一、原理

磁共振的原理主要是氢原子核在磁场中的行为。当施加射频脉冲后，原子核吸收能量，发生共振，停止射频后，原子核释放能量，产生信号，这些信号被接收并处理成图像。但是与临床人体核磁相比，小动物的器官更小，需要更精细的成像参数。提高磁场强度可以提高信噪比和空间分辨率，因此小动物核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）需要使用更高场强的核磁共振仪。目前，临床上常用的MRI设备的场强一般为3.0 T和1.5 T(T是特斯拉，是衡量MRI所用磁体强度的单位，数值越大，其强度也就越大），而小动物MRI设备的场强则多为7.0 T和9.4 T。

二、特点和优势

多参量成像：针对不同的组织特异性，采用不同的扫描序列，实现对不同动物模型及实验目的成像评估。例如，针对高脂血症小鼠的腹部和肾脏周围的脂肪沉积，可采用T1加权成像；对于颅脑相关的疾病（如胶质瘤、脑出血、脑缺血），可采用T2加权成像。

大部分实验无需造影剂：在大部分病变或结构扫描实验中，平扫无需添加增强剂或造影剂就能达到检测目的，且检查在非侵入状态下进行，与X射线和CT相比具有显著优势。

兼具结构与功能成像：小动物MRI不仅可以清晰地显示结构损伤，还能进行非侵入性的功能影像检测。利用核磁共振能谱成像（MRS）可获取脑内内源性代谢产物信息；利用弥散张量成像（DTI）可获取白质纤维束方向及完整度等信息。

三、脑疾病模型及神经环路研究中的常用功能

1.结构成像

主要用于反映组织的结构变化，例如对存在占位病变的组织器官进行影像分析。结构成像是功能成像的基础，因此在各种模型检测中，都需要先进行结构成像。结构成像常用类型有T1加权成像、T2加权成像、磁共振血管成像（MRA）：

①T1加权成像：强调解剖结构，对脂肪、出血等较为敏感；

②T2加权成像：对水肿、炎症等含自由水较多的组织敏感；

③MRA：无创显示血管结构，可结合对比剂增强成像效果。

2.脑功能成像

核磁共振脑功能成像（functional MRI,fMRI）是一种通过检测脑血流和代谢变化来间接反映神经活动的无创成像技术，其核心依赖于血氧水平依赖（BOLD）效应。具体原理为：神经元活动时，局部脑区耗氧量增加，触发代偿性血流增加（超量供氧），导致静脉血中脱氧血红蛋白浓度相对降低。脱氧血红蛋白是顺磁性物质，会干扰局部磁场均匀性，缩短T2弛豫时间；当脱氧血红蛋白减少时，T2信号增强。通过T2*加权序列（如梯度回波EPI序列）捕捉信号变化，高信号区域对应神经活动增强的脑区。

根据实验需要及有无事件刺激，扫描方案可分为两类：任务态和静息态。任务态是指记录有事件刺激发生时任务与基线状态下的BOLD响应；静息态则是记录无任务状态下的自发脑活动，用于分析功能连接网络。

由于小动物在扫描时难以执行特定任务，静息态研究成为较为常用的方法，实验中，通过设计不同的分组，测量各组大脑在静息状态下的自发活动模式，对比脑区BOLD信号的差异，筛选出不同分组模型下脑区活性的差异；再根据脑区BOLD信号变化的相关性，揭示脑区之间的功能连接。

四、神经环路研究中的应用案例

利用高场强MRI技术，科研人员可以实时监测小动物脑部活动，揭示不同区域之间的连接方式和活跃模式。这对于研究认知功能、行为表现以及神经系统疾病模型（如帕金森病、阿尔茨海默病等）具有重要意义。通过MRI技术，科研人员可以观察到神经退行性疾病中脑部结构的微小变化，为疾病的早期诊断与治疗提供关键信息。

图1：双相情感障碍（BD）患者小脑核（CN）与杏仁核（Amy）之间功能连接的研究结果。研究通过比较双相情感障碍患者和健康对照组的脑区功能连接，以及分析功能连接与多种心理量表评分之间的关系，揭示了CN-Amy功能连接在双相情感障碍病理中的潜在作用。

(A)BD患者（n=52）的CN-Amy功能连接显著低于健康对照组（HC，n=40）；

(B)汉密尔顿焦虑量表（HAMA）评分与BD患者（n=52）的CN-Amy功能连接呈负相关；

(C)汉密尔顿抑郁量表（HAMD）评分与BD患者（n=52）的CN-Amy功能连接无显著相关性；

(D)Young躁狂评定量表（YMRS）评分与BD患者（n=52）的CN-Amy功能连接无显著相关性。

(Zhang XY et al., Neuron, 2024.)

图2：通过静息态fMRI技术分析了两组大鼠（对照组和跑步组）的脑功能连接变化。结果表明，跑步增强了CN与Amy，以及Amy与腹侧海马（vHPC）之间的功能连接。

(A)对照组（n=16）和跑步组（n=17）通过全脑静息态fMRI信号分析得出的焦虑相关脑区与CN之间的相关矩阵。AIC，前岛叶皮层；BNST，终纹床核；mPFC，内侧前额叶皮层；NAc，伏隔核；

(B)对照组（n=16）和转棒跑步组（n=17）之间功能连接的差异；

(C)跑步组中CN与Amy以及Amy与vHPC之间功能连接的增强（对照组n=16；跑步组n=17）。

(Zhang XY et al., Neuron, 2024.)

图3：通过fMRI技术研究冷热刺激对小鼠大脑活动的影响，冷热刺激下的BOLD信号差异直接反映了大脑对不同温度条件的响应强度。

(A)小鼠在冷或热刺激时进行功能核磁共振扫描的示意图；

(B)冷刺激时核磁共振的BOLD信号减去热刺激时BOLD信号的示意图；

(C)不同脑区BOLD信号的统计图。

(Feng C et al., Cell Metab, 2022.)

五、核磁扫描实验流程

预约机时-准备动物-麻醉动物-固定动物并连接生理检测设备-选择线圈并定位-设置扫描序列参数-启动扫描-数据采集-数据分析

六、枢密科技小动物影像学服务

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