脑功能磁共振成像及其法医学应用前景

[1例活埋6年尸体的法医学检验鉴定]【关键词】法医人类学；活埋尸体；白骨化【中图分类号】d919．2 【文献标识码】b 【文章编号】1007—9297(2007)01—0s10一o2 利用活埋方式进行杀人的案件近几年来渐有报道+对被...+阅读

【摘要】脑功能磁共振成像是近年来磁共振成像技术的一项新发展。它不仅能清晰、准确地显示脑组织的解剖和

病理改变，还能同时观察到脑皮层功能活动时的信息，可无创、实时地对大脑的功能活动进行成像。为法医学领域中所涉

及的人体损伤程度鉴定和伤残等级评估以及对法医精神病领域中认知功能的界定．从单一形态学研究到形态与功能相

结

合的系统研究开辟了一条崭新的道路。本文就人脑的功能活动磁共振成像的概念、原理、优势、临床研究状况及法医学

应用前景进行综述。

【关键词】脑功能磁共振成像；法医病理学

【中图分类号】d919．1： r445．2

【文献标识码】b

【文章编号】1007—9297(2004)04—0291—04

technology of functional magic resonance imaging of brain and appucation prospects in forensic medicine． ca i ji一

， 0 tao，pan hong-fu，et ．forensic pathology department，school ofleg~l medicine，sichuan university,chengdu

610041

【abstract】technology of functional magic resonance imaging of brmn(fmrib)is a new approach developed in the

resent years． it can not only show clearly and accurately the changes of tissues， autopsy and pathology of the brain， but also

show the information of the activity of the brain in time without harm． it can be widely used in forensic medicine such as injury

gradated evaluation，disability evaluation and cognition in forensic assessment in psychiatry providing a new method from pure

morphological study to morphology -function bination study．this article reviewed the fmrib conceptions

，principles，advan—

tages，the conditions of clinical study and application prospects in forensic medicine

．

【key words】functional magic resonance imaging of brain；forensic medicine

一

、脑功能磁共振成像的概念与原理

(一)概念

脑功能磁共振成像(functional mri，fmri1，是一种

新兴的影像学检查技术。它以脑功能活动时引起的血

氧浓度改变为基础，采用不同颜色直接实时地将脑功

能变化反映在mr图像上，突破了既往研究脑功能的

黑箱技术，以往的影像学检查技术绝大部分是依赖于

被检组织形态学的改变，而功能性成像这一领域一直

为正电子发射体层摄影(positron emission tomographv．

pet)所独有。随着mr技术的发展，fmri能在特定的

脑功能活动时或血液动力学变化时对脑组织进行实时

的功能成像，对人脑在生理和病理状态下的功能活动

进行有效的评价。其时间分辨率和空间分辨率均较高，

一次成像即可同时获得解剖和功能影像，是目前人们

用mr方法研究大脑皮层功能活动的最主要方法

ri为脑科学研究提供了直观有效的研究手段．为医

学影像学的研究和临床开辟了全新的领域 lli

(二)基本原理

神经活动与血流动力学变化之间的密切关联是

ri的基础。人体各种生理活动都由相应的大脑皮层

[作者简介] 蔡继峰，四川大学华西基础与法医学院病理教研室在读研究生，tel；+86—28-89592918：e-ma11：cj f-j1feng#163

．

。292 。

控制．正在活动的大脑皮层功能区的局部血流量和氧

交换增加．增加的氧超过了细胞代谢所需的氧供应量，

结果导致功能活动区血管结构中氧合血红蛋白增加，

而脱氧血红蛋白相对减少，后者是较强的顺磁性物质，

其减少则造成脑组织体元内失相位少，t 长，因而在t

加权像中局部信号增加。[21有学者指出脑激活区

mr信

号改变还与血液流入效应、引流小静脉、血细胞比容、

脑血流量和脑血容量等其他因素有关。di

(三)脑功能磁共振成像的优势

fmri除具有非侵入性、无放射性同位素参与以及

可任意重复检查等优点外，其显著的优势在于具有很

高的空间和时间分辨力．能将解剖和功能图像融为一

体．更适宜于研究非人类灵长类相对较小的脑。4，5】

二、临床应用状况

脑功能性磁共振成像是将脑神经的活动视觉化，

把刺激相应的脑反应状态影像化。对正常人的言语、记

忆及精神分裂症病人的言语幻听等都具有功能定位作

用。由于flmri具有较好的时间和空间分辨率，因而人

们很快发现了它的临床实用价值。运动、感觉以及认知

性神经功能成像实验已在世界范围内广泛开展，它主

要利用flmri研究关于脑的运动、感觉、视觉、听觉、嗅

觉、记忆、认知以及幻觉等过程，并取得了巨大的进展。

这些进步可能会对行为异常、精神分裂症、癫痫以及其

他没有脑部形态学改变的神经精神疾病的诊断与治疗

产生影响。[6-1ol

(一)躯体运动

catalan等⋯1使用 ri能够描绘出每一个手指运

动的代表区．单一手指的运动受到第1运动皮质内占

据重叠区域的神经元网的控制。几年来的研究揭示第

1躯体运动区不含有按顺序排列的倒置侏儒图．而应

代之以由控制躯体不同部位神经元组成的复杂的镶嵌

图案。[121利用脑功能成像技术探讨大脑运动皮质的功

能重组及其机制是近年来的研究热点，[131许多工作有

待开展

(二)躯体感觉

puce等比较了感觉激活类型与运动激活的结果．

发现两者间有相当大的重叠。对这项发现有几种解释：

(1)当受到刺激时，受检者运动了手；(2)mri探测到的

最大bold效应离神经元的活动区有数毫米远．主要

在毛细血管后血管内，因此难以区分中央沟相邻的前、

后壁；(3)躯体感觉皮质和运动皮质可能难以严格区

分。尚有其他几位作者也在挑战严格区分中央前回是

运动性的、中央后回是感觉性的这一概念。[14,151

(三)视觉皮层区定位

法律与医学杂志2004年第11卷(第4期)

使用fmri和相位编码刺激技术，实现了对人脑视

皮层v

1、v

2、vp、v3和v4各区的精确定位。[161此外，

有学者指出不仅视觉刺激可激活视皮层区，想象视刺

激也可激活视觉皮层。[。qmiki等[。刀使用tesla的fmri

研究了人的视觉活动．结果在所有受检者的双侧第l

视觉皮质均发现神经活动，且均延伸至纹状区外皮质，

双侧外侧膝状体均被激活。此研究揭示高场强的flmri

可更有效地探测视觉系统的生理活动。

(四)听觉和语言加工区皮层区定位fmri研究

给予听觉语言刺激时．flmri可见双侧颞上回及颞

上沟激活，已经证明颞上回仅感知语音而不是语义特

征．[181而左下前额叶皮层f对应于brodmann4

5、46和47

区1与语义编码和提取有关，与任务难度无关。在进行

不出声的读词时．额下沟下方的左下额叶激活，包括

brodmann4

4、4

5、47区，甚至向前扩展至10区，它们可

能组成一个语言联合皮层区。该研究是petersen应用

pet得出结果的重复和扩展。深入研究发现，与语言加

工有关的皮层激活局限在左半球额叶、颞叶和顶叶的

网络区，在wemicke区外还存在颞顶语言区，包括颞

中回、颞下回、梭状回和角回，在broca区外有扩展的

左前额语言区。[18~ohnishi等[。91用 ri研究了音乐家和

非音乐家的音乐知觉，发现在被动听音乐过程中．音乐

家左侧颞叶皮质第2听觉区占优势和左后背外侧额前

皮质被激活．而非音乐家右侧第2听觉区占优势；左侧

颞平面的激活程度与开始音乐训练的年龄密切相关，

而左后背外侧额前皮质的激活程度和绝对定调能力呈

有意义的相关。flmri还能研究听觉传导路，在蜗神经

核、上橄榄核和内侧膝状体均可发现功能活动[11。

levine(1997)[ml用 ri观察了耳呜病人的脑皮层或皮

层下的功能活动，结果表明耳鸣病人的皮层活动异常。

提示耳鸣与听皮层异常神经活动有关。

(五)嗅觉皮层区定位

sobel等【2l22]对嗅觉的系列研究表明：f1)不论臭气

是否存在，嗅动作均引起颞叶梨状区皮质及额叶内和

后眶额回的功能活动．其所引起的功能活动是由气流

通过鼻孔导致的躯体感觉刺激：相反。无论是否嗅，气

味主要在额叶外和前眶额回引起功能活动．在嗅觉探

索f嗅)与嗅觉内容f气味)所激活脑区之间的非相关性表

明了在人类嗅觉方面脑组织的特性：f2)香草醛和丙酸

的气味均主要在小脑半球后外侧引起有意义的功能活

动．活动的大小是浓度依赖性的：无味气体的嗅活动在

小脑前部主要是中央小叶引起有意义的功能活动．据

此推测小脑质的活动。近年发展的磁共振功能成像

(fmri)可以检测嗅觉刺激下嗅皮层的反应。f纠研究表

法律与医学杂志2004年第11卷(第4期)

明，与正常人相比，嗅觉减退者额下回、扣带回以及海

马等皮层结构对嗅刺激的反应减低。且对于不同类型

的气味刺激．额叶皮层有其特定的激活区域。[7．41

(六)功能影像学在精神分裂症认知功能损害研究

中的运用

近年在国外越来越广泛地开展功能影像学在精神

分裂症认知功能损害研究。barchtz~研究发现，精神分

裂症患者的工作记忆和长时记忆的损害与前额叶后背

部有关。chemerinskit~运用pet研究发现，精神分裂症

患者在执行语言流利度测试时大脑皮层f尤其是左额

叶语言区)、小脑和丘脑血流下降。dittmann balcartro发

现精神分裂症病人的听觉信息处理障碍可能与独特的

额叶、颞叶神经网络通路有关。holbt2sj的研究提示．

在进行有关运动方面的认知测试时正常组较病人组表

现出更明显的右额叶功能活性下降。kanayamat291发现

病人在执行有关空间注意和情感处理的测试时顶叶后

部的角回和缘上回(the supramarginal gyms)出现功能

下降，且具有特征性。

(七)flvlri在癫痫领域的研究

近几年来，fmri在癫痫领域的研究十分活跃。

fmri图像的空间分辨率极佳，可提供癫痫灶更为精确

的三维空间位置，是其他功能成像技术无法比拟的

ri技术可对同一个体的某个脑功能活动或sed事

件进行重复研究，提供更可靠的功能图像信息。对常规

影像学无结构性变化的难治性癫痫病灶进行精确的功

能定位。应当指出．eeg在癫痫诊疗过程中仍不失为

一项金标准，eeg与 ri技术联合应用所产生的临

床效果是前所未有的。

三、法医学应用前景

(一)法医学临床检案应用

在法医学临床实践中，神经系统损伤的功能定位、

嗅觉、视觉、听觉损伤的诊断和损伤程度评定．因为缺

乏较客观的检查指标，而且受被检者的主观因素影响

较大，一直是法医工作的重点和难点。以耳鸣为例，耳

鸣是在无外界相应声源时的一种主观错觉，其特征类

似于感觉性癫痫。它一直是法医学鉴定的难题之一，也

是耳科学最前沿研究课题。耳鸣的发生机理仍不清楚．

耳鸣的客观诊断尤其困难。以往，耳呜的诊断主要依靠

患者主诉和主观测听结果(耳鸣匹配等)，常规听力学检

查方法(包括纯音测听、语言测听、声导抗测听、听性脑

干反应、耳声发射等)进行初步定位诊断(区分耳蜗和蜗

后病变)，对可疑内听道或颅内占位者用ct、mri等进

行排除诊断。然而上述检查手段并未能为耳鸣提供客

观证据。近年来，现代脑功能磁共振成像技术为耳鸣客

· 293 ·

观检测带来了新的希望，这些研究突破并深化了对耳

鸣的传统认识，大大改变了对耳鸣的医学研究格局，为

实现攻克耳呜这一目标提供广阔前景和重要线索。相

信在未来几年内，随着相邻学科的发展，耳鸣研究将会

有更高层次的进展．进行耳鸣的客观法医鉴定指日可

待。同样，脑功能磁共振成像技术为神经系统损伤的功

能定位、嗅觉、视觉、听觉损伤的诊断和损伤程度评定．

带来了相同的契机。

(二)司法精神病鉴定应用

在司法精神病鉴定的实践中，对精神分裂症、癫

痫、痴呆等疾病的诊断和鉴定，始终缺乏客观的明确的

指标，往往只是在对症状的分析上做文章，因而经常出

现对待同样一个病人，得出几个不相同甚至相反的鉴

定结论．脑功能磁共振成像技术为某些精神疾病的诊

断和鉴定提供较客观的指标，已经成为现实。

最后，值得一提的是，脑功能磁共振成像技术尚处

在初步阶段，还需要广大法医工作者和临床工作者进

一步的深入研究和不断地实践，才能更加深入和完善。

与此同时，还要注意只有与其他检查方法结合使用．才

能更好地为侦查提供方向，为审判提供依据，进而出色

地完成法医检案工作。

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(收稿：2003—07—28；修回：2004—10—20)