数设置的全过程考量。我们将比较不同采集序列(如多波段激发技术、并行成像技术SENSE/GRAPPA)在空间分辨率、时间分辨率和信噪比(SNR)之间的权衡。实验设计方面,本章详细介绍了任务态fMRI的范式构建,包括事件相关设计(ER-fMRI)和体素内设计(VM-fMRI),并探讨了如何通过伪随机序列和基线设计来最大化统计功效,有效分离不同认知过程的信号贡献。 第二部分:从原始数据到认知映射 本部分专注于fMRI数据的预处理流程和主要的统计建模方法,这是将原始信号转化为有意义的神经活动图谱的关键步骤。 第四章:fMRI数据预处理:消除噪声与系统误差 fMRI数据极易受到生理噪声(呼吸、心跳)和系统噪声(头动、漂移)的干扰。本章系统性地介绍了标准化的预处理流程。预处理步骤包括:时间层校正(Slice Timing Correction)、三维空间配准(Motion Correction)、空间平滑(Spatial Smoothing)以提高SNR和满足统计模型假设、以及图像配准(Registration)至标准空间(如MNI模板)以便于组间比较。此外,本章强调了先进的去噪技术,如基于生理信号的回归(RETROICOR)和独立成分分析(ICA)在分离信号源中的应用。 第五章:统计分析:任务态数据的模型拟合 任务态fMRI分析的核心是构建统计模型来关联BOLD信号的时程与实验设计参数。本章详细讲解了广义线性模型(GLM)在fMRI分析中的应用,包括如何设计对比度(Contrast)来检验特定认知假设。我们将讨论如何使用HRF卷积来模拟预期反应,以及如何处理多重比较问题(Multiple Comparison Correction,如FDR或FWE校正)以得出可靠的激活图谱。本章还介绍了参数估计的优化方法和模型的稳健性检验。 第六章:静息态网络:自发活动的探索 静息态fMRI(rs-fMRI)提供了一种无范式的视角,用于研究大脑在没有特定外部任务时的内在连接模式。本章首先阐述了静息态信号的生理来源——基础神经活动和内源性波动。随后,本章重点介绍了几种核心的连接性分析方法: 1. 功能连接(Functional Connectivity):基于时间序列相关性的分析,例如皮尔逊相关系数或多元回归。 2. 区域间同步性分析(Seed-based Analysis):选择特定脑区作为“种子”,测量其BOLD信号与其他所有脑区信号的同步性。 3. 独立成分分析(ICA):将复杂数据分解为统计上独立的网络组件(如默认模式网络DMN、额顶网络TPN等)。 第三部分:高级分析与临床转化 本部分超越了单点激活的范畴,转向更高阶的网络分析和fMRI在临床应用中的挑战与机遇。 第七章:网络与连接组学:超越局部激活 理解认知功能需要超越单个脑区的概念,转向网络级别的交互作用。本章深入探讨了有效连接(Effective Connectivity)的概念,即考察神经活动在不同脑区之间的因果性影响。我们将详细比较和对比建模方法,包括: 动态因果模型(DCM):用于测试特定驱动因素对网络中某节点输入或连接强度的影响。 格兰杰因果分析(Granger Causality):一种时间序列预测模型,用于推断连接的方向性。 此外,本章引入了图论方法,用于量化功能网络拓扑结构,例如计算网络的效率、中心性、小世界属性等,从而描述大脑网络的组织原则。 第八章:fMRI在认知神经科学中的前沿应用 本章通过具体案例展示fMRI如何推动我们对复杂认知过程的理解。我们将探讨在记忆形成、决策制定、语言处理和情绪调节等领域中,fMRI如何揭示了关键回路和网络动态。重点关注时间分辨率的提升(如超快成像技术)如何帮助我们解析认知事件的毫秒级动态,以及如何将fMRI数据与电生理数据(EEG/MEG)进行多模态整合分析。 第九章:临床与转化神经影像学 功能性磁共振成像已成为评估神经和精神疾病病理生理学的重要工具。本章聚焦于fMRI在临床环境中的应用与挑战。我们将分析在阿尔茨海默病(AD)、帕金森病(PD)、抑郁症、精神分裂症等疾病中观察到的功能连接和网络异常模式。本章也将讨论从研究工具到临床诊断工具的转化障碍,包括标准化的协议、稳健性评估以及如何利用个体化的连接组数据指导治疗干预(如经颅磁刺激TMS或深度脑刺激DBS的靶点选择)。 结论 本书旨在为高级本科生、研究生、研究人员以及临床医师提供一个全面、深入且具有前瞻性的功能性磁共振成像的知识体系,强调从物理基础到复杂网络建模的完整研究路径。

作者简介

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读后感

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用户评价

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这本书的标题——《Diffusion MRI》——一下就抓住了我的眼球,它似乎承诺了一场探索大脑微观世界的旅程。虽然我目前还没有机会深入阅读,但仅仅是书名就勾勒出了一个充满吸引力的画面:一种能够穿透我们最复杂器官的成像技术,揭示其内部精密的网络结构。我想象着,通过这本书,我或许能理解神经纤维的走向,追踪那些连接着思想和情感的通路,甚至洞察疾病如何悄无声息地侵蚀这些珍贵的连接。这不仅仅是关于医学影像,更像是一本解读生命密码的工具书。我对书中所可能包含的那些高科技术语和复杂理论感到既好奇又一丝敬畏,但我相信,一本好的科普读物,即便涉及深奥的科学,也能以一种引人入胜的方式呈现。我期待着书中能有清晰的图解,能够帮助我这个非专业人士理解那些抽象的概念,能够让我在阅读时,仿佛置身于一个数字化的脑部实验室,亲眼见证那些肉眼看不见的细节。或许,这本书会颠覆我过去对大脑认知的某些固有印象,带我进入一个全新的领域,让我对人类自身产生更深的敬意和好奇。

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《Diffusion MRI》这个名字,在我脑海中勾勒出了一幅充满科学探索感的画面。我猜测这本书会深入探讨一种能够“看见”大脑微观结构的先进技术。我对此非常好奇,因为我们日常所见的MRI已经足够神奇,而“Diffusion MRI”听起来更是将这种神奇推向了一个全新的高度。我想象着,这本书会带领我走进一个由神经纤维、突触和化学信号构成的错综复杂的网络之中,而Diffusion MRI就是那把能够照亮这一切的钥匙。我期待着它能详细解释,这项技术是如何捕捉到水分子的微观运动,并从中推断出神经纤维束的走向和完整性。这对于理解大脑的连接组学(connectomics)至关重要,也为诊断和治疗各种神经系统疾病提供了前所未有的工具。我希望这本书能以一种引人入胜的方式,将那些深奥的物理学原理和复杂的图像重建算法一一剖析,并用清晰的图示和实例来辅助理解,让即便是初学者也能领略到这项技术的精妙之处,并对其在脑科学和临床医学领域的巨大潜力有所感悟。

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“Diffusion MRI”——仅仅是这个书名,就足以勾起我内心深处对科学探索的渴望。我脑海中浮现的,是一台能够穿透物质表象,直抵生命核心的强大仪器。我期望这本书能成为我理解大脑最精妙结构的向导,它将如同一个经验丰富的探险家,带领我穿梭于那些肉眼不可见的神经纤维网络之中。我好奇它会如何揭示水分子的细微律动,以及这些律动如何转化为我们能够解读的关于大脑连接的“地图”。我相信,通过这本书,我能够更深入地理解大脑的通讯机制,洞察那些导致神经退行性疾病的潜在因素,甚至窥探那些驱动我们思考、情感和行动的复杂回路。我希望这本书的语言既能保持科学的严谨性,又能充满人文关怀,让我在学习专业知识的同时,也能感受到生命本身的奇妙与脆弱。我期待它能提供丰富的视觉元素,让抽象的理论变得具体可感,从而真正激发我对脑科学以及相关医学领域更深层次的兴趣。

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这本书的标题,《Diffusion MRI》,让我立刻联想到了一场关于大脑内部奥秘的深度探索。我一直对脑科学领域非常着迷,尤其对那些能够揭示大脑精细结构和功能的成像技术充满了好奇。Diffusion MRI这个名字本身就暗示着一种能够“追踪”和“量化”大脑内部微观运动的技术,这让我非常兴奋。我猜想,这本书可能会详细阐述Diffusion MRI的成像原理,包括它是如何利用水分子的随机扩散来绘制神经纤维束的走向,以及如何评估这些纤维束的完整性和损伤程度。这对于理解大脑的连接性,以及研究阿尔茨海默病、中风、脑肿瘤等疾病的病理机制至关重要。我期待着书中能够包含大量的案例研究和图像展示,用直观的方式来呈现Diffusion MRI在诊断、预后评估和治疗方案制定中的应用。对我而言,这不仅仅是一本关于技术介绍的书,更是一扇通往理解人类大脑复杂性的窗口,我希望能从中获得关于大脑前沿研究的深刻洞见。

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说实话,当我看到《Diffusion MRI》这个书名的时候,内心是有点打鼓的。不是因为我对这个领域不感兴趣,恰恰相反,正是因为我对它的专业性有所耳闻,所以才感到一丝忐忑。我是一个对事物原理有着强烈求知欲的读者,但同时我也承认,我并非神经科学或医学影像领域的专家。因此,我非常期待这本书能够以一种相对易懂且不失严谨的方式,将Diffusion MRI这个复杂的概念呈现在我面前。我希望它不仅仅是堆砌那些令人生畏的公式和术语,而是能真正地“教”我,让我明白它究竟是什么,它是如何工作的,以及它在医学诊断和科学研究中扮演着怎样的角色。想象一下,通过这本书,我能了解到那些关于水分子扩散的细微变化是如何被捕捉并转化为我们今天所看到的脑部图像,这本身就是一件令人着迷的事情。我希望作者能够用生动的语言,结合实际的应用案例,让我深刻理解这项技术背后的科学逻辑,甚至能够激发我对未来医学发展的无限遐想。

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