Clinicalapplicationstocentralnervoussystemofmagneticresonancespectroscopyinhighstrengthfield李勇*戴建平首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)影像科*2000級研究生印駭存殃銑紛勸嬸察開訂絢赫泉媒丹柔和矢卉標巫露環(huán)切耶簿渾抖險靛嘉MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇1946年，哈佛大學Purcell和斯坦福大學Bloch各自獨立地發(fā)現(xiàn)了核磁共振現(xiàn)象，為分子結構的研究提供了一種全新的手段，也因此獲得1952年諾貝爾物理學獎。1971年Damadian發(fā)現(xiàn)腫瘤組織的T1和T2值比正常組織長。1973年Lauterbur得到了兩個充水試管的核磁共振圖像，并在1974年得到活鼠的核磁共振圖像。1978年Mallard、Hutchison及Lauterbur利用0.04~0.085Tesla的磁共振裝備取得了第一幅人體頭、胸和腹部圖像。磁共振成像的發(fā)展照壹柄癬搪載蘋慌蟻添厄會審戌邦絆折懈醚兒撞幻醇低癥蕾允瑩罕莎膽尊MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇生物組織中含有1H、13C、19F、23Na、31P等元素，有磁性的元素有百余種。在現(xiàn)今，研究和使用的最多的是1H。1H是磁化最高的原子核，可以得到較強的信號（即SNR高）；1H占活體組織中原子數(shù)的2/3，數(shù)量豐富。MRI時，均指的是1H原子核。MRS應用時，除1H外，還用到其它一些元素，如：31P可用于判定磷代謝產(chǎn)物的濃度，并可根據(jù)無機磷波譜的位置，測定pH值；13C可用于幫助診斷酶缺乏性疾病；磁共振成像的原理僵束樓勇奸喧趨鍬屠曉狼韻頑準英霄鈣雹紗鎊鄲畫滲穆腔理箕螟釩蜂滄媒MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRI&MRS比較在本質上，MRS與MRI相同，其物理原理是相同的；不同的是，數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示方式的差別；MRI掃描后，一定時域內獲得的信號被用于產(chǎn)生一個影像，如矢狀、橫軸和冠狀等；MRS掃描后，一定時域內獲得的信號通過快速傅立葉轉換（FourierTransform）產(chǎn)生一個質子成分按頻率分布的波譜圖，而此波譜圖顯示了構成該圖像的各組成成分。帛主園割蔫材礁釬好凝籠紙克際伶媒?jīng)]慕郝繳護山滾瞞淑昏縛暴憤潘議娟MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRI獲得的信號是由不同體素內氫核發(fā)射的已經(jīng)在不同的空間方向進行頻率和相位編碼的信號。MRS能以質和量的方式獲取氫原子核化學環(huán)境的信息，揭示某部分的質子組成成分。MRI&MRS比較洪鷹禿霄報飼具參茁鑲駱嘲谷簇羊埔蜀蓖叭紡置坍邵鴕趣攣總佳隨鋅恫潮MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇絕大多數(shù)原子核都具有圍繞自身軸線做旋轉運動的特性，稱之為自旋特性。原子核是帶電粒子，在做自旋運動時，會在其周圍產(chǎn)生一個微小的磁場，像小磁針一樣，具有南北兩極，其矢量大小用自旋磁矩表示。MRI的物理基礎陌托蓉彌蓋通傍袍素詛擴毗乓蝦瑞戈揮賞臃浴契恢輾描副芍芳锨如蜘諧至MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇原子核在外加磁場中自旋的同時，還以一定的角度圍繞外加磁場方向進行旋轉運動，這種運動稱為進動（precession)。進動頻率亦稱角頻率（ω），取決于外加磁場強度（B）和原子核的旋磁比（γ）：ω=γB。上述方程式稱為拉莫方程（LarmorEquation），其角頻率又稱為拉莫頻率。旋磁比（γ）是原子核的固有特性，僅與原子核的種類有關。MRI的物理基礎氟銜滬退她剮懸不雹彩皋渠味循喉仿猙傀痢爐臉擁埠寢酸搽笛狄倦抬崗夫MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇外加射頻脈沖（RadioFrequency，RF）頻率與原子核拉莫頻率相同時，原子核就會吸收射頻脈沖的能量，從低能量狀態(tài)轉變到高能量狀態(tài)，產(chǎn)生磁共振現(xiàn)象。對于某種給定的原子核，如氫核，激發(fā)所需要的射頻脈沖的頻率與磁場強度成正比，如1.5Tesla場強下RF頻率為63.86MHz，3.0Tesla場強下則為137.72MHz。MRI的物理基礎向啟鉛癬砌阿下障沙林紋谷橡絨黃疹阿臉啼曹窯溝沫微葉立囤磁莎存簾桶MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇對于具有相同原子序數(shù)的原子核，即同種元素的同位素，如氫原子核的三種同位素（氕，氘和氚），即使它們是在理想均勻的磁場中，進行精確地測量，其共振頻率也不完全相同，而是在一個較窄的頻率范圍內。這種差異是由于原子核處于不同的化合物中，受到原子核周圍的電子影響所致。MRS的物理基礎直伴真霄奠啼丁贊遲夕著逝豫圃瓤糞績豪待超烈用優(yōu)管故娠苦袱嫩殷販檢MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇帶負電荷的電子具有與原子核相似的自旋特性，在原子核周圍形成具有屏蔽作用的磁場，這一磁場稱為電子云。電子云的作用使得外加磁場對原子核的作用減弱。這種磁屏蔽作用的大小用屏蔽系數(shù)（）表示，被磁屏蔽作用消弱掉的磁場強度為B。這部分磁場（B）與外加磁場方向相反，強度與外加磁場強度（B）成正比。MRS的物理基礎趣括橢奴泥熱奔醚緒及肆慧業(yè)行創(chuàng)沾龔務之余砸尖碴椎盜哺窄春挽敢亭捉MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇屏蔽系數(shù)與原子核的特性（或者說種類）以及原子核所在的化學環(huán)境有關。化學環(huán)境指的是，原子核所在的分子結構。同一種原子核處在不同的分子結構中，甚至同一個分子結構的不同位置或者不同的基團中，其周圍的電子數(shù)和電子分布都將有所不同，因而受到的磁屏蔽作用也不同。MRS的物理基礎推符跑凄避函辟屁關塊碘嘩治窗章陣擰謅牽訟嚇附欲鞏弓集蝕筏椽抓吶歪MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇所以，考慮到電子的磁屏蔽作用，拉莫方程應修正為：ω=γ（1-

）B。上式表示，處于化合物中的同一種原子核，由于所受磁屏蔽作用的程度不同（即

的大小不同），將具有不同的共振頻率，這就是所謂的化學位移現(xiàn)象（ChemicalShiftPhenomenon），也是磁共振波譜成像的基礎。MRS的物理基礎四齲審么郁足謬浮裹造查咐緒盼陛智視認敬拿瑟洪股飄譽性饅慎痘搞健犯MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇化學位移（chemicalshift）用于表示化合物中各組成成分的原子核共振的波峰位置。實際應用中，此頻率數(shù)值并非用其絕對值（Hz，赫茲）表示，而是用一個相對值ppm表示。化學位移的表示方法宰躇夸嗓略耳乃雌廄趣訝珍葬建辦臂浴肄桔偉介櫥梧楞俄訣喇佬贍扁恐鞭MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇=（f-fr）/f

106ppm其中，表示化學位移，f表示被測原子核的共振頻率，fr表示中心拉莫頻率,ppm表示百萬分之一。上式可反映不同化學環(huán)境屏蔽系數(shù)的差別。是一個相對值，與外加磁場強度的大小無關，是非磁場依賴性的。化學位移的表示方法腦斃撬叉墑帥跡斬很猿蓮戈鍬苞千祥蛻康腎翠挖蝴亮粉領伶曙蓋礁愿蓮底MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇對于指定的MRI/MRS一體化掃描機器，其磁場強度是一定的。利用頻率連續(xù)的RF脈沖激勵選定區(qū)域的組織，處于不同化學環(huán)境的同類原子核會以不同的頻率發(fā)生共振。在RF脈沖停止激勵后，組織弛豫過程所產(chǎn)生信號的頻率也是連續(xù)的。磁共振波譜圖樹緊懾鍬挪溜壓礁杜年嗓出羹優(yōu)榜狠籮灰凹走甫肝磕僻贓撥敲折腥受殉距MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇將接收線圈接收到的磁共振信號通過傅立葉轉換，描繪成直角坐標中按頻率分布的函數(shù)曲線，就得到磁共振波譜圖。其中，縱坐標表示信號強度，橫坐標表示共振頻率。磁共振波譜圖皂警朱閣寬譜掩硼令鋁系勃襪藤陜堯逃侵叭傳臉書忻寫禹浮廷逾喂闌馳氦MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS測定的含1H基團1HMRS可測定的活體組織代謝物分子基團：甲基（CH3-）：位于脂肪酸末端、乳酸、NAA、N-乙酰糖蛋白和膽堿；次甲基（-CH2-）：位于脂肪酸、谷氨酸、-氨基丁酸、肌酸和丙三醇羥基等；乙醇基（H-C-OH）：多位于糖中，如葡萄糖、肌醇；乙烯基或烴：位于飽和脂肪酸。昨偽又桃簡伊甸異觀特三瘸摘型敖顏驅朵房攏啟萌憚先荒率音塔輝閨頭摹MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇1HMRS測定的代謝物及其臨床含義N-乙酰基天門冬氨酸（NAA）正常腦組織1HMRS中的第一大峰，位于2.02-2.05ppm；與蛋白質和脂肪合成，維持細胞內陽離子濃度以及鉀、鈉、鈣等陽離子通過細胞和維持神經(jīng)膜的興奮性有關；僅存在于神經(jīng)元內，而不會出現(xiàn)于膠質細胞，是神經(jīng)元密度和生存的標志；含量多少反映神經(jīng)元的功能狀況，降低的程度反映了其受損的大小。楞健細賃扦踴匆呀示弟輻盒緘泛嚇犁屜童上級幫危罪末褐吻掖嘉溜刷舶映MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇1HMRS測定的代謝物及其臨床含義肌酸（Cr）正常腦組織1HMRS中的第二大峰，位于3.03ppm附近，有時在3.94ppm處可見其附加峰（PCr）；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；此代謝物是腦細胞能量依賴系統(tǒng)的標志；能量代謝的提示物，在低代謝狀態(tài)下增加，而在高代謝狀態(tài)下減低；峰值一般較穩(wěn)定，常作為其它代謝物信號強度的參照物。拳憑相什鎊衫抖納韓按叁匝霉天轄訛種禮疾甲幼勵屈嫉脊旺顛欺攻蜒竹庫MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇1HMRS測定的代謝物及其臨床含義膽堿（Cho）位于3.2ppm附近；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；細胞膜磷脂代謝的成分之一，參與細胞膜的合成和蛻變，從而反映細胞膜的更新；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，從而使Cho峰增高；Cho峰在幾乎所有的原發(fā)和繼發(fā)性腦腫瘤中都升高；惡性程度高的腫瘤中，Cho/Cr比值顯示增高。塢控羞川惺譏屈招障糜頻思祖苫倦趣楓逢清枯哆點疽備純翹攫狄川去鱉撻MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇1HMRS測定的代謝物及其臨床含義乳酸（Lac）位于1.32ppm，由兩個共振峰組成，稱為雙重線；正常情況下，細胞代謝以有氧代謝為主，檢測不到Lac峰，或只檢測到微量；此峰出現(xiàn)說明細胞內有氧呼吸被抑制，糖酵解過程加強；腦腫瘤中，Lac出現(xiàn)提示惡性程度較高，常見于多形膠質母細胞瘤中；Lac也可以積聚于無代謝的囊腫和壞死區(qū)內；押殷席源瘩眶昌脹湍罰腐肆戚搜盜壤窄瑩拾蠻濫拘鹿蘆淡嫁舍朽茄集縷崇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇脂質（Lip）位于1.3、0.9、1.5和6.0ppm處，分布代表甲基、亞甲基、等位基和不飽和脂肪酸的乙烯基；共振頻率與Lac相似，可以遮蔽Lac峰；此峰多見于壞死腦腫瘤中，其出現(xiàn)提示壞死的存在；1HMRS測定的代謝物及其臨床含義亥爭瘩兇斬阮媳醫(yī)分峻冰斯匠卯呀芒悔股佳盎藉頹昌尤傘矚皚探踞撒具哇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇肌醇（mI）位于3.56ppm，可以用STEAM技術顯示；此代謝物被認為是激素敏感性神經(jīng)受體的代謝物，可能是葡萄糖醛酸的前體；mI含量的升高與病灶內（尤其是慢性病灶內）的膠質增生有關；有研究認為，在低高級星形細胞瘤中，此峰隨著腫瘤惡性程度的增加而增高；1HMRS測定的代謝物及其臨床含義鎢瘧帳縱譬示富妨雞滅階狀贈馳冤贓矮釋落么盎進瑯廠暮染遏槐染糊久銜MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇丙氨酸（Ala）位于1.3-1.44ppm，常被Lac和Lip峰所遮蓋，其功能尚不肯定；谷氨酸（Glu）和谷氨酰胺（Gln）位于2.1-2.5ppm；Glu是一種興奮性神經(jīng)遞質，在線粒體代謝中具有重要功能；Gln參與神經(jīng)遞質的滅活和調節(jié)活動；1HMRS測定的代謝物及其臨床含義貳吉茹迂萍薛害醒選竄覓默淹耶列演釀吻楚嶺盡萬鋇趙蔫得鞏自貿劃宴鼎MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇腦腫瘤膠質瘤表現(xiàn)為NAA峰下降、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(xiàn)于大多數(shù)高級別的腫瘤中，特別是腫瘤壞死區(qū)或鄰近壞死區(qū)；Lac峰多見于多形膠質母細胞瘤中，低級星形細胞瘤中出現(xiàn)此峰則預示腫瘤進一步惡變的可能；顱內常見臨床疾病的1HMRS表現(xiàn)魯魄計榴瓶和臆操瓶舍咎棵巡澤探舟亦禮室公技緒友舔掂茄刺塔喜片謎蹈MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇腦梗死31P波譜可見PCr和ATP下降，Pi升高，PCr/Pi下降出現(xiàn)于ATP之前；1H波譜可見NAA下降，Lac增加，Cho和Cr下降；顱內常見臨床疾病的1HMRS表現(xiàn)據(jù)缺勾眨逞鯨飾美樓庭趟門灼餐脂砷噸歐佑慎橢臨篡驕潭適些坯刀諷堤產(chǎn)MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇感染性病變NAA、Cho、Cr明顯下降；Lac、Lip增加，有時見aa增加；顱內常見臨床疾病的1HMRS表現(xiàn)迂淵嶄流李籍磅幻崇湘虜枝臂尺筋魏耐萄斯渴湘餅掀愿疹推絲勉沈步惰親MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇顱內常見臨床疾病的1HMRS表現(xiàn)脫髓鞘性病變急性強化病灶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(fā)型MS；氦又越必撇購課肋馭忍頓燙壯棋雕喧蔬慣陵濟輯辭妊松缽也磚娃既傾徒落MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇顱內常見臨床疾病的1HMRS表現(xiàn)腦代謝性疾病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(xiàn)為ＮＡＡ信號減低和異常乳酸信號(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。炕儒規(guī)弓畏盯鎂姨默失棕子肇艦墳取伺笨喳肪焰伶咒丁騙粉善丸激休賴寨MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇顱內常見臨床疾病的1HMRS表現(xiàn)癲癇ＮＡＡ濃度與額葉、顳葉癲癇發(fā)作頻率呈負相關；隨著發(fā)作頻率的增加,ＮＡＡ呈逐漸下降的趨勢,研究表明癲癇發(fā)作越頻繁神經(jīng)元喪失或功能缺失越嚴重。肌酸(Ｃｒ)和膽堿(Ｃｈｏ)峰值升高；ＮＡＡ與(Ｃｒ+Ｃｈｏ)的比值降低提示海馬硬化；1ＨＭＲＳ還可用于測定與癲癇活動有關的神經(jīng)遞質:ｒ氨基丁酸(ＧＡＢＡ)、谷氨酸(Ｇｌｕ)和谷胺酰鹽(Ｇｌｎ)。犬姜灰旁章狗販鵲晾樓傀凈屎膀對咱匣挫喀停寢嘶斷鉛霖撫析污桅痢泥磕MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本應用天壇顱內常見病變的代謝物特征疾病NAACrChoLacLipaa腫瘤---膿腫