1、編輯課件磁共振波譜成像講解編輯課件影像醫學的發展前景l更敏感，更特異，更無創l放射學-醫學影像學l放射診斷-診斷治療學l形態解剖-功能、代謝編輯課件醫學磁共振技術的應用lMRI：研究人體組織器官大體形態病理生理改變lMRS：研究人體能量代謝及生化改變lfMRI：磁共振腦功能成像編輯課件腦功能成像測量腦內化合物測量腦局部代謝和血氧變化技術測量腦內神經元活動的技術編輯課件腦功能成像測量腦內化合物測量腦局部代謝和血氧變化技術測量腦內神經元活動的技術編輯課件測量腦內化合物是特殊神經化學研究技術，可定位定量，測量腦內各種生物分子的分布和代謝。單光子發射計算機斷層顯像技術（SPECT）正電子發射斷層成像技

2、術（PET）磁共振波譜分析（MRS）編輯課件腦功能成像 測量腦內化合物測量腦局部代謝和血氧變化技術測量腦內神經元活動的技術編輯課件測量腦代謝和血氧變化當腦活動增加時，局部血流，氧代謝和糖代謝增加，可以功能定位，對腦局部反應特征研究PET光學成像技術功能磁共振成像（fMRI）灌注成像：外源性灌注成像（PWI） 內源性，血氧水平依賴法（BOLD）編輯課件腦功能成像 測量腦內化合物測量腦局部代謝和血氧變化測量腦內神經元活動編輯課件測量腦內神經元活動腦電圖（EEG）腦磁圖（MEG）事件相關電位（ERP）編輯課件磁共振功能成像磁共振波譜（MRS）擴散加權成像（擴散張量成像，DTI）灌注成像：外源性灌注成

3、像（PWI）內源性，血氧水平依賴法（BOLD）編輯課件磁共振波譜磁共振波譜( (MRS) )技術及技術及臨床應用臨床應用 編輯課件MRS技術概述技術概述Magnetic Resonance Spectroscopy，MRS研究人體能量代謝的病理生理改變研究范圍：中樞神經系統，體部如前列腺肝臟，乳腺等不同波譜：1H、31P、13C、19F、23Na 31P-MRS最早應用1H-MRS應用最廣泛編輯課件MRS對硬件的要求 與MRI相同磁體RF線圈RF放大器RF發射器接收器和計算器編輯課件MRS對硬件的要求 與MRI不同高場強，1.0T以上高均勻度，B0的不均勻性必須小于1.0ppm不需要梯度線圈，

4、但需要一些空間定位的輔助裝置不需要成像裝置，但需要必要的硬件和軟件，顯示波譜，計算化學位移頻率，測定波峰等編輯課件MRS技術及技術及基本原理射頻脈沖 原子核激勵 馳豫 信號呈指數衰減（自由感應衰減） 傅立葉變換 MRS顯示 振幅與頻率的函數即MRS編輯課件MRS技術及技術及基本原理利用原子核化學位移和原子核自旋耦合裂分現象不同化合物的相同原子核，相同的化合物不同原子核之間，由于所處的化學環境不同，其周圍磁場強度會有輕微的變化，共振頻率會有差別，這種現象稱為化學位移不同化合物的相同原子核之間，相同的化合物不同原子核之間，共振頻率的差別就是MRS的理論基礎編輯課件MRS技術及技術及基本原理MRS表

5、示方法在橫軸代表化學位移（頻率差別），單位百萬分子一（ppm） 縱軸代表信號強度，峰高和峰值下面積反映某種化合物的存在和化合物的量，與共振原子核的數目成正比。編輯課件腦 MRS編輯課件如何獲得MRS選擇成像序列：激勵回波法 STEAM、點分辨波譜法 PRESS等選擇檢查方法：單體素和多體素具體的步驟：掃描參數、定位、飽和帶、預掃描勻場、數據采集、后處理分析編輯課件MRS空間定位及序列選擇l激勵回波法 (the Stimulated Echo Acquisition Method, STEAM) n點分辨波譜法 (the Point Resolved Spectroscopy PRESS)n深部

6、分辨波譜法（DRESS）n空間分辨波譜法（SPARS）編輯課件MRS序列選擇l激勵回波法 ：連續使用三個90射頻脈沖產生激勵回波： 900900900l優點：常使用短TE（35ms）檢測代謝物種類多，如脂質、谷氨酰胺和肌醇只有在短TE才能檢出 l缺點：對運動敏感，信噪比低，對勻場和水抑制要求嚴格，對T2弛豫不敏感編輯課件MRS序列選擇n點分辨波譜法 ：用1個90和2個180脈沖產生自旋回波： 90018001800n優點：信噪比高，是激勵回波法的2倍 ，可以選擇長、短TE（ 144ms or 35ms ），對T2弛豫敏感，對運動不太敏感n缺點：選擇長TE，不易檢出短T2物質，如脂質編輯課件MR

7、S檢查方法單體素氫質子（Single voxel，SV）MRS多體素氫質子（MV）MRS編輯課件編輯課件SV氫質子MRS特點覆蓋范圍有限，一次采集只能分析一個區域，適用于局限性病變，后顱窩病變采集時間短，一般35分鐘編輯課件MV氫質子MRSIn2D PROBE-SIn3D Focal PROBE-SInFull coverage MRSI和UltroPROBE-SI編輯課件MV氫質子腦MRSI的特點可以同時獲取病變側和未被病變累及的區域，評價病灶的范圍大 。勻場比較困難，由于多個區域同時獲得相同的磁場均勻性。對臨近顱骨、鼻竇或后顱窩的病灶，由于磁敏感偽影常常一次勻常不能成功采集時間比較長 。編

8、輯課件單體素與多體素的比較 單體素容易實現成像時間相對較短磁場不均勻性易克服譜線定性分析容易譜線的基線不穩定多體素覆蓋范圍大，一次采集可獲得較多信息成像時間長容易受磁場不均勻性的影響譜線基線穩定編輯課件MRS具體操作步驟 成像參數的選擇 興趣區的選擇 預掃描：體素勻場、水抑制 傳導和接收增益，調整中央頻率 資料采集 資料后處理，顯示和儲存 編輯課件如何獲得好的MRS必要的硬件和軟件是基礎：靜磁場的均勻性，射頻脈沖的穩定性，后處理軟件序列、方法、參數和位置的合理選擇，是高信噪比保證編輯課件單體素點分辨波譜法（PRESS ）成像參數 TR 1500ms TE 35ms或144ms Voxel si

9、ze 1520mm NEX 8 Scan time 340“ 編輯課件參數選擇對MRS的影響SNRCho/crNaa/crScan timesensitivity采集次數增加_體素大小_TR延長TE延長_編輯課件不同不同TE對波譜的影響（對波譜的影響（ PRESS ）TE=35msTE=144ms編輯課件不同不同TE對波譜的影響（對波譜的影響（PRESS）短TE：檢測代謝物種類多，如脂質、谷氨酰胺和肌醇只有在短TE才能檢出 ，便于測量短T2的物質。缺點是基線不夠穩定。長TE：檢測代謝物種類少，基線穩定，常用于腫瘤性病變。因為TE=144ms 時易于顯示膽堿和乳酸峰，此時乳酸峰反轉于基線下。編輯

10、課件興趣區定位對MRS的影響興趣區大小直接影響波譜曲線的準確性，過小信號相對較低；過大容易受周圍組織的干擾，產生部分容積效應。依據病灶大小決定，一般單體素為1520mm興趣區定位注意：避開血管、腦脊液、空氣、脂肪、壞死區、金屬、鈣化區和骨骼。上述區域易產生磁敏感偽影，降低分辨率和敏感性，掩蓋代謝物的檢出編輯課件勻場和水、脂抑制勻場：波譜反映的是局部磁場的瞬間變化，任何導致磁場均勻性發生改變的因素，都可以引起波譜峰增寬或重疊，使MRS信噪比和分辨率降低水、脂抑制：水、脂濃度是代謝物的幾十倍，幾百倍，甚至幾千倍，如不抑制，代謝物將被掩蓋勻場和水抑制后: 線寬，頭顱小于10Hz，肝臟小于20Hz；水

11、抑制大于95%編輯課件MRS的信噪比MRS 的信噪比決定譜線的質量MRS 的信噪比：最大代謝物的峰高除以無信號區噪聲的平均振幅。通常大于3，譜線的質量可以接受。編輯課件MRS信噪比的影響因素n磁場均勻性n興趣區定位n采集平均次數n體素大小nTR、TE時間n組織內原子核的自然濃度和敏感性n磁場強度：MRS敏感性與磁場強度的2/3次方成正比，場強越高，敏感性和分辨率越高編輯課件總之興趣區定位準確，避開可能影響MRS的周圍組織因素恰當的勻場，保證采樣區磁場均勻性，提高分辨力和敏感度充分抑制水、脂信號，避免波譜的脂肪污染和水信號對代謝物的掩蓋增加采集次數、增加體素大小提高信噪比根據不同的病變選擇不同參

12、數：TR、TE編輯課件波譜檢查不成功或出現非診斷性波譜的原因患者不能配合勻場不成功病灶存在大量的壞死、血液成分、鈣化和黑色素手術金屬夾產生磁化率偽影甘露醇治療后會在3.8ppm出現波峰類固醇類藥物治療后影響代謝物的水平編輯課件MRS面臨的挑戰 l特定技術抑制水波譜：與水相比，腦內代謝物的含量非常低l提高分辨力和敏感度： MRS反映局部磁場的瞬間變化，對任何原因引起磁場均一性的微小波動均較敏感，導致波峰增寬和重迭，從而降低MRS技術的分辨力和敏感度l定量分析困難：尤其是絕對定量編輯課件MRS臨床應用腦部體部：前列腺、肝臟、乳腺等編輯課件MRS在腦部臨床應用技術點分辨波譜法 PRESS選用SV或

13、MV選擇成像參數興趣區的選擇定位自動預掃描：勻場、水抑制數據采集后處理和分析編輯課件序列及掃描參數SV, pressTR 1500 msTE 144/35 msFOV 24 cmVoxel size 20 mmNEX 8Scan time 3 min自動預掃描后獲得的參數：線寬（Ln）小于10Hz水抑制大于95%編輯課件1H MRS在顱腦疾病的應用在顱腦疾病的應用腫瘤與非腫瘤腫瘤的類型觀察腫瘤的治療效果和復發腫瘤與水腫非腫瘤：感染，梗塞、出血、癲癇等各種變性病變、神經退行性變、脫髓鞘病變、代謝性病變等編輯課件腦MRS常見成分中文名稱英文縮寫ppm位置脂質Lipid0.8-1.3乳酸Lac1.3

14、乙酰天門冬NAA2.0谷氨酸Glu/Gln2.1, 2.3, 3.7膽堿Cr/Pcr3.2肌醇Mi/Ins3.6編輯課件ChoNAACrmI編輯課件人腦代謝物測定的意義 uN-乙酰天門冬氨酸(NAA)：位于波譜2.0ppm處，主要位于成熟神經元內，是神經元的內標記物，是正常波譜中最大的峰。uNAA下降見于神經元損害，包括缺血、創傷、感染、腫瘤等，腦外腫瘤無NAA峰uNAA升高少見，Cavana病，發育中的兒童，軸索恢復時可升高。編輯課件ChoCrNAA編輯課件正常正常異常異常編輯課件l膽堿(Cho)：腦內總膽堿，波峰位于3.2ppm處，是細胞膜磷脂代謝的成份之一，是細胞膜轉換的標記物，反映了細

15、胞膜的運轉，和細胞的增殖，Cho是髓鞘磷脂崩潰的標志。 lCho升高：腦腫瘤，急性脫髓鞘疾病lCho降低：中風，肝性腦病編輯課件ChoNAACr編輯課件l肌酸(Cr/Pcr):包括肌酸和磷酸肌酸，是腦代謝的標記物,位于波譜3.0ppm和4.1ppm處，參與體內能量代謝，Cr波峰比較穩定，常用作內標準。在正常腦波譜中，Cr是第三高波峰。lCr/Pcr升高：創傷，高滲狀態lCr/Pcr降低：缺氧，中風編輯課件CrChoNAA編輯課件l乳酸(Lac)：乳酸是糖酵解的終產物，它的出現提示無氧呼吸，正常腦組織中不可見，位于波譜1.32ppm，當TE從短TE變為長TE時， Lac峰會發生翻轉。l出現乳酸峰

16、：見于腦腫瘤、膿腫、囊腫、梗塞及炎癥編輯課件TE=35TE=144編輯課件編輯課件l肌醇（mI）：波峰的位置3.56ppm處，膠質細胞的標記物，是最重要的滲透壓或細胞容積的調節劑lmI 升高，提示膠質增生及髓鞘化不良：新生兒，低級別的膠質瘤lmI降低：惡性腫瘤，慢性肝病編輯課件Lip-脂質：波峰位于0.81.33ppm之間，脂質、谷氨酰胺和肌醇只有在短TE才能檢出Lip增高，提示髓鞘的壞死和或中斷。見于惡性腫瘤，炎癥，急性中風編輯課件TE=35ms編輯課件（1）分析MRS時注意點注意病灶區與對側非病變區對稱采集，便于對比兩次采集必須采用同樣的技術和方案，保持可比性假陰性：由于部分容積效應，體積

17、較小的病灶 可能表現為正常減少假陰性的措施：縮小體素，提高分辨率；增加采集次數，提高信噪比編輯課件（2）分析MRS時注意點比例因素（病理掩蓋）：當一種代謝物占優勢時，其他代謝物由于比例的原因，顯示為很小的波峰，這并不意味著其他代謝物濃度低，而是由于某種代謝物的病理性增加對比劑的影響：對比劑的注射不影響整個波譜的解釋，但可能會影響個別峰的面積編輯課件（3）正常情況下不同區域代謝物的變化 NAA: 海馬皮質及皮質下，小腦其他 Cr: 灰質白質（左右） 3 Cho：白質灰質，在橋腦濃度其他部位 基底節區：NAA/Cr和mI/Cr比率較低， Cho/Cr比率較高編輯課件（4）不同年齡代謝物的變化 新生

18、兒：NAA 及NAA/Cr 比率逐漸增加， 提示出生后神經元逐漸成熟 8月：Cho和 mI水平明顯升高 8月至2歲：波譜逐漸趨于正?；?2歲后與成人基本一致老年人： NAA 及NAA/Cr 比率減低，提示神經元數目減少或生存能力減低。 Cho和 Cho/Cr比率升高， 提示細胞膜退變加劇和膠質細胞數目增加編輯課件MRS鑒別腫瘤與非腫瘤 波譜技術TE=144ms，容易反映Cho水平的增長，即腫瘤病灶中主要代謝物TE=35ms，能檢出mI，有助于腫瘤分級靜脈注射對比劑前后，均可進行質子波譜成像，但進行隨訪時應與前一次一致編輯課件MRS鑒別腫瘤與非腫瘤 腫瘤的波譜形式：NAA 及NAA/Cr比率降低

19、，提示神經元數目和生存能力降低Cr降低，是由于腫瘤能量代謝的需要Cho 、Cho/ NAA 和Cho /Cr比率增加，與細胞膜轉換率和細胞的稠密度有關，是源于腫瘤細胞的增殖Lac出現：與成人腦腫瘤的分級直接相關，腫瘤級別越高峰值越高；見于所有兒童腦腫瘤中編輯課件MRS鑒別腫瘤與非腫瘤Lip的出現強烈提示組織壞死，見于腫瘤、炎癥、急性脫髓鞘病變mI/Cr便于腫瘤分級，低度惡性腫瘤高度惡性腫瘤；mI/Cr比率明顯增高，提示為非腫瘤性病變Glx高于NAA峰1/3時即認為Glx增高，見于腦膜瘤，明顯增高提示非腫瘤性病變：感染，梗死，肝性腦病等編輯課件MRS鑒別腫瘤與非腫瘤 注意點不能完全依賴于波譜，要

20、結合MRI圖像和灌注結果假陰性結果：見于腫瘤明顯壞死、低度惡性、非常小的病變假陽性結果：見于炎性假瘤、機化的血腫、病毒性腦炎等編輯課件膠質瘤Cho增加，NAA降低編輯課件Cho增加編輯課件Cho增加編輯課件腦膿腫Lac增高編輯課件磁共振波譜磁共振波譜( (MRS) )技術在技術在體部的體部的應用應用編輯課件MRS在前列腺腫瘤中的應用超聲、CT、MRI診斷前列腺癌，敏感性特異性都不高MRS使前列腺癌的診斷重現生機，MRI與3D-MRS相結合評價前列腺癌敏感性95%，特異性91%的，是最為理想的檢出前列腺癌的方法。 摘自（Radiology,1999,213:473-480）編輯課件MRS在前列腺腫瘤中的應用前列腺癌在MRS上表現為較高的Cho峰，同時特異性的枸櫞酸鹽（Citrate）峰明顯減低，對前列腺癌的診斷特異性較高。MRS技術：選擇序列參數、定位、飽和帶、勻場常規自動預掃描自動勻場和水脂抑制，要求線寬小于15Hz，方可進行MRS數據采集。數據后處理分析編輯課件正常前列腺的正常前列腺的M