GE Signa MR中枢神经系统波谱

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1、中枢神经系统波谱中枢神经系统波谱GE HealthCare, China MRS原理原理 MRS脉冲序列脉冲序列 MRS影响因素影响因素 MRS临床应用临床应用氢质子氢质子MRSMRI与与MRSMRI与与MRSMRSpectroscopyMRImagingMRI扫描，一定时域内获得的信号，用于产生一个影像；MRS扫描，一定时域内获得的信号，产生按代谢物频率分布的波谱图。MRS与MRI原理相同，数据处理和显示方法不同MRI与与MRSMRI研究人体组织器官大体形态病理生理改变MRS研究人体能量代谢及生化改变MRI获得的信号是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。MR

2、S以质和量的方式获取氢原子核化学环境的信息，揭示组成成分。成像原理成像原理临床意义临床意义MRS的物理基础的物理基础化学位移现象化学位移现象 质子进动频率取决于外加磁场强度质子进动频率取决于外加磁场强度(B)和原子核的旋磁比和原子核的旋磁比() = B (Larmor Equation) 由于质子周围电子的磁屏蔽作用，由于质子周围电子的磁屏蔽作用，Larmor Equation应修正为：应修正为： = (1- )B处于不同化合物中的同一种原子核，由于所受磁屏蔽作用的程度不同（即处于不同化合物中的同一种原子核，由于所受磁屏蔽作用的程度不同（即不同），具有不同），具有不同的共振频率，这就是所谓的化

3、学位移现象不同的共振频率，这就是所谓的化学位移现象(CSI)，是磁共振波谱成像的基础。，是磁共振波谱成像的基础。J-Coupling现象现象(J耦合耦合) 两种原子核及其周围电子之间的交互作用，比如乳酸双峰的形成。两种原子核及其周围电子之间的交互作用，比如乳酸双峰的形成。 化学位移现象化学位移现象FrequencySignalH2OFatFat MoleculeH CCCHHHHHHHOH-Water Molecule化学结构化学结构化学位移波谱化学位移波谱化学位移的表示方法化学位移的表示方法化学位移 (chemical shift) 用于表示不同化合物中的质子共振波峰的位置。化学位移频率数值

4、并非用其绝对值 (Hz，赫兹) 表示，而是用一个相对值ppm (百万分之一)表示。 =（ f - fr ）/ fr ppm 表示化学位移 f表示被测原子核的共振频率 fr表示中心频率 (1. 5T, 63.86MHz; 3T, 127.72MHz)是一个相对值，与外加磁场强度的大小无关，非磁场依赖性。STEAM，刺激回波 STimulated Echo Acquisition Mode 三个90度RF脉冲产生一个刺激回波 短TE时间，30-35ms 显示短T2成份的化学物质 仅用于单体素扫描MRS扫描脉冲序列扫描脉冲序列PRESS，点分辨法，点分辨法Point REsolved Spectro

5、scopy Sequence 一个90度脉冲，两个180度RF脉冲产生一个回波信号 TE时间，35TE，144TE，288TE 对长T2的组织成份敏感 可用于单体素，多体素，三维波谱MRS扫描脉冲序列扫描脉冲序列利用频率连续的RF脉冲激励选定区域的组织，处于不同化学环境的同类原子核会接收不同频率的RF产生共振。在RF脉冲停止激励后，组织弛豫过程所产生信号的频率也是连续的。MRS扫描脉冲序列扫描脉冲序列MRS信号处理信号处理原始信号傅立叶转换相位纠正单体素（单体素（SVQ）激励回波法激励回波法(STEAM) 使用三个90射频脉冲产生激励回波对T2弛豫不敏感，常使用短TE=30检测代谢物种类多，对

6、运动敏感，信噪比低，对匀场和抑水要求严格；点分辨法(PRESS)使用一个90脉冲、两个180脉冲产生自旋回波，对T2弛豫敏感TE较长，35或144ms，难以发现短T2物质，对运动不太敏感，信噪比高；Single Voxel, SVQ 2000/30ms, STEAM 1500/35,144,288ms, PRESS FOV 24 20 x20 x20mm, 8 NEX 自动或预设的水抑制MRS扫描脉冲序列扫描脉冲序列多体素氢质子波谱多体素氢质子波谱MRSIn二维波谱，2D PROBE-SI，PRESSn三维波谱，3D Focal PROBE-SI，PRESSn化学位移成像（CSI） 波谱成像（

7、Spectroscopy Imaging），可显示代谢物分布图、代谢物比率图及多体素波谱矩阵，能对容积内任一像素进行波谱重建，并能以颜色的差异表示某代谢物波谱，红色代表信号最高，代谢物的含量亦高 。probeSI - Clinical 2D CSI 1000 / 144 PRESS FOV 21 10 mm thick, 1 NEX Acquisition times 12 x 12, 144 voxels, 2:28 16 x 16, 256 voxels, 4:20 24 x 24, 576 voxels, 9:40 自动或预设的水抑制MRS扫描脉冲序列扫描脉冲序列3D Focal CSI

8、 Brain 3D Phase encoding: 8 * 12 * 8 Long TE, 144, 288 Fully automated VSS饱和带 SNR高 Small volumesMRS扫描脉冲序列扫描脉冲序列MRS扫描注意事项扫描注意事项首选单通道头线圈（首选单通道头线圈（Head，8NV One Receiver），单体素可选），单体素可选 用相控阵线圈用相控阵线圈被检查者的配合和良好的摆位被检查者的配合和良好的摆位确定确定MRS扫描的感兴趣区（扫描的感兴趣区（ROI），保证局部磁场的绝对均匀），保证局部磁场的绝对均匀避开干扰组织，如颅骨、空气、脂肪、硬膜、脑脊液等保持体素大小

9、的稳定性和可比较性水和脂肪质子峰的抑制水和脂肪质子峰的抑制待测定代谢物的浓度在毫摩尔数量级；水的质子浓度约为110摩尔，为前者浓度的104-105倍；脂肪的质子也需要进行抑制；化学位移选择法（Chemical Shift Selective，CHESS）被检查病变的大小被检查病变的大小脊髓病变一般不适于做MRS检查（位于延髓者可以考虑）；脑部病变太小者，所测数值不准确；MRS扫描注意事项扫描注意事项MRS扫描注意事项扫描注意事项* 1000MRS扫描注意事项扫描注意事项MRS扫描注意事项扫描注意事项无饱和带饱和带MRS脉冲序列的区别脉冲序列的区别Probe-SProbe-P名称STEAMPRE

10、SS扫描方式单体素单体素，多体素，三维SNR低高水抑制好不如STEAMTETE=30TE=35,144,288饱和带少多单体素预扫描水峰半高线宽要小于7多体素预扫描水峰半高线宽要小于10三维波谱预扫描水峰半高线宽要小于15MRS波谱分析波谱分析将接收线圈接收到的磁共振信号通过傅立叶转换，描绘成直角坐标中按频率分布的函数曲线，就得到磁共振波谱图。其中，纵坐标表示信号强度信号强度，横坐标表示共振频率共振频率。峰下面积与代谢物的含量成正比定量分析：各种代谢物峰下面积的比值N-AcetylNALactateCreatineCrCholineCHONAA/CrCholine/CrNAA/Cholinem

11、I/Cr中枢神经系统波谱影响谱线的正常因素影响谱线的正常因素TE值对谱线的影响值对谱线的影响随着TE值的增加，SNR下降，能够显示的代谢物波峰减少，基线趋于平稳。STEAM 30PRESS 144年龄和扫描位置对谱线的影响年龄和扫描位置对谱线的影响中枢神经系统波谱化合物的临床意义化合物的临床意义中枢神经系统中枢神经系统MRS代谢物代谢物N-乙酰基天门冬氨酸（乙酰基天门冬氨酸（NAA） 正常脑组织1H MRS中的第一大峰，位于2.02-2.05ppm； 与蛋白质和脂肪合成，维持细胞内阳离子浓度以及钾、钠、钙等阳离子通过细胞和维持神经膜的兴奋性有关； 仅存在于神经元内，而不会出现于胶质细胞，仅存在

12、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。中枢神经系统中枢神经系统MRS谱线谱线肌酸（肌酸（Creatine）正常脑组织1H MRS中的第二大峰，位于3.03ppm附近，有时在3.94ppm 处可见其附加峰（PCr）；此峰由肌酸、磷酸肌酸、-氨基丁酸、赖氨酸和谷胱甘肽共同组成；此代谢物是脑细胞能量依赖系统的标志；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。中枢神经系统中枢神经系统MRS代谢物代谢物中枢神经系统中枢神经系统MRS谱线谱线胆碱（胆碱（Cho

13、line）位于3. 2 ppm附近；由磷酸胆碱、磷酸甘油胆碱、磷脂酰胆碱组成，反映脑内的总胆碱量；细胞膜磷脂代谢的成分之一，参与细胞膜的合成和蜕变，从而反映细胞膜的更新；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比值显示增高。中枢神经系统中枢神经系统MRS代谢物代谢物中枢神经系统中枢神经系统MRS谱线谱线乳酸（乳酸（Lac） 位于1.32ppm，由两个共振峰组成，称为双重线； TE=144，乳酸双峰向下；TE=288，乳酸双峰向上； 正常情况下，细胞代

14、谢以有氧代谢为主，检测不到Lac峰，或只检测到微量； 此峰出现说明细胞内有氧呼吸被抑制，糖酵解过程加强； 脑肿瘤中，Lac出现提示恶性程度较高，常见于多形胶质母细胞瘤中； Lac也可以积聚于无代谢的囊肿和坏死区内；中枢神经系统中枢神经系统MRS代谢物代谢物中枢神经系统中枢神经系统MRS谱线谱线脂质（脂质（Lip） 位于1.3、0.9、1.5和6.0 ppm处，分布代表甲基、亚甲基、等位基和不饱和脂肪酸的乙烯基； 共振频率与Lac相似，可以遮蔽Lac峰； 此峰多见于坏死脑肿瘤中，其出现提示坏死的存在；中枢神经系统中枢神经系统MRS代谢物代谢物中枢神经系统中枢神经系统MRS谱线谱线肌醇（肌醇（mI

15、） 位于3.56 ppm，可以用STEAM技术显示； 此代谢物被认为是激素敏感性神经受体的代谢物，可能是葡萄糖醛酸的前体； mI含量的升高与病灶内（尤其是慢性病灶内）的胶质增生有关； 有研究认为，在低高级星形细胞瘤中，此峰随着肿瘤恶性程度的增加而增高；中枢神经系统中枢神经系统MRS代谢物代谢物中枢神经系统中枢神经系统MRS谱线谱线丙氨酸（丙氨酸（Ala） 位于1.3-1.44 ppm，常被Lac和Lip峰所遮盖，功能不肯定；谷氨酸（谷氨酸（Glu）和谷氨酰胺（）和谷氨酰胺（Gln） 位于2.1-2.5 ppm； Glu是一种兴奋性神经递质，在线粒体代谢中有重要功能； Gln参与神经递质的灭活和调节活动；中枢神经系统中枢神经系统MRS代谢物代谢物中枢神经系统中枢神经系统MRS谱线谱线中枢神经系统MRS临床应用临床应用星型细胞瘤A胶质瘤瘤区瘤区瘤区瘤区瘤周星型细胞瘤星型细胞瘤星型细胞瘤肿瘤肿瘤肿瘤C转移瘤转移瘤淋巴瘤淋巴瘤脑膜瘤B脑膜瘤脑膜瘤强化区强化区强化区强化区强化区炎症炎症多发性硬化脑梗死脑梗死F急性脑梗塞急性脑梗塞慢性脑梗塞寄生虫性脑炎病毒性脑炎AB肾上腺白质营养不良线粒体肌病早老年痴呆（AD）：mI/Cr0.7癫痫：NAA/Cho+Cr11%波谱的生化背景波谱的生化背景 谢谢 谢！谢！感谢上海华山医院武汉同济医院江苏省江阴市人民医院提供图像