MRS的原理和臨床應(yīng)用

1、MRS的原理和臨床應(yīng)用南華大學(xué)附二醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 梁江紅什么叫核磁共振？ 原子核在自旋中會(huì)產(chǎn)生磁場，所以這樣的原子核可以看成微小的磁鐵如果把這樣帶有磁性的核放到外磁場中，核自旋對(duì)外磁可以有2I+1種取向氫原子核的I=1/2,因此只有兩種取向，+1/2，-1/2，即與外磁場同向和與外磁場反向前者能量低，后者能量高 什么叫核磁共振？ 若質(zhì)子受到一定頻率的電磁波輻射，輻射所提供的能量恰好等于質(zhì)子兩種取向的能量差，質(zhì)子就吸收電磁輻射的能量，從低能級(jí)躍遷至高能級(jí)。這種現(xiàn)象即稱核磁共振。 MRS發(fā)展歷史 1 1946年美國斯坦福F.布洛克和哈弗大學(xué)E.M.帕塞爾小組均同時(shí)記錄到液體樣品和固體樣品的磁共振信號(hào)

2、。 2 20世紀(jì)50年代桑德斯和柯克伍德首次成功的利用MRS直接觀測生物大分子40MHz的核糖核酸酶的MRS。此后，又連續(xù)測到其他蛋白質(zhì)、核酸、磷脂等相應(yīng)組分。MRS技術(shù)特點(diǎn) 在研究生物大分子時(shí)，MRS有以下技術(shù)特點(diǎn)： 1 不破壞生物高分子的結(jié)構(gòu)（包括空間結(jié)構(gòu)） 2 在溶液中測定符合生物體的常態(tài)，也可測定固體樣品，比較晶態(tài)和溶液態(tài)構(gòu)象的異同。 3 不僅可以用來研究構(gòu)象而且可以用來研究構(gòu)象變化即構(gòu)象動(dòng)力學(xué)過程。MRS技術(shù)特點(diǎn) 4 可以提供分子中個(gè)別基團(tuán)的信息，對(duì)于比較小的多肽和蛋白質(zhì)已經(jīng)可以通過二維的MRS獲得三維的結(jié)構(gòu)的信息。 5 可用來研究活細(xì)胞和活組織。MRS在生物體中研究范圍 MRS在生

3、物體中研究范圍很廣： 1 確定生物分子的成分和濃度，特別是可不破壞組織細(xì)胞而測得其組分；確定異構(gòu)體比例；確定分子解離狀態(tài)；確定金屬離子或配基是否處于結(jié)合狀態(tài)；以及測定細(xì)胞內(nèi)外的PH值等。 2 熱力學(xué)的研究：測定酶與底物、配基、抑制劑的結(jié)合常數(shù)；測定可解離基團(tuán)的PK值，特別是生物大分子中處于不同微環(huán)境的同類殘基的同類基團(tuán)的不同PK值。MRS在生物體中研究范圍 3 動(dòng)力學(xué)研究 監(jiān)測反應(yīng)進(jìn)程測定各組分隨時(shí)間的變化等。 4 分子運(yùn)動(dòng)研究:如生物膜的流動(dòng)性等。 5 分子構(gòu)象及構(gòu)象變化研究 6 活體研究 7二維MRS研究:20世紀(jì)70-80年代人類進(jìn)入二維到三維MRS研究。二維MRS波譜圖MRS的臨床意義

4、 磁共振波譜(MR Spectroscopy， MRS)是醫(yī)學(xué)影像學(xué)近年來發(fā)展的新的檢查手段:1.作為一種無創(chuàng)傷性研究活體器官組織代謝、生化變化及化合物定量分析的方法，2.隨著MRI、MRS裝置不斷改進(jìn)，軟件開發(fā)及臨床研究的不斷深入，人們通過MRS對(duì)各種疾病的生化代謝的認(rèn)識(shí)將不斷提高，為臨床的診斷、鑒別、分期、治療和預(yù)后提供更多有重要價(jià)值的信息。3.1H MRS可對(duì)神經(jīng)元的丟失、神經(jīng)膠質(zhì)增生進(jìn)行定量分析，4 31P磁共振波譜可對(duì)心肌梗塞能量代謝變化進(jìn)行評(píng)價(jià)。5 MRS以分子水平了解人體生理上的變化，從而對(duì)疾病的早期診斷、預(yù)后及鑒別診斷、療效追蹤等方面，做出更明確的結(jié)論. MRS基本原理 磁共振

5、波譜分析原理（MRS） MRS是一種利用核磁共振現(xiàn)象和化學(xué)位移作用，測量腦內(nèi)有關(guān)區(qū)域中各種元素和化合物分子的波譜，借此了解局部腦神經(jīng)元的活動(dòng)信息。其基本原理與MRI一致，只不過經(jīng)典MRI和fMRI技術(shù)是檢測水質(zhì)子共振信號(hào)，而MRS是檢測其他化學(xué)物質(zhì)分子的質(zhì)子或其他原子核(1H、31P、23Na、13C、19F)的共振信號(hào)。其中在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用最多的是1H和31P。 MRS基本原理一、名詞解釋1進(jìn)動(dòng)：原子核在外加磁場中自旋的同時(shí)，還以一定的角度圍繞外加磁場方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為進(jìn)動(dòng)（precession)。自旋的進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象主要出現(xiàn)在核磁共振與磁振造影上。其中的例子包括了穩(wěn)定態(tài)自由旋進(jìn)(進(jìn)動(dòng))

6、造影。 在一個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)里，力 F 、力矩 、動(dòng)量 P 、角動(dòng)量 L ，這些物理量之間的關(guān)系 2 弛豫（relaxation ） 病人檢查時(shí)被置于磁場中接受一序列脈沖后，打亂組織內(nèi)質(zhì)子運(yùn)動(dòng)，脈沖停止后質(zhì)子的能級(jí)和相位恢復(fù)到激發(fā)前狀態(tài)，這一過程稱為弛豫。縱向弛豫（T1）和橫向弛豫（T2）。磁共振現(xiàn)象類比 玩具小雞啄米-重力場主磁場，搖晃的手脈沖激勵(lì)磁場，回復(fù)平衡狀態(tài)弛豫 MRS基本原理 3 電子云：帶負(fù)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(duì)原子核的作用減弱。 4 化學(xué)位移 ： 將人體置入外加主磁場中，核沿主磁場方向做

7、陀螺樣進(jìn)動(dòng)，原子核所受的磁場主要由主磁場決定。但是，也與核的磁旋比、核外電子云及臨近質(zhì)子的電子云有關(guān)。電子云的作用會(huì)屏蔽主磁場的作用，使的核所受的磁場強(qiáng)度小于外加主磁場。這種由于電子云的作用產(chǎn)生的磁場差異被稱為化學(xué)位移。主要是屏蔽系數(shù)與原子核的特性（或者說種類）以及原子核所在的化學(xué)環(huán)境有關(guān)。 MRS基本原理 化學(xué)環(huán)境指的是，原子核所在的分子結(jié)構(gòu)。同一種原子核處在不同的分子結(jié)構(gòu)中，甚至同一個(gè)分子結(jié)構(gòu)的不同位置或者不同的基團(tuán)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。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，將具有不同的共振頻率，這就是所謂的化學(xué)位移現(xiàn)象，

8、也是磁共振波譜成像的基礎(chǔ)。MRS基本原理 實(shí)際上，研究某種樣品物質(zhì)的磁共振頻譜時(shí)，常選用一種物質(zhì)做參考基準(zhǔn)，以它的共振頻率作為頻譜圖橫坐標(biāo)的原點(diǎn)。并且，將不同種原子基團(tuán)中的核的共振頻率相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)的頻率之差作為該基團(tuán)的化學(xué)位移。顯然，這種用頻率之差表示的化學(xué)位移的大小與磁場強(qiáng)度高低有關(guān)。 MRS基本原理 在正常組織中，代謝物在物質(zhì)中以特定的濃度存在，當(dāng)組織發(fā)生病變時(shí)，代謝物濃度會(huì)發(fā)生改變。磁共振成像主要是對(duì)水和脂肪中的氫質(zhì)子共振峰進(jìn)行測量 . 在1.5T場強(qiáng)下水和脂肪共振頻率相差220Hz (化學(xué)位移)，但是在這兩個(gè)峰之間還有多種濃度較低代謝物所形成的共振峰，如NAA、Cr、Cho等，這些代

9、謝物的濃度與水和脂肪相比非常低。MRS需要通過勻場抑制水和脂肪的共振峰，才能使這些微弱的共振峰群得以顯示. MRS基本原理 MRI與MRS的區(qū)別： MRI盡量去除化學(xué)位移的作用，并突出反映組織間T1、T2的差異，而MRS恰恰要利用化學(xué)位移的作用來確定代謝物的種類和含量。 MRS基本原理 化學(xué)位移的表示方法化學(xué)位移的表示方法 化學(xué)位移（chemical shift）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(shí)際應(yīng)用中，此頻率數(shù)值并非用其絕對(duì)值（Hz，赫茲）表示，而是用一個(gè)相對(duì)值ppm表示。MRS基本原理5 自旋耦合（spin-spin coupling） 在分子中，不僅核外的電子會(huì)對(duì)質(zhì)

10、子的共振吸收產(chǎn)生影響，鄰近質(zhì)子之間也會(huì)因互相之間的作用影響對(duì)方的的核磁共振吸收，引起共振譜線增多。這種相鄰原子核之間的相互作用稱為自旋偶合。因自旋偶合而引起的譜線增多現(xiàn)象稱為自旋裂分。 所謂自旋裂分是當(dāng)發(fā)生核磁共振時(shí)，一個(gè)質(zhì)子發(fā)出的信號(hào)被鄰近的另一個(gè)質(zhì)子裂分成了兩個(gè)，這就是自旋裂分。 任何原子核都具有磁距和自旋的特性并能產(chǎn)生磁共振信號(hào)；用于臨床最常見的元素有氫(1H)，磷(31P)，碳(13C)，鈉(23Na 及氟(19F)。其受激發(fā)后產(chǎn)生的信號(hào)構(gòu)成了磁共振波譜成像的基礎(chǔ)。 應(yīng)用高分辨的現(xiàn)代核磁共振儀，乙醚的譜圖（低分辨），原來的兩個(gè)峰各分裂成四重峰和三重峰，這種情況叫做峰的裂分現(xiàn)象。吸收峰為

11、什么會(huì)發(fā)生裂分這是因?yàn)橄噜弮蓚€(gè)碳上質(zhì)子之間的自旋偶合（自旋干擾）引起的。如，一個(gè)質(zhì)子共振峰不受相鄰的另一個(gè)氫質(zhì)子的自旋偶合時(shí)，表現(xiàn)為一個(gè)單峰。若受其（相鄰一個(gè)質(zhì)子，12，12）自旋偶合時(shí)，則裂分為一組二重峰，該二重峰強(qiáng)度相等，其總面積正好和未分裂的單峰的面積相等。峰位則對(duì)稱分布在未分裂的單峰兩側(cè)，一個(gè)在強(qiáng)度較低的外加磁場區(qū)，一個(gè)在強(qiáng)度較高的外加磁場區(qū)。這是由于受附近質(zhì)子自旋影響的結(jié)果。 因此，自旋耦合的強(qiáng)度與共價(jià)鍵的多少有關(guān)，而化學(xué)位移則隨MR的場強(qiáng)變化。同種原子核在不同化合物中進(jìn)動(dòng)頻率的不同在MRS上具體表現(xiàn)為頻率軸上不同位置而形成不同的峰。 如果對(duì)兩組峰做積分，則積分曲線所代表的兩組峰的總

12、面積比為1:2。質(zhì)子的自旋裂分是有規(guī)律的，若一組化學(xué)等價(jià)的質(zhì)子，它只有一組數(shù)目為n的相鄰碳原子上的等價(jià)質(zhì)子，那么它的吸收峰裂分為（n+1）個(gè)，這就是（n+1）規(guī)律。 裂分峰的相對(duì)峰面積，基本上滿足二項(xiàng)展開式的各項(xiàng)系數(shù)比，即雙峰(1:1)，三重峰(1:2:1)，四重峰(1:3:3:1)，五重峰(1:4:6:4:1)等。在核磁共振譜中常以s(singlet)表示單峰；d(doublet)表示雙峰，t(triplet)表示三重峰；q(quartet)表示四重峰；m(multiplet)表示多重峰。 常用耦合常數(shù)作為自旋耦合的量度，用符號(hào)J表示，單位是赫茲(Hz)。J的大小表示了耦合作用的強(qiáng)弱。Jab

13、表示質(zhì)子a被質(zhì)子b裂分的耦合常數(shù)，它可以通過吸收峰的位置差別來體現(xiàn)，這在圖譜上就是裂分峰之間的距離。 MRS基本原理 MRS檢查方法 MRS 檢查前，一般先做MRI，根據(jù)圖像提供的病變部位，對(duì)感興趣區(qū)（ROI)進(jìn)行MRS檢查?，F(xiàn)最常用下列幾種技術(shù)來獲取代謝變化信號(hào)：1、表面線圈法：將表面線圈置于被檢測部位的體表，這主要用于周圍肌肉、皮膚和肝臟的檢查；2、深部分辨表面線圈法：應(yīng)用選擇性脈沖激發(fā)距體表一定距離的單一層面，主要用于心臟的檢查；3、選擇性激發(fā)技術(shù)：利用梯度脈沖激發(fā)感興趣區(qū)的中心點(diǎn)，可用于腦組織的檢查。 MRS基本原理 MRS 臨床應(yīng)用醫(yī)學(xué)領(lǐng)域波譜分析以31PMRS 及1HMRS 應(yīng)用研

14、究較多 。 31P-MRS： 31P 在活體能量代謝中有重要作用，同時(shí)組織31P 的峰值曲線數(shù)目不多，但化學(xué)位移值大，易于判斷其峰值結(jié)果。生物組織31PMRS 可測出7 條不同的共振峰：磷酸單脂(PME)、磷酸二脂(PDE)、磷酸肌酸（PCr）、無機(jī)磷（topicphaphate ， Pi）和三磷酸腺昔（adenodnetriPbephate，ATP）中的 、磷原子。 MRS基本原理 這7 條共振峰在不同組織、不同代謝狀態(tài)時(shí)的峰值是不同的，與正常標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照，可判斷每一個(gè)化合物的含量。另外，Pi 的化學(xué)位移受細(xì)胞內(nèi)pH 值的影響，根據(jù)它的化學(xué)位移相對(duì)于PCr 的改變可測定細(xì)胞內(nèi)的PH 值。但磷在人

15、體內(nèi)自然豐度及靈敏度較低，而氫是人體最豐富的原子核，自然豐度和靈敏度均高，最易被檢測到，檢測設(shè)備要求相對(duì)簡單，故近年來1H MRS 研究較多。 31P通常以PCr為標(biāo)定物 。MRS基本原理 1H-MRS： 氫原子核因只含有一個(gè)質(zhì)子，其波譜也稱質(zhì)子磁共振波譜。且氫原子核占人體原子核數(shù)量的2/3左右，自然豐度及相對(duì)靈敏度高，其相對(duì)靈敏度是31P的16倍，是人體磁共振信號(hào)的主要來源，故質(zhì)子磁共振波譜容易成功 MRS基本原理1H MRS的檢查方法 單體素1H MRS檢查 是一種自動(dòng)檢測MRS技術(shù)，應(yīng)用較早?？稍?5分鐘內(nèi)直接得到波譜分析圖。常用的脈沖序列為激勵(lì)回波法（STEAM）和點(diǎn)分辨法（PRESS

16、） 多體素1H MRS檢查 該法采用CSI成像，空間定位由選擇性RF及三維梯度在每次掃描中遞增而定，是多維相位編碼技術(shù)，可同時(shí)編碼多個(gè)體素。該技術(shù)的一大優(yōu)點(diǎn)是一次可采集多個(gè)感興趣區(qū)的信號(hào)，便于比較正常組織和病變組織，并對(duì)容積內(nèi)任一像素進(jìn)行波譜重建 。MRS基本原理 3D 1H MRS檢查 即全腦容積波譜成像。采用螺旋波譜成像法可得到較大范圍的波譜成像，并得到全腦代謝物分布圖。具體為同時(shí)進(jìn)行連續(xù)多個(gè)層面的二維波譜成像，得到多個(gè)頻率圖像。掃描結(jié)果經(jīng)計(jì)算機(jī)后處理分析后可得到波譜圖。MRS基本原理 磁共振波譜圖磁共振波譜圖 對(duì)于指定的MRI/MRS一體化掃描機(jī)器，其磁場強(qiáng)度是一定的。 利用頻率連續(xù)的R

17、F脈沖激勵(lì)選定區(qū)域的組織，處于不同化學(xué)環(huán)境的同類原子核會(huì)以不同的頻率發(fā)生共振。 在RF脈沖停止激勵(lì)后，組織弛豫過程所產(chǎn)生信號(hào)的頻率也是連續(xù)的。磁共振波譜圖磁共振波譜圖 將接收線圈接收到的磁共振信號(hào)通過傅立葉轉(zhuǎn)換，描繪成直角坐標(biāo)中按頻率分布的按頻率分布的函數(shù)曲線函數(shù)曲線，就得到磁共振波譜圖。 其中，縱坐標(biāo)表示信號(hào)強(qiáng)度信號(hào)強(qiáng)度，橫坐標(biāo)表示共共振頻率振頻率磁共振波譜圖磁共振波譜圖Representative spectrum of the human brain in vivo. Each peak is labeled with the molecule and its structure (Sc

18、iFinder). Note that lipid and lactate are not observed in healthy brain (as shown here), and therefore their absorptions are not visible. The curved arrow represents Hunters Angle, which is drawn starting from mI to NAA.MI:肌醇，glutamate/glutamine (Glx)：谷氨酸鹽與谷氨酸比值 磁共振波譜圖磁共振波譜圖 不同的MRI/MRS一體機(jī)，有不同的MRS波譜圖

19、。 此圖是北京天壇醫(yī)院波譜圖。有兩條彩色線條表示不同化合物的峰值。A normal magnetic resonance spectroscopy (MRS) study is shown. The voxel was placed in the right posterior frontal lobe as indicated. The MRS was taken from a fluid-attenuated inversion recovery (FLAIR) image using single-voxel point resolved selective spectroscopy (

20、PRESS) technique (TR 1500, TE of 35). Note the distribution and appearance of the normal neurometabolites.正常新生兒1H-MRSN-乙酰基天門冬氨酸(NAA)、肌酸復(fù)合物(Cr)、膽堿復(fù)合物(Cho)波峰高聳，肌醇(MI)波略低，谷氨酸-谷氨酰胺(Glu-Gln)及乳酸波低平 磁共振波譜圖磁共振波譜圖 本院波譜圖： 1 縱向坐標(biāo)表示信號(hào)強(qiáng)度，橫向坐標(biāo)表示共振頻率（PPM). 2 縱向坐標(biāo)以零軸為界，零軸以上為正值，零軸以下為負(fù)值。MRS基本原理下面是研究MRS譜線時(shí)常用到的參數(shù): (1)共

21、振峰的共振頻率的中心峰的位置V: 化學(xué)位移決定磁共振波譜中共振峰的位置。 (2)共振峰的分裂。 (3)共振峰下的面積和共振峰的高度: 在磁共振波譜中，吸收峰占有的面積與產(chǎn)生信號(hào)的質(zhì)子數(shù)目成正比。在研究波譜時(shí)，共振峰下的面積比峰的高度更有價(jià)值，因?yàn)樗皇艽艌鼍鶆蚨鹊挠绊?，?duì)噪音相對(duì)不敏感。 (4)半高寬: 半高寬是指吸收峰高度一半時(shí)吸收峰的寬度，它代表了波譜的分辨率。MRS測定的含1H基團(tuán)1H MRS可測定的活體組織代謝物分子基團(tuán)：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）

22、：多位于糖中，如葡萄糖、肌醇；乙烯基或烴：位于飽和脂肪酸。磁共振波譜圖波峰及臨床意義磁共振波譜圖波峰及臨床意義 1H-MRS波峰： NAA波峰： N-乙酰基天門冬氨酸（NAA） 正常腦組織1H MRS中的第一大峰，位于2.02-2.05ppm； 與蛋白質(zhì)和脂肪合成，維持細(xì)胞內(nèi)陽離子濃度以及鉀、鈉、鈣等陽離子通過細(xì)胞和維持神經(jīng)膜的興奮性有關(guān)； 僅存在于神經(jīng)元內(nèi)，而不會(huì)出現(xiàn)于膠質(zhì)細(xì)胞，是神經(jīng)元密度和生存的標(biāo)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。 峰值下降可見于多種累及神經(jīng)元或軸索的神經(jīng)系統(tǒng)疾病中,如腦梗死、腦腫瘤、癲癇、多發(fā)性硬化和神經(jīng)系統(tǒng)變性病。NAA 特異性升高見于

23、Canavans 病,為一種遺傳性腦白質(zhì)營養(yǎng)不良,因缺乏NAA 水解酶所致。NAA(N-乙酰天門冬氨酸)波峰肌酸（Cr） 正常腦組織1H MRS中的第二大峰，位于3.03ppm附近，有時(shí)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(xì)胞能量依賴系統(tǒng)的標(biāo)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(hào)強(qiáng)度的參照物。因?yàn)镃r 值一般不會(huì)隨病理變化而變化,所以臨床上通常用它作為參考值,對(duì)代謝信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化, 即通常計(jì)算NAA/ Cr、Cho/ Cr 等。但是高度惡性腫

24、瘤時(shí),由于能量代謝不能正常進(jìn)行,則不能作為參照值。Cr波峰 膽堿（Cho） 位于3. 2 ppm附近； 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； 細(xì)胞膜磷脂代謝的成分之一，參與細(xì)胞膜的合成和蛻變，從而反映細(xì)胞膜的更新； 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，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。Cho波峰 Cho與Cr在神經(jīng)元及膠質(zhì)細(xì)胞中均被發(fā)現(xiàn)，但細(xì)胞研究表明在后者中的濃度明顯高于前者。 因此，當(dāng)星形膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生形態(tài)功能改變時(shí)，Cho與Cr值會(huì)

25、升高。 Glutamate-glutamine （GlX)A mixture of closely related amino acids, amines and derivatives closely involved in excitatory and inhibitory neurotransmission that lies between 2.1 and 2.4 ppm. Because these are also integral products of intact TCA (Krebs) cycle activity and mitochondrial redox syste

26、ms, Glx offers a vital marker(s) in MRS of stroke, lymphoma, hypoxia, and many metabolic brain disorders. 肌醇（mI） 位于3.56 ppm，可以用STEAM技術(shù)顯示； 此代謝物被認(rèn)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(nèi)（尤其是慢性病灶內(nèi)）的膠質(zhì)增生有關(guān)； mI 被認(rèn)為僅存在于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中,故將它作為膠質(zhì)的標(biāo)志物。在脫髓鞘疾病和老年癡呆病中,mI可以增高。 有研究認(rèn)為，在低高級(jí)星形細(xì)胞瘤中，此峰隨著腫瘤惡性程度的增加而增高；mI波峰 乳酸（Lac

27、） 位于1.32ppm，由兩個(gè)共振峰組成，稱為雙重線； 正常情況下，細(xì)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(xì)胞內(nèi)有氧呼吸被抑制，糖酵解過程加強(qiáng)； 腦腫瘤中，Lac出現(xiàn)提示惡性程度較高，常見于多形膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中； Lac也可以積聚于無代謝的囊腫和壞死區(qū)內(nèi)；Lac波峰 脂質(zhì)（Lip）位于1.3、0.9、1.5和6.0 ppm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；Lip波峰 丙氨酸（Ala）位于1.3-1.44 ppm，常被Lac和Lip峰所遮蓋，其功能尚不肯定；

28、 谷氨酸（Glu）和谷氨酰胺（Gln）位于2.1-2.5 ppm；Glu是一種興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，在線粒體代謝中具有重要功能；Gln參與神經(jīng)遞質(zhì)的滅活和調(diào)節(jié)活動(dòng)； 正常人的1H-MRS 通常出現(xiàn)三個(gè)波峰,其峰值的高低順序?yàn)镹AA、Cr 、Cho (有時(shí)Cho 高于Cr) 。有時(shí)可能出現(xiàn)mI峰,但峰值較低.Additional resonance peaks MRS is a “spectrum” of normal and abnormal brain constituents. Lots of “odd” things turn up in the brain after ingestion:

29、alcohol, methylsulphonylmethane (a common health food supplement),6 mannitol and propylene glycol, common medications, glucose, acetate, acetone, succinate, phenyl-alanine, all defined by their chemical shift (ppm) and adding spice and diagnostic specificity to the clinical practice of neurospectros

30、copy. Every metabolite has a normal concentration that generates a pattern of peaks that is the same from person to person unless there is an underlying pathology. Diagnosis with MRS can therefore be made by either comparing the numeric values of metabolite concentrations or by recognizing abnormal

31、patterns of peaks in the spectra such as in electrocardiogram interpretations. Hunters angle Named for an eminent neurosurgeon who applied a pocket comb to the task of recognizing the 45-degree angle formed by the peaks mI, Cr, Cho, and NAA, when they are present in normal proportions, viz: NAA/Cr :

32、1.5, Cho/Cr :0.75; mI/Cr: 0.5, thus, a very rough-and-ready approach for short-echo-stimulated echo acquisition mode (STEAM on GE MR systems or Stimulated-Echo on Siemens) spectroscopy. Like all rules, exceptions aboundmoving from STEAM to point resolved spectroscopy (PRESS on GE MR systems or Spin-

33、Echo on Siemens), from short to long echo time (TE) and repetition time (TR), from cortex to midbrain, all change HA. Nevertheless, it is rather convincing when applied to such common MRS diagnoses as tumor (HA 50 歲年齡段基底節(jié)區(qū)的NAA/ Cr 比值逐漸降低、Cho/ Cr 比值逐漸增高。結(jié)論：1H-MRS 是一種無創(chuàng)技術(shù),可以為正常人基底節(jié)區(qū)與年齡相關(guān)的代謝物濃度的改變提供有價(jià)值

34、的信息。 基底節(jié)區(qū)是神經(jīng)系統(tǒng)疾病多發(fā)區(qū)，如MS、腦梗死、腦溢血、變性等疾病。因此，NAA,Cr,Cho等峰值的變化。具有重要的意義。質(zhì)子質(zhì)子MRSMRS波譜分析顯示大腦神經(jīng)祖細(xì)胞密度波譜分析顯示大腦神經(jīng)祖細(xì)胞密度隨年齡增長而顯著下降隨年齡增長而顯著下降目的：大腦神經(jīng)祖細(xì)胞與年齡的關(guān)系。方法：MRS測量溴脫氧尿嘧啶核苷（BrdU）標(biāo)記分裂細(xì)胞 結(jié)果：在1.28 ppm處，峰高值的下降與試驗(yàn)對(duì)象的年齡增加具有很好的相關(guān)性，810歲組平均波峰積分面積（代表生物標(biāo)示物濃度）50 x 10-6；1416歲組26 x 10-6；3035歲組4 x 10-6。很顯然，這樣的數(shù)值，各組之間的差異都具有高度的統(tǒng)

35、計(jì)學(xué)意義。結(jié)論：這是人腦MRS波普檢測所獲得的首套數(shù)據(jù)，它們表明大腦從兒童到成人的發(fā)育過程中存在的NPCs減少的事實(shí) 。人大腦神經(jīng)再生能力隨年齡增長而下降的趨勢比預(yù)期的 大，也即是說，這一現(xiàn)象在人身上表現(xiàn)得更突出，研究人員表示不清楚這種現(xiàn)象的意義到底是什么。 1H MRS 腦梗死： 急性期1H MRS 上NAA、PCr 下降，Cho 無改變，亞急性期和慢性期的各種信號(hào)均下降 ?；坠?jié)峰值明顯降低,提示神經(jīng)元損傷。嚴(yán)重者早期可見Cr 信號(hào)下降,提示能量代謝障礙，乳酸信號(hào)則提示腦組織乏氧代謝. 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

36、，Lac增加，Cho和Cr下降； 1H MRS 急性腦梗塞特征性的變化是出現(xiàn)Lac峰，Barker等認(rèn)為24小時(shí)內(nèi)MRI高信號(hào)區(qū)Lac波升高，但Lac持續(xù)時(shí)間報(bào)道不一，以Lac波逐漸下降并持續(xù)數(shù)天至數(shù)周較多，無論在急慢性期均示NAA下降，一般Lac出現(xiàn)的范圍大于T2WI高信號(hào)的顯示的區(qū)域，中央高于周邊，Lac峰最高的部位就是NAA降低最嚴(yán)重的部位，NAA減少愈顯著，功能恢復(fù)越差；Cr與Cho的改變各家觀點(diǎn)不一，以Cr與Cho降低居多。1H MRS 腦腫瘤 由于組成細(xì)胞的成分不同，不同類型腫瘤的MRS表現(xiàn)各異. 星型細(xì)胞瘤典型表現(xiàn):NAA顯著下降、Cr中等下降和Cho顯著升高，NAA/Cr比值下

37、降和Cho/Cr比值升高，以NAA/Cho及Cho/Cr的比值反映腫瘤級(jí)別較穩(wěn)定. 國內(nèi)魚博浪等認(rèn)為Cho/NAA及Cho/Cr比值在24之間提示為彌漫性星形細(xì)胞瘤，Cho/NAA及Cho/Cr比值4提示為間變性星型細(xì)胞瘤或膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，但Cho/NAA及Cho/Cr比值不能區(qū)別間變型星形細(xì)胞瘤和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤, 1H MRS Cho波具有腦腫瘤診斷價(jià)值： 1顯著升高時(shí) 2 Cho波增高最明顯的部位腫瘤最活躍，也是穿刺的最佳部位 。 3如果腫瘤周圍區(qū)域Cho波增高，提示原發(fā)腦腫瘤浸潤生長。 1H MRS 腦轉(zhuǎn)移瘤： 缺乏NAA波，Cr波缺乏或消失，Cho升高； 腦膜瘤和神經(jīng)鞘瘤： 屬腦外腫瘤，不

38、含神經(jīng)元，MRS中不見NAA和Cr波，腦膜瘤時(shí)Cho波明顯升高，可以出現(xiàn)丙氨酸（Ala）波為其特點(diǎn)，神經(jīng)鞘瘤的特點(diǎn)是在3.6ppm處出現(xiàn)磷酸肌醇峰 。 丙氨酸（Ala）波也可見于垂體瘤 1H MRS 鞍區(qū)和鞍上區(qū)內(nèi)病灶內(nèi)出現(xiàn)Lip波提示顱咽管瘤。 總之，膠質(zhì)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(guān)；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(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。 由于部分不同病理類型或惡性程度不同的腫瘤的MRS表現(xiàn)有一定的交叉

39、性，增加了腦腫瘤診斷與鑒別診斷的難度，需大宗病例的研究。1H MRS 腦炎 臨床和MRI之前即有MRS的異常改變；早期表現(xiàn)為NAA水平下降和Cho升高，以后出現(xiàn)非特異性彌漫性腦白質(zhì)脫髓鞘，NAA進(jìn)一步下降，Cho繼續(xù)上升；國內(nèi)魚博浪等認(rèn)為Cho/Cr小于2可提示腦炎。 NAA、Cho、Cr明顯下降；Lac、Lip增加，有時(shí)見aa增加 The gliotic areas of Rasmussens encephalitis (Fig 8), withhyperintense T2 signal, may be confused with infiltrate processwhen hemisp

40、heric atrophy is not so pronounced. Proton MRS,however, shows a decrease in the NAA/Cre ratio, indicating thesecondary neuronal loss observed in this instance. Lactate accumulationis associated with the repetitive neuronal epileptic activityin this disorde 腦膿腫 腦膿腫時(shí)可出現(xiàn)特征性的氨基酸波，包括亮氨酸波（Aas 0.9ppm）、乙酸鹽波

41、（Ace、1.9ppm）和丁二酸鹽波(SUCC 2.4ppm)，與腦腫瘤壞死相比，在進(jìn)行MRS檢查時(shí)，均表現(xiàn)為Lac波的出現(xiàn)，NAA波、Cr波和均降低，Cho波明顯升高；在DWI上信號(hào)增高。 MRS confirmed the hypothesis of abscess due to the presence of aminoacid peak and elevated succinate signal intensity. The lesion was surgically aspirated and culture revealed infection by Pneumococcus sp

42、. 脫髓鞘性病變急性強(qiáng)化病灶Cho含量升高，NAA含量相對(duì)正常；mI含量常升高；慢性非強(qiáng)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； 目前認(rèn)為MS是一種全腦病變，NAA的降低是神經(jīng)元脫失與軸突損壞的結(jié)果，神經(jīng)元進(jìn)行性丟失是其特征?；顒?dòng)期Cho，Lipid，Lac，NAA；MS非活動(dòng)期NAA降低（軸突損害），MI升高（膠質(zhì)增生）。病變周圍正常的腦白質(zhì)（NAWM）亦有NAA降低，且隨離病變中央距離的不同NAA降低也不同，代表白質(zhì)病變的進(jìn)展范圍，同時(shí)說明軸突損傷是疾病進(jìn)展的機(jī)制。單純神經(jīng)元脫失可解釋NAA降低，大量神經(jīng)元變性是MS的重要變化，可解釋MS患者的認(rèn)知障

43、礙20。綜合國內(nèi)外研究普遍認(rèn)為NAA降低與病情的相關(guān)性需更進(jìn)一步研究。 The acute multiple sclerosis (Fig 4) plaques may produce large mass effect with surrounding edema and blood-brain barrier rupture (pseudotumoral multiple sclerosis lesions), at times simulating neoplasm, in particular when there is only one lesion. In proton MRS t

44、hey are characterized by lac increase,depending on the degree of inflammatory reaction, and by increased Cho/Cre ratios due to acute myelin break down, but usually not so intense as in neoplastic lesions. Chronic plaques present reduced NAA/Cre ratios in the center of the lesion, as consequence of i

45、rreversible axonal injury and partial or complete recover of NAA signal in the periphery of the lesion。 Therefore, a single MRS exam in acute multiple sclerosis lesions may show a very similar pattern as seen in brain tumors. However, follow up MRS exams will show distinct patterns of metabolic chan

46、ges in these two conditions. MS不僅可累及白質(zhì)，還可累及灰質(zhì)（雖然較少出現(xiàn)），但無論是組織病理學(xué)還是MRI、MRS都已經(jīng)證實(shí)MS可累及灰質(zhì)，病變可位于皮層內(nèi)、近皮層和皮層下深部灰質(zhì)核團(tuán)。由于灰質(zhì)病灶增強(qiáng)后的強(qiáng)化沒有白質(zhì)顯著，因而傳統(tǒng)的MRI較難發(fā)現(xiàn)灰質(zhì)的病灶，患者灰質(zhì)的NAA峰值明顯低于正常對(duì)照，Cho峰值和NAA/磷酸肌酸比值也明顯升高;丘腦、尾狀核、殼核等深部灰質(zhì)的NAA峰值也明顯降低，盡管其降低幅度明顯小于MS患者白質(zhì)內(nèi)NAA峰值的降低，反映了灰質(zhì)內(nèi)髓鞘成分較少。癲癇 濃度與額葉、顳葉癲癇發(fā)作頻率呈負(fù)相關(guān)； 隨著發(fā)作頻率的增加,呈逐漸下降的趨勢,研究表明癲癇

47、發(fā)作越頻繁神經(jīng)元喪失或功能缺失越嚴(yán)重。 肌酸()和膽堿()峰值升高； 與(+)的比值降低提示海馬硬化；1 還可用于測定與癲癇活動(dòng)有關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì): 氨基丁酸()、谷氨酸()和谷胺酰鹽()。 癲癇與MRS 1 80%的癲癇與海馬硬化有關(guān)，神經(jīng)元減少和膠質(zhì)細(xì)胞增生，MRS表現(xiàn)為NAA減少，Cho和Cr增加，NAA/（Cho+Cr）比值下降。Duncan認(rèn)為海馬硬化時(shí)，NAA峰值降低，減少22%減少說明癲癇灶內(nèi)神經(jīng)元的缺失、受損和功能活動(dòng)異常；Cho和Cr可增加25%和15%，反映膠質(zhì)細(xì)胞增生；NAA/（Cho+Cr）比值下降，定位及定側(cè)NAA/Cho+Cr0.72為正常，雙側(cè)比值差大于0.05或雙側(cè)

48、較正常對(duì)照低時(shí)為異常； Lac峰的出現(xiàn)對(duì)定側(cè)很有價(jià)值，但在發(fā)作間歇期，Lac幾乎不出現(xiàn)；發(fā)作次數(shù)越多、患病時(shí)間越長，NAA峰降低和Cho波升高明顯；MRI和MRS結(jié)合有利于癲癇灶術(shù)前準(zhǔn)確定位；測定癲癇活動(dòng)中重要的三種神經(jīng)遞質(zhì)，即-氨基丁酸（GABA）、谷氨酸（Glu）和谷氨酰氨（Gln），其中GABA降低，抗癲癇治療后升高；在癲癇病灶中，Glu升高。 2 MRS對(duì)于癲癇灶的定位是一種很好的檢查方法 MRS在顳葉癲癇病灶的定位的重要價(jià)值毫無疑問，近年的研究表明：MRS對(duì)顳葉外特別是起源額葉癲癇同樣具有重要價(jià)值，研究表明與正常對(duì)照組相比較，很多癲癇病人的一側(cè)或雙側(cè)額葉出現(xiàn)NAA/Cr或NAA/Ch

49、o比值的降低，癲癇灶往往定位與大腦半球NAA降低最明顯的地方，而其中有很多是MRI沒有發(fā)現(xiàn)異常的。并且MRS發(fā)現(xiàn)代謝產(chǎn)物異常的范圍要比腦電圖的定位更廣泛。 雖然MRS對(duì)癲癇的定位較好，但是如果只用MRS一種檢查方法，仍有1015的錯(cuò)誤，最好能將MRS與EEG，MRIV,PET，SPECT等方法結(jié)合起來，達(dá)到最佳效果。 3 MRS癲癇的發(fā)作，病程，嚴(yán)重程度的評(píng)估:Duc等認(rèn)為海馬中NAA的降低的部位大小與病人的發(fā)病年齡有關(guān)。具有相同起病年齡的癲癇患者他們的病程和NAA下降的范圍密切相關(guān)。難治性癲癇患者術(shù)前NAA的下降和術(shù)后的病理學(xué)上海馬的硬化程度有關(guān)，可以認(rèn)為MRS測得的代謝物的數(shù)量能用來評(píng)估難

50、治性癲癇患者神經(jīng)元丟失及功能下降的嚴(yán)重程度。對(duì)監(jiān)視病情變化和評(píng)估海馬的組織病理學(xué)改變有一定的作用。另外，MRS測得的代謝物的數(shù)量和癲癇的發(fā)作頻率有密切關(guān)系。如隨著NAA的下降，EEG上癲癇的發(fā)作頻率增加。沒有證據(jù)表明代謝物的變化和癲癇的病程有關(guān)。 4 MRS對(duì)難治性癲癇術(shù)后效果的評(píng)估大量的研究表明：結(jié)合EEG和MRS可以對(duì)難治性癲癇術(shù)后效果進(jìn)行評(píng)估。如果EEG確定的癲癇灶和MRS確定的異常部位在相符合，術(shù)后的療效較好，如果MRS確定的異常部位面積較大，兩側(cè)都有異常或與EEG確定的癲癇灶差別較大則預(yù)后較差。 5 MRS對(duì)癲癇藥物的評(píng)估關(guān)于用MRS來評(píng)估抗癲癇藥物的研究已經(jīng)有很多，如Petro研究

51、了服用氨己烯酸后腦中的GABA濃度的變化。氨己烯酸可以提高GABA的濃度，服用一次氨己烯酸（50mg/kg/day）2小時(shí)后GABA的濃度增高40以上，并且第二天繼續(xù)上升，從第五天開始慢慢下降。這支持氨己烯酸升高GABA濃度從而起到抗癲癇的作用，并且可據(jù)此制定氨己烯酸的服用方法。另外妥泰也可以升高腦中的GABA濃度，關(guān)于其它抗癲癇藥物對(duì)大腦代謝物的影響也在研究中 MRS不但敏感性較高，而且對(duì)雙側(cè)病變的檢出率優(yōu)于MRI。雙側(cè)NAA/Cr的不對(duì)稱程度和EEG的不對(duì)稱程度是一致的，在NAA/Cr下降多的一側(cè)，EEG的異常越重。意味著組織損傷的波譜異常的地方往往是EEG上首先異常放電的地方。 波譜改變

52、的病灶不一定在MRI上能發(fā)現(xiàn)形態(tài)學(xué)異常，因?yàn)檫@時(shí)可能處于病變?cè)缙?。隨著病變的發(fā)展MRI上出現(xiàn)形態(tài)學(xué)改變，MRS的異常越加明顯。 顱內(nèi)常見病變的代謝物特征疾病 NAA Cr Cho Lac Lip aa 腫瘤 膿腫 梗死 MS 癲癇 MRS掃描要點(diǎn) 確定MRS掃描的感興趣區(qū)感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI）； 水和脂肪質(zhì)子峰的抑制待測定代謝物的濃度在毫摩爾數(shù)量級(jí)；水的質(zhì)子濃度約為110摩爾，為前者濃度的104-105倍；同樣，脂肪的質(zhì)子也需要進(jìn)行抑制；化學(xué)位移選擇法（Chemical Shift Selective，CHESS）MRS掃描要點(diǎn) 避開干擾組織，如顱骨、脂肪、硬

53、膜、腦脊液等； 被檢查者的配合； 被檢查部位的大小 脊髓病變一般不適于做MRS檢查（位于延髓者可以考慮）； 腦部病變太小者，所測數(shù)值不準(zhǔn)確；MRS檢查影響因素 1 MRS檢測的信號(hào)強(qiáng)度 與所測組織的原子核的量和濃度、敏感性密切相關(guān)。1H在人體中自然豐度和敏感性最高，易于檢測?；铙w1H代謝物濃度達(dá)到100mol1mmol/L1才可檢測。 2 磁場的均勻性 波譜譜線線寬受原子核自然線寬及磁場均勻性的影響。內(nèi)磁場的均勻度越高，線寬越小，基線越平整光滑。外部磁場均勻性差會(huì)導(dǎo)致波譜頻率出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致波譜的譜線變寬，波峰不易區(qū)分。通常以水共振的半高線寬表示磁場的均勻性，MRS要求磁場的均勻性0.1ppm。MRS檢查影響因素 3 抑水 在人體水的濃度是其他代謝物的10 000100 000倍，導(dǎo)致與水接近的化合物被淹沒，難以觀察。一般根據(jù)水的共振頻率用選擇性的預(yù)飽和法，1H需水抑制，31P不需要. 4 感興趣區(qū)的選擇1H MRS感興趣區(qū)最小達(dá)1ml。VOI區(qū)應(yīng)邊界清楚，避免鄰近組織污染，尤其是皮下脂肪、顱骨、腦脊液及臨近靜脈竇的影響。對(duì)VOI區(qū)的選擇準(zhǔn)確，減少周邊正常組織的干擾。 MR