磁共振氢质子波谱在颅脑疾病诊断的临床应用

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1、磁共振氢质子波谱在颅脑疾病磁共振氢质子波谱在颅脑疾病诊断的临床应用诊断的临床应用Clinic Application of Proton Magnetic Resonance Spectroscopy in the Diagnosis of Brain Diseases What does 1H MRS tell us？Not architecture, but metabolites.一、基本原理与成像技术一、基本原理与成像技术1、磁共振波谱（、磁共振波谱（MRS） 一种利用一种利用核磁共振现象核磁共振现象和和化学位移作用化学位移作用对一系列原对一系列原子核及其化合物进行分析的方法。子核及其

2、化合物进行分析的方法。MRS是目前是目前无损伤性无损伤性的研究人体器官和组织代谢、生化改变及化合物定量分的研究人体器官和组织代谢、生化改变及化合物定量分析的方法之一。析的方法之一。化学位移化学位移（chemical shift） 同一种原子核，在不同的分子中，由于周围电子云同一种原子核，在不同的分子中，由于周围电子云的结构、分布和运动状态不同，周围电子云对其产生不的结构、分布和运动状态不同，周围电子云对其产生不同的屏蔽作用同的屏蔽作用磁屏蔽（化学环境）磁屏蔽（化学环境） 1H在在H2O和脂类和脂类(-CH3)具有不同的化学环具有不同的化学环境，则有不同的进动频率：境，则有不同的进动频率： =

3、B = （1- ）B0 -屏蔽常数屏蔽常数 不同，即使在同一不同，即使在同一B0中，不同的化合物的相同原子中，不同的化合物的相同原子核由于其所处的化学环境不同，其周围磁场强度会有细微核由于其所处的化学环境不同，其周围磁场强度会有细微变化，共振频率也会有所差别变化，共振频率也会有所差别化学位移化学位移 在在1.5T主磁场中，主磁场中， H2O和脂类中的和脂类中的1H的共振频率分别的共振频率分别为为63.75Hz及及210Hz（相差（相差3ppm）化学位移的单位表述化学位移的单位表述赫兹（赫兹（Hz）相对值（相对值（ppm）：频率的百万分之一）：频率的百万分之一 二、技术方法二、技术方法参考像选取

4、ROI空间定域匀场抑水扫描 1、扫描序列、扫描序列 （1）激励回波序列（激励回波序列（STEAM） 三个相互垂直的三个相互垂直的90RF脉冲脉冲 优点：优点：TE短，对短短，对短T2化合物，如化合物，如Glx、MI、 Lip等等 受受J耦合影响少耦合影响少 缺点：信噪比低缺点：信噪比低 对运动敏感对运动敏感 对磁场均匀度等要求严格对磁场均匀度等要求严格 （2）点解析波谱（点解析波谱（PRESS） 两个两个180 脉冲后，再跟一个脉冲后，再跟一个90 脉冲脉冲 优点：适于长优点：适于长TE化合物，如化合物，如Cho、 Cr、NAA等等 信噪比高信噪比高 对运动不敏感对运动不敏感 对磁场要求相对低

5、对磁场要求相对低 缺点：易受缺点：易受J耦合影响耦合影响2、单体素采集与多体素采集、单体素采集与多体素采集 单体素（单体素（SV）仅对一个体素的化合物浓度进行分析）仅对一个体素的化合物浓度进行分析 多体素（多体素（SI）计算）计算ROI内所有体素化合物的平均浓度内所有体素化合物的平均浓度 PRESS和和STEAM序列都可行序列都可行SV及及SI采集采集3、化学位移成像（、化学位移成像（chemical shift imaging，CSI） 2D-CSI 3D-CSINAANAACrChoLacGlxCr 3.9 3.2 3.0 2.4 2.0 1.3 ppm三、正常图象分析三、正常图象分析1、

6、常见化合物的化学位移及其作用、常见化合物的化学位移及其作用（1）NAA氮氮-乙酰天门冬氨酸乙酰天门冬氨酸 位于位于2.0ppm 主要位于神经元上，是公认的主要位于神经元上，是公认的神经元标志物，神经元标志物， NAA降低往往提示神经元的脱失或功能障碍。降低往往提示神经元的脱失或功能障碍。（2）Choline胆碱复合物（甘油磷酸胆碱、磷酸胆碱和胆碱）胆碱复合物（甘油磷酸胆碱、磷酸胆碱和胆碱） 位于位于3.2ppm，与细胞膜磷脂代谢有关，参与细胞膜构成，并且是乙酰，与细胞膜磷脂代谢有关，参与细胞膜构成，并且是乙酰胆碱的前体；胆碱的前体； Cho升高，反映胶质增生、细胞增殖和膜转运增加。升高，反映胶

7、质增生、细胞增殖和膜转运增加。 （3）Creatine肌酸（肌酸（ Cr ）和磷酸肌酸（）和磷酸肌酸（ pCr ） 位于位于3.0ppm(少量位于少量位于3.94ppm) 作用作用:高能磷酸盐的储备形式及高能磷酸盐的储备形式及ATP和和ADP的缓冲剂；的缓冲剂； 其含量相对较稳定，常被作为其含量相对较稳定，常被作为1H MRS相对定量测量相对定量测量 时的时的参照物。参照物。（4）乳酸（）乳酸（Lactic acid） 位于位于1.3ppm, PRESS序列序列 TE=144ms时，呈倒置双峰时，呈倒置双峰 TE=288ms时，呈正置双峰时，呈正置双峰 正常情况下检测不到，常出现于缺血缺氧时。

8、正常情况下检测不到，常出现于缺血缺氧时。 （5）MI肌醇肌醇 位于位于3.6ppm 星形细胞内的一种重要的渗透递质，参与调节渗透压，营养星形细胞内的一种重要的渗透递质，参与调节渗透压，营养细胞及生成表面活性物质；细胞及生成表面活性物质；作为星形细胞的标志物作为星形细胞的标志物。（6）Glx谷氨酰胺及谷氨酸复合物谷氨酰胺及谷氨酸复合物 位于位于2.22.4ppm 一种兴奋性神经递质一种兴奋性神经递质 在缺氧、肝性脑病或脑肿瘤等时升高在缺氧、肝性脑病或脑肿瘤等时升高2、如何定量、如何定量 （1）绝对定量：）绝对定量： （2）半定量半定量： 直接测代谢峰下的面积直接测代谢峰下的面积 （3）相对定量相

9、对定量： 计算比值：计算比值：NAA/CR CHO/NAA CHO/CR NAA/（CHO+CR）等）等 相对定量可以消除生物体及外磁场等的影响，应用较多。相对定量可以消除生物体及外磁场等的影响，应用较多。 在正常人群中，各种代谢物的浓度并非一成不变，具有在正常人群中，各种代谢物的浓度并非一成不变，具有个体差异，而且随年龄的变化代谢物浓度有规律地变化。个体差异，而且随年龄的变化代谢物浓度有规律地变化。32w4y3mon9y四、四、1H MRS在颅脑疾病诊断中的应用在颅脑疾病诊断中的应用（一）脑血管病（一）脑血管病（二）肿瘤及肿瘤样病变（二）肿瘤及肿瘤样病变（三）颞叶癫痫（三）颞叶癫痫（四）老年

10、性痴呆：（四）老年性痴呆：Alzheimer病等病等（五）一些儿童脑疾病（五）一些儿童脑疾病（六）其他：（六）其他： Parkinson病、白质脑病、肝性脑病、病、白质脑病、肝性脑病、 精神分裂症、精神分裂症、MS等等 （一）脑血管病（一）脑血管病1.1 出血性脑血管病：出血性脑血管病：1H MRS的作用不大的作用不大1.2 缺血性脑血管病：缺血性脑血管病： 1H MRS的价值的价值 1 1H MRSH MRS出现异常改变比常规出现异常改变比常规MRIMRI早。早。临床上脑梗死发生临床上脑梗死发生4 4小时以内的小时以内的病人病人, ,常规常规MRIMRI常常难以显示缺血区常常难以显示缺血区,

11、 ,而而MRSMRS改变则很明显改变则很明显 。 1 1H MRSH MRS的改变不受模糊效应的影响（的改变不受模糊效应的影响（3W3W左右）。左右）。缺血性脑血管病的缺血性脑血管病的1H MRS表现：表现：出现出现Lac： Lac Lac 的增高是脑梗死早期的一个敏感指标的增高是脑梗死早期的一个敏感指标，2-32-3小时即可出现；小时即可出现； Federico Federico 等认为等认为,Lac ,Lac 升高在脑梗死最初升高在脑梗死最初242448 48 小时与无氧代小时与无氧代谢有关谢有关, ,而后期则为梗死区小胶质细胞和巨噬细胞的浸润所致。而后期则为梗死区小胶质细胞和巨噬细胞的浸

12、润所致。 LacLac与多伦多中风评分（与多伦多中风评分（TSSTSS）、）、BarthelBarthel指数评分（指数评分（BIBI）以及梗）以及梗死灶体积显著相关，死灶体积显著相关， Lac Lac 浓度预示着损伤程度浓度预示着损伤程度。 NAA减低：减低： 一般，一般，NAA在脑中风后在脑中风后624小时开始明显下降小时开始明显下降，标志着神经元出，标志着神经元出现不可逆损伤；现不可逆损伤； NAANAA在梗死区分布不均匀在梗死区分布不均匀, ,中心区域下降较周围明显。中心区域下降较周围明显。 NAANAA含量可作为评估脑梗死病人含量可作为评估脑梗死病人预后预后的指标。的指标。梗梗 塞塞

13、 10100.810.810.620.620.910.910.460.460.880.880.170.170.680.680.140.14例数例数 Cho/NAACho/NAA Cho/Cr Cho/Cr NAA/Cr NAA/Cr Lac/Cr Lac/Cr正正 常常 61610.870.870.210.211.211.210.250.251.421.420.300.300.200.200.100.10P值 0.05 0.05 0.05 0.05Case1: 发病24小时NAANAANAANAALacLacLac/LipCase2: 发病3天normalnormalinfactioninfa

14、ctionLacLac、NAANAA等的浓度变化在脑梗塞中是个动态的过程。等的浓度变化在脑梗塞中是个动态的过程。发病5.5h 正常侧 病侧3d 11d 36d1H MRS对对缺血半暗带缺血半暗带的研究的研究PWIDWI mis-match研究发现，在急性期脑梗死后研究发现，在急性期脑梗死后MRSMRS上发现上发现LacLac峰峰, ,而而NAANAA峰正常或略低峰正常或略低, ,提示脑缺血半暗带存在提示脑缺血半暗带存在, ,仍可进行仍可进行溶栓治疗。溶栓治疗。CSICSI（LacLacNAANAA）的范围的范围（二）（二）MRS在脑肿瘤中的应用价值在脑肿瘤中的应用价值 1H MRS对脑肿瘤的临

15、床应用具有广泛的应用前景，对脑肿瘤的临床应用具有广泛的应用前景，主要有几个方面：主要有几个方面：1、星形细胞瘤与急、星形细胞瘤与急/亚急性脑梗塞、局灶性炎症的鉴别亚急性脑梗塞、局灶性炎症的鉴别2、环形增强病变的鉴别、环形增强病变的鉴别3、肿瘤的定性诊断及良、恶性分级、肿瘤的定性诊断及良、恶性分级4、界定肿瘤界限、指导治疗方案、界定肿瘤界限、指导治疗方案、5、评估肿瘤治疗效果、评估肿瘤治疗效果脑肿瘤的波谱脑肿瘤的波谱 实质内实质内NAA消失或降低，消失或降低，Cho显著升高显著升高，Cr轻轻度下降，可有度下降，可有Lac/Lip出现。出现。 坏死囊变区内坏死囊变区内NAA、 Cho、 Cr均明显

16、降低，伴均明显降低，伴Lac 峰。峰。TENecrosisnormalNAAChoLipCr 星形细胞瘤、脑梗塞的星形细胞瘤、脑梗塞的1H MRS代谢物比值分析表代谢物比值分析表 Cho/NAACho/NAAChoCho/Cr /Cr NAA/Cr NAA/Cr (Lac+Lip)/Cr (Lac+Lip)/Cr星星 形形 2.120.31* 2.260.76* 0.910.18 0.450.19梗梗 塞塞 0.810.62 0.910.46 0.880.17 0.680.14 P P 值值 0.023 0.0210.023 0.021 0.75 0.62 0.75 0.621.1、星形细胞瘤

17、与急、星形细胞瘤与急/亚急性脑梗塞的鉴别亚急性脑梗塞的鉴别 NormalNormal 脑梗塞：脑梗塞：正常神经元功能障碍或死亡，细胞膜转运减慢或失，能量代谢下降，可以导致NAA，Cho 和Cr降低，但是，由于乏氧造成糖酵解增加，使Lac明显增高。 星形细胞瘤：肿瘤细胞增殖、细胞膜转运增强，而正常神经元被替代，因此Cho明显升高，NAA显著降低，Cho/NAA、Cho/Cr明显增高。 附表：星形细胞瘤和局灶性脑炎的波谱代谢物比值附表：星形细胞瘤和局灶性脑炎的波谱代谢物比值 例数例数 Cho/NAA ChoCho/NAA Cho/Cr/Cr 星形细胞瘤星形细胞瘤 11 2.122.120.310.

18、312.260.76 局灶性脑炎局灶性脑炎 5 0.850.850.290.291.130.95 P值 0.050.05 0.051.2 星形细胞瘤与局灶性炎症的鉴别星形细胞瘤与局灶性炎症的鉴别Normal2、环形增强病变的鉴别、环形增强病变的鉴别Tumor?Abcess?脓肿脓肿氨基酸峰（0.9ppm）、乙酸（1.92ppm）、丙氨酸（1.5ppm）等的出现具有特异性AA Lip/Lac AS3.1、肿瘤的定性诊断、肿瘤的定性诊断脑膜瘤脑膜瘤 脑膜瘤系脑外肿瘤，理论上不包含脑膜瘤系脑外肿瘤，理论上不包含NAA，但，但Cho显著增高。显著增高。 丙氨酸峰丙氨酸峰Ala（1.47ppm）的出现，

19、是其）的出现，是其特征性特征性改变。改变。转移瘤转移瘤 NAA消失；消失； Cho明显升高；明显升高；Cr降低；降低； 出现出现Lac和和/或或Lip峰。峰。胶质瘤胶质瘤 NAA明显下降（级别越高，下降越明显），明显下降（级别越高，下降越明显），Cho显著升高，显著升高，Cr降降低；可出现脂质波及乳酸峰，提示肿瘤的脂性坏死和缺氧程度。低；可出现脂质波及乳酸峰，提示肿瘤的脂性坏死和缺氧程度。3、肿瘤的定性诊断及良、恶性分级、肿瘤的定性诊断及良、恶性分级AlaNAAChoChoNAALipChoNAALip3.2、肿瘤良、恶性分级肿瘤良、恶性分级高、低级别胶质瘤肿瘤实质的高、低级别胶质瘤肿瘤实质的

20、1H-MRS代谢物比值分析表代谢物比值分析表例数例数 Cho/NAACho/NAACho/Cr Cho/Cr NAA/Cr NAA/Cr (Lac+Lip)/Cr (Lac+Lip)/Cr低级别低级别 102.022.020.310.312.260.760.910.18 0.450.19高级别高级别 352.882.880.490.492.761.030.830.28 1.381.71P值 0.032 0.032 0.285 0.779 0.168Cho/NAA=3.30Cho/NAA=5.12 附表：转移瘤与高级别胶质瘤瘤周水肿波谱代谢物比值附表：转移瘤与高级别胶质瘤瘤周水肿波谱代谢物比值

21、例数例数 Cho/NAACho/NAA Cho Cho/Cr /Cr 转移瘤转移瘤 10 1.330.33 1.940.61 高级别高级别 35 2.030.63 2.280.74 t值 0.70 0.33 P值 0.006 0.2304、界定肿瘤界限、指导治疗方案、界定肿瘤界限、指导治疗方案 胶质瘤胶质瘤：高级别胶质瘤瘤周水肿区有肿瘤细胞浸润，Cho显著增高，NAA、Cr明显下降， Cho/ Cr、 Cho / NAA 增高，尤其Cho / NAA ； 非浸润性肿瘤非浸润性肿瘤（良性脑膜瘤、转移瘤等）瘤周没有肿瘤细胞浸润，不出现病理性谱线。normaltumortumornecrosised

22、emaedemaedemaedemaedema1、肿瘤实质；、肿瘤实质；2、3肿瘤下方水肿区；肿瘤下方水肿区；4、5、6、7肿瘤内侧水肿区肿瘤内侧水肿区脑膜瘤脑浸润脑膜瘤脑浸润5、对治疗效果的监测、对治疗效果的监测 研究表明，系列的研究表明，系列的MRS对治疗效果监测有帮助：对治疗效果监测有帮助： 瘤体缩小者，瘤体缩小者，CHO值下降；值下降； 瘤体增大者，瘤体增大者，CHO值升高。值升高。 MRS是反应肿瘤代谢及发展的可靠指标。是反应肿瘤代谢及发展的可靠指标。 术后改变：术后改变：CHO、NAA、CR均低；均低； 肿瘤复发肿瘤复发：CHO，NAA，CR，CHO/NAA放射性损伤放射性损伤 M

23、RS具有明显优势： 照射剂量40Gy，乳酸峰增高； 放射性坏死者，显示NAA、Cho、Cr均大幅度下降， 而出现细胞坏死峰（02.0ppm之间宽大的波峰）； 肿瘤复发者，Cho/NAA和Cho/Cr增高，乳酸峰出现。（三）颞叶癫痫（三）颞叶癫痫 颞叶癫颞叶癫痫痫的发生与海马硬化密不可分的发生与海马硬化密不可分, ,海马硬化海马硬化是指海是指海马区域出现神经细胞丢失和胶质细胞增生的病理改变。马区域出现神经细胞丢失和胶质细胞增生的病理改变。 MRIMRI对颞叶癫对颞叶癫痫的诊断主要依靠对海马形态学研究以及痫的诊断主要依靠对海马形态学研究以及1H MRS。 1H MRS有助于颞叶癫痫的定性、定侧。有

24、助于颞叶癫痫的定性、定侧。 海马硬化海马硬化出现海马区域神经细胞丢失和胶质细胞增出现海马区域神经细胞丢失和胶质细胞增生，导致生，导致NAANAA降低，而降低，而Cho Cho 和和 CrCr水平没有变化；活动期水平没有变化；活动期可以出现可以出现LacLac峰。峰。 正常成人的正常成人的1 1H H MRS MRS 波谱波谱NAA/NAA/（Cho + CrCho + Cr）最低值为最低值为0 0. .7272 , ,低于低于 0.67 0.67 则为异常。则为异常。RLNAA/ （Cho + Cr）L=0.66NAA/ （Cho + Cr）R=0.64NAA/ （Cho + Cr）L=0.6

25、4NAA/ （Cho + Cr）R=0.75（四）（四） 老年性痴呆：老年性痴呆： Alzheimer病病 Alzheimer Alzheimer 病病(AD) (AD) 是由于大脑皮层神经元丧失及功能障碍而导致的是由于大脑皮层神经元丧失及功能障碍而导致的进行性智能障碍性疾病。进行性智能障碍性疾病。神经纤维缠结和老年斑神经纤维缠结和老年斑是两个特征性的病理表是两个特征性的病理表现。现。 1 1H H MRSMRS研究发现研究发现AD AD 患者的额叶、颞叶患者的额叶、颞叶 、扣带回后部等结构内、扣带回后部等结构内NAANAA含含量下降，量下降，肌醇（肌醇（MIMI）含量升高。）含量升高。 AD

26、 AD 脑内脑内MIMI升高有一定特异性升高有一定特异性, , 认为认为MIMI水平在颞叶皮质的升高与水平在颞叶皮质的升高与AD AD 的严重程度和病程相关的严重程度和病程相关, , 枕叶枕叶MI MI 的升高在的升高在AD AD 诊断中可达到诊断中可达到83%83%的敏感的敏感性和性和98%98%的特异性。的特异性。 导致导致AD AD 患者患者MI MI 聚集的原因和可能的病理生理机制仍然不清。聚集的原因和可能的病理生理机制仍然不清。 对于对于1H MRS能否鉴别能否鉴别AD和其他类型痴呆各家意见并不统一，有和其他类型痴呆各家意见并不统一，有待于进一步研究。待于进一步研究。MIMInorm

27、alAD(五五) MRS in pediatrics1. 儿童代谢性脑病儿童代谢性脑病脑白质营养不良脑白质营养不良 NAA/Cr Cho/Cr mI/NAA mI /CrCanavans disease NAA 明显升高明显升高Canavans disease2. 新生儿、婴儿缺氧脑病新生儿、婴儿缺氧脑病（1）有无：）有无：Lactate（2）程度：）程度：NAA（3）预后：）预后：NAA（六）其他（六）其他1、 Parkinson病（病（PD） 各家结论不一。主要表现为基底节区各家结论不一。主要表现为基底节区NAA/ Cr NAA/ Cr 降低，降低，提示多巴胺神经元功能障碍或缺失。提示多巴胺神经元功能障碍或缺失。 1 1HMRSHMRS对于原发性对于原发性Parkinson与与Parkinson 综合征鉴别诊综合征鉴别诊断、评估药物疗效等具有一定的价值。断、评估药物疗效等具有一定的价值。2、肝性脑病、肝性脑病 mI /Cr Cho/Cr Glx/Cr 3、CO中毒迟发性脑病中毒迟发性脑病 NAA Lac