磁共振波谱检查及临床应用.ppt

磁共振波谱检查 及临床应用,医学磁共振技术包括三大部分 常规MRI：研究人体组织器官大体形态的病理生理变化 MRS：研究人体能量代谢的病生理 变化 fMRI：研究人脑功能的病生理变化,概 述,概 述,磁共振波谱成像：是一种无创性检测人体正常和病变组织细胞代谢变化的技术 与单光子发射计算机断层成像（SPECT）和正电子发射计算机断层成像（PET）相比，磁共振波谱无需要放射性示踪剂标记，没有放射性损害。,MRI MRS比较 本质上相同，具有相同的物理原理；不同的是数据的处理和显示方式不同； MRI扫描后，一定时域内获得的信号被用于产生一个断面影像，如矢状、横轴和冠状等； MRS扫描后，一定时域内获得的信号通过快速傅立叶转换（Fourier Transform）产生一个质子成分按频率分布的波峰图（函数）,简要原理,MRI VS MRS MRI 由不同体素内氢核发射的已经在不同的空间方向进行频率 和相位编码的信号。 信号的振幅随时间变化的函数 基于组织中水的T2弛豫时间及脂肪的信号 信号来自全脑，解剖信息来自质子的分布及其在不同组织中的相 对弛豫率的不同 序列：T2WI T1WI FLAIR MRS 以质和量的方式获取氢原子核化学环境的信息，揭示某部分的 质子组成成分。 信号的振幅随频率分布的函数 基于代谢物的T2弛豫时间 信号来自脑内选定的区域 序列：PRESS STEAM, MRI, MRS,位于不同化学结构中的氢质子，其进动频率不同 这种由于所处的分子结构不同所致的同一原子核进动频率出现差异的现象称为化学位移现象,波谱原理化学位移,化学位移（chemical shift）频率数值用于表示化合物中各组成成分的原子核共振波峰的位置。 实际应用中，此频率数值并非用其绝对值（Hz，赫兹）表示，而是用一个相对值ppm表示。,波谱原理化学位移,生物组织中有磁性的元素约百余种，如1H、13C、19F、23Na、31P等。 人脑研究时代谢物浓度低，需要高SNR（与主场强、接受频带宽及旋磁比有关） 目前，研究和使用最多的是1H。 1H是磁化率最高的原子核，可以得到较强的信号（即SNR高）； 1H占活体组织中原子数的2/3，数量丰富。,氢质子波谱,易读 信噪比好（SNR） 均匀性好 一致性好 横轴 频率轴：化学位移 纵轴 信号强度轴：化合物浓度,谱线的判读,*峰下面积与代谢物浓度呈正比 *线宽与化合物的T2*弛豫时间和磁场的均匀度有关，它决定谱线的空间分辨率 *如果原子核之间存在共价键，则自旋磁矩之间的相互作用形成自旋-自旋耦联，则表现为特定形态的峰,波谱的基本概念,*关于代谢物浓度与数值 绝对值与相对值 恒定扫描参数，保持一致性 参照值的考虑，注意值有无变化 *关于正常比值： 标准位置的参照值： 后扣带回（pcc）、侧脑室后角旁白质 前扣带回（acc）、侧脑室前角旁白质,波谱的基本概念,*年龄 *脑内不同部位 *体温 *肝、肾参与Cr合成，肝病时Cr下降 *糖尿病、肾病、渗透压异常、移植后、输液均会影响MRS的结果,影响代谢物浓度的因素,* 序列 ：明显影响 * TE : 明显影响 * TR : 有些影响 * NAV : 有些影响 *体素位置：明显影响 *体素大小：有些影响,影响比值的因素,磁共振波谱采集技术,点解析波谱（point-resolved spectroscopy , PRESS）：一个90度脉冲和两个180度复相脉冲，得到自旋回波信号；优点是信噪比较高，缺点是TE相对较长。 激励回波采集模式（stimulated echo acquisition mode,STEAM）：三个90度脉冲施加在三个相互垂直的层面上，获得一个点状容积的信号；优点是简单直接，TE短，缺点是信噪比较低。,代谢物化学位移,中枢神经系统MRS代谢物,N-乙酰基天门冬氨酸（NAA） 位于2.02-2.05ppm 仅存在于神经元内，而不会出现于胶质细胞，是神经元密度和生存的标志 含量多少反映神经元的功能状况，降低的程度反映了其受损的大小,肌酸（Creatine） 位于3.03ppm附近 能量代谢的提示物，在低代谢状态下增加，在高代谢状态下减低 峰值一般较稳定，常作为其它代谢物信号强度的参照物,胆碱（Choline） 位于3. 2 ppm附近 Choline峰是评价脑肿瘤的重要共振峰之一，快速的细胞分裂导致细胞膜转换和细胞增殖加快，使Cho峰增高 Cho峰在几乎所有的原发和继发性脑肿瘤中都升高 恶性程度高的肿瘤中，Cho/Cr比值显示明显增高。,乳酸（Lac） 位于1.32ppm附近 为糖酵解的产物，一般情况下无Lac峰 在脑缺血或恶性肿瘤时，糖无氧酵解过程加强，Lac含量增高。,脂质（Lipids，Lip） 位于1.32ppm附近 由于脂质TE很短，一般的1H-MRS检测不到，如果有则往往是邻近脂肪组织污染所致 在TE很短的1H-MRS可检测到Lip峰 在高级别胶质瘤、淋巴瘤及转移瘤中升高，肿瘤坏死区也可出现Lip。,丙氨酸（Ala） 位于1.48ppm 脑膜瘤、脓肿及神经囊虫中升高。,疾病 NAA Cr Cho Lac Lip Ala 肿瘤 - - - 脓肿 梗死 - - - MS - - - 癫痫 - - ,颅内常见病变的代谢物特征,癫痫的诊断,颞叶癫痫病灶侧颞叶NAA峰减低，Cr和Cho峰升高,MRS的定位诊断与EEG和PET结果有很高的一致性. 由于实际操作中Cr和Cho峰难以完全分开,国内外均以NAA/(Cr+Cho)比值作为颞叶癫痫定量诊断指标,该值降低被认为是定量诊断最敏感的指标之一 有资料显示NAA降低与癫痫发作频率密切相关,切除癫痫病灶后,NAA水平还可恢复至正常甚至更高水平.所以MRS还可用于监测抗癫痫药物疗效。,图BI倾斜冠状重度T2加权像，未见明显器质性病变，分别在其双侧海马区设置VOI(右侧为VOI1，左侧为VOI2 )，,图B2分别显示VOII, V0I2谱线，可见右侧海马区NAA峰值含量降低。,胶质瘤,胶质瘤实质区NAA峰降低,Cho峰升高,NAA/Cr和NAA/Cho比值降低,Cho/Cr比值升高,部分病例在1.3ppm处可见向上的脂质(Lipids,Lip)峰或倒置的Lac峰. Cho/Cr比值升高与肿瘤组织学分级程度呈正相关,提示该指标有鉴别诊断价值。 Kumar等提出NAA减低是神经元丢失的结果,NAA/Cho越低，神经元破坏得就越严重。研究发现Cho/Cr和NAA/Cho在低级和高级胶质瘤中的敏感度分别为73%和86%,特异度分别为94%和96%。,脑膜瘤,脑膜瘤MRS成像在脑膜瘤良恶性分级中具有重要价值。Ala峰的出现对于脑膜瘤诊断具有重要意义,而1.3ppm处Lip的出现提示恶性脑膜瘤诊断;瘤周水肿区Cho峰升高提示恶性脑膜瘤存在瘤周浸润。,Although the diagnosis of meningioma is easily done by means of magnetic Resonance imaging, proton magnetic resonance spectroscopy may be useful in atypical cases. In such tumors there is a pronounced rise in choline levels, associated with absence or considerable reduction of N-acetylaspartate. Presence of an alanine peak can confirm the diagnosis。,脑转移瘤,脑转移瘤的原发肿瘤来源于脑外其它组织,肿瘤内部无神经元存在,其MRS表现为Cho显著升高,Cr减少或消失 Cho/Cr比值升高,无NAA峰,可出现Lac峰和Lip峰,这与肿瘤细胞增殖旺盛和有丝分裂增加导致细胞膜代谢异常增高、能量耗竭、糖无氧酵解增加有关。 Sijens等通过与MRI对比研究发现,尽管1HMRS不能识别转移瘤的来源,却能区分常规影像不能鉴别的孤立转移灶,并可对转移瘤进行分期;早期转移瘤只含有Cho峰,中期转移瘤含有Lip峰和略高的Cho峰,晚期转移瘤含有Lac峰和低的Cho峰。,Cho/Cr可用于肿瘤的鉴别诊断,Cho/Cr大于2.48时诊断转移瘤和胶质母细胞瘤的正确率分别为88.9%和60.0%,当Cho/Cr小于2.48时诊断放射性坏死和脑梗死的正确率分别为71.4%和100%.对于转移瘤和胶质母细胞瘤的进一步鉴别,73.7%转移瘤存在Lip峰,NAA峰缺失,而在胶质母细胞瘤中仅有10.0%. Ala峰增高被认为是脑膜瘤的特征性波峰,神经鞘瘤/转移瘤MRS中无Ala或Glx峰,神经鞘瘤出现Mi峰升高,以此可以区分脑膜瘤,神经鞘瘤,转移瘤.,环形强化的各种脑内病变的鉴别,其他类型脑肿瘤,目前,对其他脑肿瘤MRS的文献报道较少,已知转移瘤、淋巴瘤和结核瘤的Lip峰增高,但是淋巴瘤Lac峰相对更明显,结核瘤的Cho峰不高。,脑梗死和脑缺血的诊断,脑梗死病灶发生以下代谢改变:在常规MRI未见异常改变时,MRS即能早期发现Lac峰,对发病24h梗死区在T2WI上呈高信号者,MRS出现Lac峰的范围常大于T2WI的病灶范围,并且梗死区中央Lac水平高于周边,大脑中动脉阻塞所致梗死区的Lac水平高于其他部位的脑梗死灶,脑梗死病灶一旦出现通常在Lac峰出现后,脑梗死病灶才有NAA峰下降,大脑中动脉区脑梗死的NAA降低显著重于其他部位的脑梗死灶,Lac峰水平最高的部位一般就是NAA降低最严重的部位;Cr和Cho峰的改变不如Lac和NAA那样恒定,而且文献报道尚无统一意见。,Giroud等对短暂性脑缺血发作(transient ischemic attack,TIA)进行MRS研究,在TIA发作后的3天内,对 脑功能异常区和对侧相同脑区进行MRS检查,结果发 现功能异常区的NAA/Cr无明显异常改变,而Lac峰升 高,提示脑局部低灌注可能导致乳酸浓度升高,预示 该区是可能发展成脑梗死的高危区域。,脑肿瘤与急性脑梗死鉴别诊断,部分早期脑梗死伴重度占位效应,MRI表现与脑肿瘤类似,应用MRS可区分肿瘤与急性脑梗死。梗死病灶的Cho/Cr正常,发病24h内Lac峰明显升高,提示脑缺血。,阿尔茨海默病的诊断,诊断通常根据典型的临床特点，但确诊只能在死后尸解。显微镜下被证实有细胞损失、广泛分布的异常淀粉状蛋白的沉积物所形成疏散的小的退化淀粉样斑和由组成脑细胞的正常杆状蛋白质混乱地缠结起来的原纤维缠结,阿尔茨海默病(Alzheimer.sdisease,AD)患者的NAA水平在海马、颞叶、额叶、枕叶及脑白质均明显降低。 Kantarci等对AD枕叶皮质进行MRS检查,结果发MI/NAA可作为AD与正常脑老化和其他类型痴呆的鉴别诊断指标,NAA减少和MI升高可能与患者认知功能减退程度相关。,Block等研究发现许多AD患者的NAA水平下降,mI升高; Dixon等研究发现AD患者左侧海马NAA水平显著降低。 Insausti等认为如果MRI同时显示海马体积萎缩,则对AD诊断具有显著性意义。且作者同时指出海马NAA水平显著降低与个体认知能力损伤密切相关。 Kantarci等应用1H-MRS对比研究AD老年轻度认知损害(MCI)和正常人,认为AD发病早期即出现mI/Cr的升高,并推测这与神经炎造成的星形胶质细胞和小胶质细胞增生有关,病变继续发展会导致DNA水平下降,由于上述改变在三者间有较大重叠,其诊断价值有待于进一步研究. Marjanska等用1H-MRS监测B前体蛋白早老素联合转基因(APPPS1)鼠-B前体蛋白-早老素-联合转基因(APP2PS2)鼠野生鼠模型发现NAA/Cr,Glu/Cr水平随年龄增长均有所降低. NAA水平的降低被公认为是AD患者病理及病情进展的一个预测值,因此认为NAA、Glu的1HMRS观测结果同AD患者实际病情吻合,可以作为监测AD患者病情进程的一个重要指标。,帕金森氏病的诊断,帕金森氏病(Parkinson.sdisease,PD)的主要病理改变是脑干黑质致密带中多巴胺神经元减少,基底节区也有类似改变。目前,受技术水平的限制,MRS采样容积(VOI)还不能准确放置在黑质,仅将VOI设定在双侧基底节区进行MRS检查结果显示,PD基底节区的NAA/Cr比值降低,从而提示基底节区神经元缺失或受到破坏。,多发性硬化的诊断,多发性硬化(multiple sclerosis,MS)的病理基础是脑白质脱髓鞘、神经传导阻滞和神经元损伤。Dviae等应用MRS评价MS病变,发现新发病灶内NAA峰降低,在随后4-6个月内有较明显的恢复,反映急性MS病灶中的神经元功能具有可恢复性。若应用短TE技术,还可发现脂质峰增高,可能提示有脱髓鞘和随后碎片被吞噬及迁移改变。,磁共振波谱颅脑外病变的临床应用,前列腺癌的诊断与鉴别诊断； 弥漫性肝病； 肾脏功能分析和肾移植排斥反应等,MRS存在问题,1 测定时间长，通常为10min左右。研制出新的快速 MRSI数据采集脉冲序列是最迫切的要求。 2 测定的精确度，区域定位选择方法不确定。 3 数据处理较复杂。 4 波谱变化解释不明确。 5 目前的MR装置，至少有+一005pH单位的误差。 关于31P-MRS在癫痫研究结果不一致的原因不清楚。 6 还不能有效地区别出代谢产物与神经递质混和物中 的各种组分。,发展方向,单体素多体素完全覆盖式螺旋波谱 多体素波谱又称波谱成像（SI） 优点：1次采集可获得VOI