腦磁共振波譜(bōpǔ)成像

MRspectroscopyofthebrain李向榮廣西醫科大學第一附屬(fùshǔ)醫院放射科第一頁，共六十一頁。IntroductionMagneticResonanceSpectroscopy，MRS研究人體(réntǐ)能量代謝的病理生理改變，顯示組織生化特征研究范圍：主要中樞神經系統，體部如前列腺，肝臟，乳腺等不同波譜：1H、31P、13C、19F、23Na

1H-MRS應用最廣泛第二頁，共六十一頁。MRS對硬件(yìnɡjiàn)的要求與MRI不同高場強，1.0T以上（通常1.5或3.0T）高均勻度，B0的不均勻性必須小于1.0ppm不需要梯度線圈，但需要一些空間定位的輔助裝置(zhuāngzhì)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，測定波峰等第三頁，共六十一頁。MRS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(biànhuà)，共振頻率會有差別，這種現象稱為化學位移（ChemicalShift），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的理論基礎第四頁，共六十一頁。MRS如何(rúhé)生成射頻脈沖原子核激勵馳豫信號呈指數衰減（自由感應衰減）傅立葉變換以振幅(zhènfú)與頻率的函數曲線顯示，即磁共振波譜圖橫軸代表(dàibiǎo)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。第五頁，共六十一頁。MRS掃描(sǎomiáo)前的若干問題第六頁，共六十一頁。MRS序列(xùliè)選擇1、激勵回波法

(theStimulatedEchoAcquisitionMethod,STEAM)

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(cáinéng)檢出

缺點：對運動敏感，信噪比低，對勻場和水抑制要求嚴格，對T2弛豫不敏感第七頁，共六十一頁。MRS序列(xùliè)選擇2、點分辨波譜(bōpǔ)法

(thePointResolvedSpectroscopyPRESS)優點：信噪比高，是激勵回波法的2倍

，可以選擇長、短TE（144msor35ms），對T2弛豫敏感，對運動不太敏感缺點：選擇長TE，不易檢出短T2物質，如脂質對于在體的臨床評價，PRESS具有(jùyǒu)高的信噪比且時效性好，最常用（3.0T）。第八頁，共六十一頁。MRS檢查(jiǎnchá)方法選擇1、單體素氫質子(zhìzǐ)（Singlevoxel，SV）MRS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3~5分鐘譜線定性分析容易第九頁，共六十一頁。單體(dāntǐ)素—SVSTEAMTE=35ms第十頁，共六十一頁。MRS檢查(jiǎnchá)方法選擇2、多體素氫質子（protonmulti-voxelspectroscopyimaging，PMVSI）MRS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場不能成功采集(cǎijí)時間比較長。第十一頁，共六十一頁。多體素—MVPRESSTE=144ms第十二頁，共六十一頁。不同TE對波譜(bōpǔ)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(cáinéng)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。第十三頁，共六十一頁。興趣(xìngqù)區對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(xiāngduì)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，SV而言，對彌散病變，體素通常為2cm×2cm×2cm，局灶性病變，體素可減小興趣區定位注意：避開血管、血液成分、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，掩蓋代謝物的檢出第十四頁，共六十一頁。興趣(xìngqù)區過小第十五頁，共六十一頁。顱骨(lúgǔ)偽影第十六頁，共六十一頁。勻場和水、脂抑制(yìzhì)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(yìzhì)：水、脂濃度是代謝物的幾十倍，幾百倍，甚至幾千倍，如不抑制(yìzhì)，代謝物將被掩蓋勻場和水抑制后:半高全寬（FWHM)，頭顱小于10Hz，肝臟小于20Hz；水抑制大于95%第十七頁，共六十一頁。MRS臨床應用(yìngyòng)技術—腦點分辨波譜(bōpǔ)法PRESS選用SV或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第十八頁，共六十一頁。序列(xùliè)及掃描參數SV,PRESSTR1500msTE144/35msFOV24cmVoxelsize8cm3NEX8Scantime3min40s自動(zìdòng)預掃描后獲得的參數：半高全寬小于10Hz水抑制大于95%第十九頁，共六十一頁。波譜(bōpǔ)評價具有診斷質量的波譜應有平直(pínɡzhí)的基線和明確的窄峰。第二十頁，共六十一頁。波譜檢查不成功或出現(chūxiàn)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(chǎnshēng)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第二十一頁，共六十一頁。MRS的主要(zhǔyào)代謝物及其意義第二十二頁，共六十一頁。N-乙酰天門冬氨酸(NAA)位于波譜2.02-2.05ppm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。NAA下降見于神經元損害(sǔnhài)，包括缺血、創傷、感染、腫瘤等，腦外腫瘤無NAA峰NAA升高少見，Cavana病，發育中的兒童，軸索恢復時可升高。正常濃度(nóngdù)為6.5-9.7mmol，平均7.8mmol第二十三頁，共六十一頁。肌酸(Cr/Pcr)位于波譜3.03ppm、3.94ppm（PCr）附近;此峰由肌酸、磷酸肌酸、-氨基丁酸、賴氨酸和谷胱甘肽共同組成；是腦細胞能量代謝的提示物，在低代謝狀態下增加，而在高代謝狀態下減低；一般較穩定，常作為其它代謝物信號強度的參照物；正常(zhèngcháng)腦波譜中，Cr是第二高波峰Cr/Pcr升高：創傷，高滲狀態Cr/Pcr降低：缺氧，中風，腫瘤第二十四頁，共六十一頁。膽堿(dǎnjiǎn)(Cho)波峰位于3.20ppm處；由磷酸膽堿、磷酸甘油膽堿、磷脂酰膽堿組成，反映腦內的總膽堿量；是細胞膜磷脂代謝的成份之一，是細胞膜轉換的標記物，反映了細胞膜的運轉，和細胞的增殖，Cho是髓鞘磷脂崩潰的標志。Cho升高：腫瘤，急性(jíxìng)脫髓鞘疾病，炎癥、慢性缺氧等Cho降低：中風，肝性腦病Cho峰是評價腦腫瘤的重要共振峰之一，腫瘤快速的細胞分裂導致細胞膜轉換和細胞增殖加快，Cho峰增高正常濃度(nóngdù)0.8-1.6mmol，平均1.3mmol第二十五頁，共六十一頁。肌醇（mI）波峰的位置3.56ppm和4.06ppm處，膠質細胞(xìbāo)的標記物，是最重要的滲透壓或細胞(xìbāo)容積的調節劑mI升高，新生兒，低級別的膠質瘤，慢性病灶膠質增生mI降低：慢性肝病，梗死，惡性腫瘤第二十六頁，共六十一頁。乳酸(rǔsuān)(Lac)位于1.32ppm，次峰4.1ppm，由兩個共振峰組成，稱為(chēnɡwéi)雙重線；TE為144ms時反轉向下；正常情況下檢測不到Lac峰。此峰出現說明細胞內有氧呼吸被抑制，無氧糖酵解過程加強出現乳酸峰：見于腦腫瘤、膿腫、囊腫、梗塞及炎癥，線粒體異常腦腫瘤中，Lac出現提示惡性程度較高第二十七頁，共六十一頁。LACLACTE=35TE=144第二十八頁，共六十一頁。脂質（Lip）波峰位于0.8~1.33ppm之間，共振頻率與Lac相似，可以(kěyǐ)遮蔽Lac峰；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。見于壞死腫瘤，炎癥，急性中風，多發性硬化急性期第二十九頁，共六十一頁。TE=35ms第三十頁，共六十一頁。谷氨酸和谷氨酰胺（Glx）位于2.1-2.55ppm，3.76ppm；谷氨酸是一種興奮性神經遞質，主要(zhǔyào)的氨攝取途徑；谷氨酰胺參與神經遞質的滅活和調節活動Glx升高：肝性腦病，缺氧性腦病第三十一頁，共六十一頁。TE=35第三十二頁，共六十一頁。丙氨酸（Ala）位于(wèiyú)1.3-1.44ppm，常被Lac和Lip峰所遮蓋，其功能尚不肯定升高：腦膜瘤，腦囊蟲Ala第三十三頁，共六十一頁。波譜(bōpǔ)結果分析第三十四頁，共六十一頁。（1）病灶(bìngzào)與正常側對比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(tóngyàng)的技術和方案，保持可比性假陰性：由于部分容積效應，體積較小的病灶可能表現為正常第三十五頁，共六十一頁。（2）比例因素(yīnsù)和對比劑比例因素（病理掩蓋）：當一種(yīzhǒnɡ)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第三十六頁，共六十一頁。（3）區域(qūyù)變化１NAA:海馬＜皮質及皮質下，小腦＜其他２Cr:灰質＞白質(báizhì)（２０％左右）3Cho：白質＞灰質，在橋腦濃度＞其他部位４基底節區：NAA/Cr和mI/Cr比率較低，Cho/Cr比率較高第三十七頁，共六十一頁。（4）年齡(niánlíng)變化新生兒：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：波譜逐漸趨于正常化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(jiǎnshǎo)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第三十八頁，共六十一頁。新生兒成人(chéngrén)頂葉(dǐnɡyè)波譜第三十九頁，共六十一頁。顱內常見(chánɡjiàn)臨床疾病的1HMRS表現第四十頁，共六十一頁。膠質瘤表現為NAA峰下降(xiàjiàng)、Cho峰升高，Cr峰稍有變化。Cho峰的升高與腫瘤的惡性相關；Cr峰隨腫瘤惡性程度的升高有降低趨勢；Lip峰出現于大多數高級別的腫瘤中，特別是腫瘤壞死區或鄰近壞死區；Lac峰多見于多形膠質母細胞瘤中，低級星形細胞瘤中出現此峰則預示腫瘤進一步惡變的可能；腦腫瘤第四十一頁，共六十一頁。腦腫瘤第四十二頁，共六十一頁。腦腫瘤第四十三頁，共六十一頁。鞍區腫瘤(zhǒngliú)第四十四頁，共六十一頁。腦膜瘤第四十五頁，共六十一頁。鼻咽癌顱內侵犯(qīnfàn)第四十六頁，共六十一頁。31P波譜可見PCr和ATP下降，Pi升高，PCr/Pi下降出現于ATP之前(zhīqián)；1H波譜可見NAA下降，Lac增加，Cho和Cr下降；腦梗死第四十七頁，共六十一頁。急性期腦梗塞第四十八頁，共六十一頁。腔隙性腦梗塞第四十九頁，共六十一頁。腦梗塞—慢性期第五十頁，共六十一頁。NAA、Cho、Cr明顯下降；Cho升高(shēnɡɡāo)(腦炎）Lac、Lip增加，有時見aa增加；感染性病變(bìngbiàn)第五十一頁，共六十一頁。腦膿腫(nóngzhǒng)第五十二頁，共六十一頁。腦炎(nǎoyán)2013.5.302013.12.5第五十三頁，共六十一頁。腦炎(nǎoyán)第五十四頁，共六十一頁。脫髓鞘性病變急性(jíxìng)強化病灶Cho含量升高，NAA含量相對正常；mI含量常升高；慢性非強化病灶NAA，Cho含量均下降，程度不一；mI含量升高，尤其是在慢性繼發型MS；第五十五頁，共六十一頁。脫髓鞘病變(bìngbiàn)第五十六頁，共六十一頁。代謝性疾病(jíbìng)非酮性高甘氨酸血癥，腦MRS可見多余甘氨酸信號;線粒體疾病，MRS表現為ＮＡＡ信號減低和異常(yìcháng)乳酸信號(氧化磷酸化障礙而致乳酸堆積);Ｃａｎａｖａｎ氏病人可見特異性ＮＡＡ信號升高。第五十七頁，共六十一頁。線粒體腦病第五十八頁，共六十一頁。癲癇(diānxián)ＮＡＡ濃度(nóngdù)與額葉、顳葉癲癇發作頻率呈負相關；隨著發作頻率的增加,ＮＡＡ呈逐漸下降的趨勢,研究表明癲癇發作越頻繁神經元喪失或功能缺失越嚴重。肌酸(Ｃｒ)和膽堿(Ｃｈｏ)峰值升高；ＮＡＡ