MRS(磁共振波譜成像在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用)

1、磁共振波譜成像在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用南京醫(yī)科大學(xué)附屬江寧醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 韋存勝概述磁共振波譜（Magnetic Resonance Spectrum, MRS）成像是迄今為止惟一能夠進(jìn)行活體組織代謝定量分析的一種無(wú)創(chuàng)檢測(cè)手段。主要應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷和鑒別，如腦缺血性病變、脫髓鞘病變、腦腫瘤及變性疾病等疾病的病理生理變化及代謝物濃度的檢測(cè)，以及檢測(cè)早期海馬硬化。不但可以反映腦組織神經(jīng)元的損傷、膠質(zhì)細(xì)胞的增生及能量代謝等變化，還可以動(dòng)態(tài)觀察各種疾病的轉(zhuǎn)化及評(píng)估其預(yù)后。技術(shù)原理不同波譜：1H、31P、13C、19F、23Na 1H-MRS應(yīng)用最廣泛利用原子核化學(xué)位移和原子核自旋耦合裂分現(xiàn)象不

2、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(chǔ)技術(shù)原理感興趣區(qū)（體素）用于數(shù)據(jù)分析和采集的區(qū)域病灶對(duì)照方法選擇1、單體素氫質(zhì)子（Single voxel，SV）1H-MRS覆蓋范圍有限，一次采集只能分析一個(gè)區(qū)域，適用于局限性病變，后顱窩病變采集時(shí)間短，一般35分鐘譜線定性分析容易2、多體素氫質(zhì)子（MV）1H-MRS可以同時(shí)獲取病變側(cè)和未被病變累及的區(qū)域，評(píng)價(jià)病灶的范圍大 。勻場(chǎng)比較困難，由于多個(gè)區(qū)域同時(shí)獲得相同的磁場(chǎng)均勻性。對(duì)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(chǎng)不能成功采集時(shí)間比較長(zhǎng) 序列選擇定位方法1、受激回波法受激回波法 (th

3、e Stimulated Echo Acquisition Method, STEAM) 優(yōu)點(diǎn)：常使用短TE（35ms）檢測(cè)代謝物種類多，如脂質(zhì)、谷氨酰胺和肌醇只有在短TE才能檢出 缺點(diǎn)：對(duì)運(yùn)動(dòng)敏感，信噪比低，對(duì)勻場(chǎng)和水抑制要求嚴(yán)格，對(duì)T2弛豫不敏感2、點(diǎn)分辨波譜法點(diǎn)分辨波譜法 (the Point Resolved Spectroscopy PRESS)優(yōu)點(diǎn)：信噪比高，是激勵(lì)回波法的2倍 ，可以選擇長(zhǎng)、短TE（ 144ms or 35ms ），對(duì)T2弛豫敏感，對(duì)運(yùn)動(dòng)不太敏感缺點(diǎn)：選擇長(zhǎng)TE，不易檢出短T2物質(zhì)，如脂質(zhì)回波時(shí)間（TE）應(yīng)用長(zhǎng)、短TE可確定的代謝產(chǎn)物如下：NAAN-乙酰天門冬氨酸

4、 Cr肌酸Cho膽堿 Lac乳酸另有一些代謝物只有短TE才能確定：Lip脂質(zhì) Glx谷氨酰胺和谷氨酸mI肌醇長(zhǎng)TE檢測(cè)到的代謝產(chǎn)物較少，所以獲得的波譜很容易解釋?？v軸代表信號(hào)強(qiáng)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(shù)目成正比。橫軸代表化學(xué)位移（頻率差別），單位百萬(wàn)分子一（ppm）MRS的主要代謝物及其意義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(jīng)元內(nèi)，是神經(jīng)元的內(nèi)標(biāo)記物，是正常波譜中最大的峰。NAA下降見(jiàn)于神經(jīng)元損害，包括缺血、創(chuàng)傷、感染、腫瘤等，腦外腫瘤無(wú)NAA峰。NAA升高少見(jiàn)，Canavan病，發(fā)育中的兒童，軸索恢復(fù)時(shí)可

5、升高。MRS的主要代謝物及其意義肌酸(Cr)位于波譜3.03ppm、 3.94ppm（Cr ）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(xì)胞能量代謝的提示物；一般較穩(wěn)定，常作為其它代謝物信號(hào)強(qiáng)度的參照物；正常腦波譜中， Cr是第二高波峰Cr升高：創(chuàng)傷，高滲狀態(tài)Cr降低：缺氧，中風(fēng)，腫瘤MRS的主要代謝物及其意義膽堿(Cho)l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(nèi)的總膽堿量；是細(xì)胞膜磷脂代謝的成份之一，是細(xì)胞膜轉(zhuǎn)換的標(biāo)記物，反映了細(xì)胞膜的運(yùn)轉(zhuǎn)，和細(xì)胞的增殖，Cho是髓鞘磷脂崩潰的標(biāo)志。 l Cho升高：腫瘤，急性脫髓鞘疾病，炎癥

6、、慢性缺氧等 l Cho降低：中風(fēng)，肝性腦病l Cho峰是評(píng)價(jià)腦腫瘤的重要共振峰之一，腫瘤快速的細(xì)胞分裂導(dǎo)致細(xì)胞膜轉(zhuǎn)換和細(xì)胞增殖加快，Cho峰增高M(jìn)RS的主要代謝物及其意義肌醇（mI）l波峰的位置3.56ppm和4.06ppm處，膠質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)記物，是最重要的滲透壓或細(xì)胞容積的調(diào)節(jié)劑l mI 升高，新生兒，低級(jí)別的膠質(zhì)瘤，慢性病灶膠質(zhì)增生l mI降低：慢性肝病，梗死，惡性腫瘤MRS的主要代謝物及其意義乳酸(Lac)位于1.32ppm，次峰4.1ppm，由兩個(gè)共振峰組成，稱為雙重線；TE為144ms時(shí)反轉(zhuǎn)向下；正常情況下檢測(cè)不到Lac峰。此峰出現(xiàn)說(shuō)明細(xì)胞內(nèi)有氧呼吸被抑制，無(wú)氧糖酵解過(guò)程加強(qiáng) 出現(xiàn)乳

7、酸峰：見(jiàn)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(xiàn)提示惡性程度較高 MRS的主要代謝物及其意義脂質(zhì)（ Lip）波峰位于0.81.33ppm之間，共振頻率與Lac相似，可以遮蔽Lac峰；脂質(zhì)、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(jiàn)于壞死腫瘤，炎癥，急性中風(fēng)，多發(fā)性硬化急性期MRS的主要代謝物及其意義谷氨酸和谷氨酰胺（Glx）位于2.1-2.55 ppm，3.76ppm； 谷氨酸是一種興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，主要的氨攝取途徑；谷氨酰胺參與神經(jīng)遞質(zhì)的滅活和調(diào)節(jié)活動(dòng)Glx升高：肝性腦病，缺氧性腦病MRS的主要代謝物及其意義區(qū)域變化 NAA: 海馬皮質(zhì)及

8、皮質(zhì)下，小腦其他 Cr: 灰質(zhì)白質(zhì)（左右） 3 Cho：白質(zhì)灰質(zhì)，在橋腦濃度其他部位 基底節(jié)區(qū)：NAA/Cr和mI/Cr比率較低， Cho/Cr比率較高M(jìn)RS的主要代謝物及其意義 年齡變化新生兒：NAA 及NAA/Cr 比率逐漸增加， 提示出生后神經(jīng)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(jīng)元數(shù)目減少或生存能力減低。Cho和 Cho/Cr比率升高， 提示細(xì)胞膜退變加劇和膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)目增加臨床應(yīng)用腦梗死1、缺血半暗帶Lac增高，而NAA 正常，說(shuō)明此處腦組織處于缺血狀態(tài)，但神經(jīng)元功能尚未受到

9、損害2、梗死急性期進(jìn)入梗死期后, 與缺血半暗帶相同, MRS可以檢測(cè)到Lac水平升高, 是腦梗死開(kāi)始階段最敏感的標(biāo)記物。NAA也是一個(gè)與腦梗死相關(guān)的標(biāo)記物。缺血2 h后, NAA即開(kāi)始下降, 缺血3 6 h時(shí)NAA持續(xù)下降, 6 12 h時(shí)下降幅度最為明顯, 24 72 h時(shí)持續(xù)下降到幾乎完全消失。且NAA的下降是不可逆的。3、亞急性期或慢性期在亞急性期或慢性期，隨梗死進(jìn)程，Lac水平以每周36%速度下降。NAA水平下降是漸進(jìn)的，且不可逆（大約每周29%）由于神經(jīng)元比膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)缺血更敏感，所以NAA下降的幅度大于Cho和Cr。1H MRS可用于梗死與腫瘤的鑒別Lac水平升高伴NAA，Cr和Ch

10、o降低提示梗死。Lac和Cho水平升高伴NAA和Cr降低提示腫瘤。（注意：亞急性或慢性期梗死，由于再次髓鞘形成和膠質(zhì)增生，Cho水平可以升高）臨床應(yīng)用TIA研究證明, 在TIA發(fā)作后的1天內(nèi), 對(duì)腦功能異常區(qū)和對(duì)側(cè)相同腦區(qū)進(jìn)行MRS檢查, 結(jié)果發(fā)現(xiàn):功能異常區(qū)的NAA/Cr無(wú)明顯異常改變, 提示TIA患者一過(guò)性局部腦血流低灌注尚不足以影響局部神經(jīng)元的數(shù)量與功能, 而Lac峰升高, 提示腦局部低灌注可能導(dǎo)致局部無(wú)氧代謝Lac濃度升高, 因此該區(qū)是可能發(fā)展成腦梗死的高危區(qū)域。臨床應(yīng)用腦出血腦出血周圍NAA/Cr 持續(xù)下降，尤其是在出血后2 周腦出血后遲發(fā)性水腫區(qū) NAA/Cr 降低和Lac 峰出現(xiàn)

11、表明水腫區(qū)神經(jīng)元受損或缺血，提示局部血腦屏障破壞。臨床應(yīng)用MSMS的MRS特征表現(xiàn)為:NAA/Cr普遍降低, Cho/Cr普遍增高, mI/Cr增加, NAA降低, Cho、mI、Lac均增高。急性斑塊1、 Cho， Cho /Cr Cho 升高表明髓鞘崩解，通常見(jiàn)于斑塊形成的早期。2、 Lip升高可持續(xù)至6個(gè)月。 Lip增加是脫髓鞘退變的結(jié)果，提示急性脫髓鞘。3、 mI， Lac4、Cr大的破壞病灶可見(jiàn)Cr明顯一過(guò)性降低，于亞急性期和慢性期恢復(fù)正常。5、 NAA，NAA/Cr 當(dāng)MRI圖像尚無(wú)法顯示斑塊且無(wú)強(qiáng)化時(shí), MRS即可見(jiàn)Lac增多、NAA減少, 看似正常腦白質(zhì)(normal-appe

12、aring whitematter, NAWM)區(qū)內(nèi)也有異常改變, 表現(xiàn)NAA降低、Cho升高, 可為早期診斷做出提示。慢性斑塊1、Cho， Cho /Cr有正常化趨勢(shì)，其高水平數(shù)值會(huì)持續(xù)數(shù)月甚至數(shù)年。2、Lip和Lac峰信號(hào)消失。3、NAA水平和NAA/Cr比率下降是慢性斑塊的特征，提示進(jìn)行性的神經(jīng)元和軸索丟失。臨床應(yīng)用鑒別RR和PS均表現(xiàn)為cMRI上成T2高信號(hào)和表現(xiàn)正常的白質(zhì)均可顯示NAA/Cr和NAA/Cho比率降低。與RR型患者相比，在白質(zhì)正常的PS患者中上述比率降低的更為明顯。cMRI上表現(xiàn)正常的白質(zhì)中NAA降低，原因可能有：1、神經(jīng)元斷面位于或鄰近急性斑塊，并繼發(fā)Walleria

13、n變性。2、 cMRI上尚未顯示白質(zhì)病變。3、慢性的軸索代謝功能障礙，導(dǎo)致NAA合成減少。臨床應(yīng)用癲癇單體素1H MRS體素位于雙側(cè)海馬雙側(cè)海馬 NAA，NAA/Cr， NAA/Cho， NAA/（Cho+Cr）提示神經(jīng)元丟失和功能障礙 Cho+Cr（可觀察到）提示反應(yīng)性星形細(xì)胞增生 mI提示反應(yīng)性膠質(zhì)細(xì)胞星形細(xì)胞增生Lip和Lac（至7天）癲癇發(fā)作后第一個(gè)24小時(shí)測(cè)定NAA/（Cho+Cr）是最有用的參數(shù)，若該比率低于0.71,則認(rèn)為是病理性。 隨著發(fā)作頻率的增加，NAA呈逐漸下降的趨勢(shì),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(yán)重。 NAA/（Cho+Cr）的比值降低提示海馬硬化。臨床

14、應(yīng)用AD體素扣帶回后緣（AD代謝異常首先出現(xiàn)在扣帶回）TE 30ms主要表現(xiàn)NAA，NAA/Cr ，Cho， Cho /CrmI， mI /Cr（0.70）（為早期異常，對(duì)診斷最重要）對(duì)于AD患者， NAA/Cr的降低與認(rèn)知障礙的嚴(yán)重程度具有直接相關(guān)性。當(dāng)cMRI正常，海馬尚未萎縮時(shí)，1H MRS即可檢測(cè)AD。在AD患者，mI/Cr的升高早于NAA/Cr的降低。1H MRS診斷AD的敏感性是85%，特異性為65%。對(duì)于AD和正常老年人鑒別的敏感度為83%，特異度為98%。對(duì)AD和其他類型癡呆鑒別的敏感度為82%，特異度65%。鑒別鑒別抑郁癥與AD鑒別比較重要，如果扣帶回的1H MRS正常，則應(yīng)

15、考慮為抑郁癥而非AD。在受累白質(zhì)區(qū)，MID顯示Cho/Cr升高。如果mI /Cr0.70，但NAA/Cr正常，則應(yīng)考慮診斷為AD。應(yīng)除外糖尿病、尿毒癥、高鈉血癥等高滲狀態(tài)（高滲狀態(tài)典型表現(xiàn)為mI /Cr 升高）如果NAA/Cr升高， 但mI /Cr正常或降低，應(yīng)考慮其他類型的癡呆或低滲狀態(tài)，如低鈉血癥、SIADH等，而不是AD。因此，盡管1H MRS不能確診AD，但有助于鑒別診斷。臨床應(yīng)用額顳葉癡呆累及一個(gè)或多個(gè)腦葉的局灶性萎縮，主要是額葉，額顳葉或額頂葉。體素額葉（皮質(zhì)和/或白質(zhì)）TE 30ms主要表現(xiàn)NAA，NAA/Cr Cho， Cho /CrmI， mI /Cr（主要異常）能觀察到La

16、c峰臨床應(yīng)用血管性癡呆體素額葉和頂葉白質(zhì)TE 30ms主要表現(xiàn)Cho /Cr臨床應(yīng)用PD體素紋狀體可用于鑒別PD和PS PD典型的1H MRS是正常的。 PSNAA/Cr，NAA/Cho臨床應(yīng)用腦腫瘤 Cho峰的升高與腫瘤的惡性相關(guān)；Cr峰隨腫瘤惡性程度的升高有降低趨勢(shì)；Lip峰出現(xiàn)于大多數(shù)高級(jí)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(jiàn)于多形膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中，低級(jí)星形細(xì)胞瘤中出現(xiàn)此峰則預(yù)示腫瘤進(jìn)一步惡變的可能。臨床應(yīng)用膠質(zhì)細(xì)胞瘤膠質(zhì)細(xì)胞瘤是起源于神經(jīng)上皮組織的腫瘤, 在各型顱內(nèi)腫瘤中發(fā)病率最高。典型的膠質(zhì)細(xì)胞瘤1 H-MRS是NAA下降, Cho升高, Cr不變或下降, Lac的出現(xiàn)。許多學(xué)者研究表明, 在星形細(xì)胞瘤, 隨著分級(jí)的升高, NAA/Cr下降, 但不足以作為腫瘤的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。臨床應(yīng)用腦膜瘤膜瘤起源于腦膜細(xì)胞, 屬腦外腫瘤, 由于不含正常神經(jīng)元, 檢測(cè)不到NAA。典型的1H-MRS是NAA的消失, Cho升高。屬腦外腫瘤共同的1H-MRS表現(xiàn)。而腦膜瘤較為特征性的表現(xiàn)是?？蓹z測(cè)到丙氨酸(Ala,1.3 1.4ppm)。可檢測(cè)到小的乳酸鹽。腦膜瘤多為良性腫瘤, 但顯著的Cho升高, 常提示為惡性腦膜瘤。臨床應(yīng)用顱神經(jīng)瘤顱神經(jīng)瘤起源于施旺細(xì)胞, 因此, 典型的顱神經(jīng)瘤1H-MRS