基礎理論臨床磁共振波譜(MRS)

由于細胞內富含大量的水分子和脂肪酸，因此大量、密集存在著氫質子，能夠用來進行成像和功能分析。隨著磁共振技術的發(fā)展，在體MRS已經由氫譜分析進一步擴展為磷譜、碳譜、氟譜、鉀譜和鈉譜等，并提高譜線的分辨率，因而能夠對活組織的代謝過程進行在體監(jiān)查。應用磁共振波譜能夠在體非侵入性地觀測生物分子和代謝物的濃度，包括PH值和藥代動力學等。本章只介紹當前應用于臨床診斷工作中的MRS?；A知識幾種MRS的旋磁比：1H(γ1H=2.675×10-8rad-1T-1),13C(γ13C=0.252×γ1H),19F(γ19F=0.941×γ1H),31P(γ31P=0.405×γ1H)。1HMRS氫譜

質子是人體所有組織中，原子核濃度最高，化學位移?。?0ppm），要求譜的分辨率足夠高，要求高場強，高磁場均勻性，足夠的渦流補償，以減小信號畸變。磁共振信號主要來源于組織內的水分子和脂肪酸。鑒于其他分子濃度低，化學位移小，而難于檢測。質子磁共振波譜經過抑水之后，能夠探測感興趣組織內的代謝情況。31PMRS磷譜

31P

MRS也能夠相對容易的進行在體觀測。由于敏感性相對高，較高的化學位移(大約200ppm)，可以觀察代謝物、高能量代謝物和中間能量代謝物，且譜線非常容易評價和理解。13CMRS碳譜

13C

MRS是最令人感興趣的MRS研究領域，因為碳元素出現(xiàn)在所有的生化復合物中，然而磁共振的敏感性低。因為

13C旋磁比低，同位素濃度低(1.1%)，所以信噪比低，外源加入選擇性的13C標記復合物(如，13C標記的葡萄糖)能夠降低檢查上的限制，由于在

13C和1H核之間強列的無向量自旋-自旋耦合導致的譜線分裂，導致譜線更為復雜，而解譜困難。19FMRS氟譜

氟核的旋磁比與質核相比較為接近，因此自旋頻率也相近，這減少了技術挑戰(zhàn)，如兩者的發(fā)射器，接收器和線圈設計等均可以非常接近。這都使得19F核能夠作為在體MRS被檢測元素。然而，其在體內的生理濃度極低，低于檢出底線。結果，19F

MRS只能通過外源給予，而造成無背景的譜信號。其他核團(23Na,

9Li,

39K)

23Na是活體組織第二高MR信號，然而自由Na+只能得到在MRS觀察到自由離子所引起的一條線，幾乎不能提供什么信息。到目前為止，沒有應用23Na檢查提供有用信息的報道。另外，強大的23Na共振允許進行快速的MR成像。能夠觀察到細胞內/外弛豫時間的差異，目前臨床上可以根據(jù)這一差異分析鈉-鉀泵的相關信息。目前幾乎沒有針對9Li和39K的在體研究報告。技術要求2.1靜磁場

與磁共振成像能夠在低于1.5T場強的磁共振上成像不同的是，MRS為了保證高分辨率，要求必須在高場或超高場磁共振上進行。信噪比和譜分辨率都隨著場強的增加而提高。許多的在體MRS是在B0=1.5T上進行的，而最近則更多的在B0=3T的掃描儀上進行的。在有些檢查中心超高場磁共振的場強最高已經達到10.4T。進行高質量的MRS的前提要求是外部場強盡量均勻，而且要求要遠高于MRI。場的不均勻將大大降低譜的分辨率。

譜線的寬度由半高全寬(FWHM):

Δν1/2=1/(πT2*)表征，其中T2*是有效自旋-自旋弛豫時間。因此，在進行MRS前，應使局部B0場的均勻性更好，如通過機械勻場和手動勻場使得水分子的譜線寬度Δν1/2(1H)最窄，這就是所謂的勻場。2.2射頻系統(tǒng)

用于質子成像的射頻系統(tǒng)只有一個頻率，ν1H=63.866MHz（1.5T）(發(fā)射和接收)。對于多核磁共振波譜和射頻系統(tǒng)，必須要更寬的頻率范圍，激發(fā)不同同位素/元素自旋原子核，要求有各自的共振頻率(B1場)(在B0為1.5T：ν31P=25.881MHz，ν13PC=16.062MHz)。檢測敏感性強烈的依賴于探頭(由RF線圈和前置放大器共同組成)。雙核線圈能夠按順序分別獲得氫核和其他非氫核波譜，這對于感興趣區(qū)的定位非常有意義。通常使用表面線圈，使得線圈距離身體表面盡量近，線圈的模式可以是鞍式，鳥籠式，亥姆霍茲線圈，以利于進一步顯示深層結構信息。對于雙核Χ-(1H)

MRS，第二個RF通道是不可少的(B2場)，雙共振線圈，兩個RF共振電路，必須由RF過濾器進行去耦。2.3解譜

最近臨床上應用MRS的研究越來越多，然而，尚無標準流程，有許多方法可以評估在體MRS，即使是在基于不同的位置和邊界情況，且不知道具體代謝物時，也已經將代謝物信息包含在譜線圖之內了?？傮w來講，在頻域和時間域內均有可能對譜進行分析，為了評估MRS所得到的大量譜線，還廣泛采用了模式識別和神經網(wǎng)絡等方法。在頻域內進行在體評估MRS是較為古老的方法，優(yōu)點是：在傅里葉變換后即能夠看到代謝物的譜線，對譜的定量化就是對譜線下面積的積分，（也就是在特定譜的范圍內進行信號的總和）；缺點是存在基線的變形，共振譜線的重疊，信噪比低等。而最終影響積分的結果，特別是對于在體磷譜時更明顯，可以通過參數(shù)擬合的方法，對譜線的參數(shù)進行判定和定量化。進行頻域的評估時還可能需要的幾個步驟：

·通過插零處理來增加圖像的分辨率；·經過數(shù)字化濾過提高信噪比；·相位調整得到純的回波吸收信號（0階或1階處理）；·通過基線校正去除偽影和固定分子貢獻的信號（絕大多數(shù)為多項式功能）；·通過數(shù)學模型進行參數(shù)擬合：譜峰位置，峰下面積（積分）。相位和基線校正等特別容易導致使用者依賴的系統(tǒng)誤差，這將限制數(shù)據(jù)處理的客觀性和重復性。擬合功能和實驗數(shù)據(jù)頻域變換可以同時顯示，而且結果直觀，并能夠作為隨后進行的交互式評價的結果。然而，對于參數(shù)的定量，在體波譜數(shù)據(jù)的評估算法應該具有高自動化和穩(wěn)定性的特征，并且對于低信噪比所致的譜線重疊時，仍然能夠進行準確評估。有時在時間域內，上述頻域內的一些缺點可能出現(xiàn)，但是優(yōu)點是不需要預設初始參數(shù)，并非必須進行交互步驟；另外，也能去除可能造成寬譜背景信號的弛豫信號成份。然而，在信噪比較低時，線性預測和奇異值分解具有較高的出錯幾率，是其主要的缺點，代謝物的實際濃度值與頻域中判定的值可能存在較大偏差。對上述信息的整合，可以實現(xiàn)更加自動化的擬合，特別是對于短TE磁共振波譜是更加重要。對波譜圖像資料的自動評估有特殊的要求，這些數(shù)據(jù)通常信噪比低，背景信號高，自動區(qū)分代謝物的譜峰的相對信號強度可能困難。比如來自表淺組織的信號可能包含更多的皮下脂肪的信息，臨近氣-骨界面的信號可能受到磁化率偽影的影響，最終造成低信噪比和背景信號的分布可能存在差異。另外，選擇性的水抑制脈沖可能具有空間分布上的差異，而這也可能給信號造成不可預知的影響，然而，因為背景信號具有不可預知性，利用參數(shù)化模型來擬合背景信息的功能現(xiàn)在還不能實現(xiàn)。

圖1前列腺1HMRS通過模式識別獲得的腫瘤可能發(fā)生的概率圖，紅色區(qū)域表明典型腫瘤波譜區(qū)的位置，而綠色區(qū)域為健康前列腺組織的譜線分布區(qū)

化學位移成像磁共振波譜成像應用越來越廣泛，因為產生大量的磁共振波譜圖，這對臨床診斷提出新挑戰(zhàn)，而一個可能的替代方法就是利用模式識別。模式識別要求對數(shù)據(jù)進行訓練，如首先可以通過一次或少數(shù)幾次試驗收集具有代表性的MRS進行數(shù)據(jù)，分配到相對固定的組織中，經過分類后，將未知的譜圖的模式劃分到最初由專家決定的組別中去，以此避免定量化。一旦訓練完成，機器分類即在可單位體積內，判定屬于某些組織結構的可能性，如判定屬于腫瘤還是健康組織。相應的可能性的圖就能自動計算出來，而通過透明化后與傳統(tǒng)磁共振成像的融合，如T2加權，最終得到化學位移成像。最新算法的改進能夠獲得腫瘤可能發(fā)生的分布圖，對偽影具有很好的抑制效果，而且在不同患者之間也能得到很好的一致性。3.1定位技術

為了在特定部位得到MR信號，必須采用特殊的定位技術，因此出現(xiàn)了眾多的定位技術，其中只有很少的幾種被廣泛使用：包括表面線圈法，單體素技術(如，ISIS，STEAM，雙自旋回波)和化學位移成像(CSI)(=磁共振波譜成像[SI])。利用表面線圈法定位

該法是最簡單的定位方法，可以用來定位骨骼肌，肝臟等?？梢酝ㄟ^線圈的直徑來大致估算接收/發(fā)射線圈穿入的深度，根據(jù)這種技術來劃分單位容積內的組織。該方法的主要缺點是：線圈的敏感性與組織深度有關（射頻場造成的場的不均），導致近線圈效應。使用選擇飽和脈沖或選擇激發(fā)某一層組織能夠改進感興趣區(qū)（VOI）的邊界。圖2通過表面線圈進行MRS的定位，表面線圈（SFC，surfaecoil）定位于感興趣區(qū)上，在使用RF線圈對自旋質子進行激發(fā)之后，MR信號（S）就能夠探測到（1-脈沖序列）；而不施加磁場梯度（G）；線圈敏感性隨著與線圈距離的增加而降低（B1場不均勻性）

單體素定位技術

該技術能夠測定單個立方或長方體內組織的MRS信號，對于1HMRS,可以使用兩種序列進行定位(STEAM,PRESS)；ISIS應用很少，主要用于定位

31PMRS。STEAM技術

最為常見的定位單體素

1HMRS的方法。該方法采用一連串3個層選方向上的90°脈沖，產生一個刺激回波。該采集技術能夠進行局部勻場（使得VOI內靜磁場B0的不均勻性最?。沟米V線的寬度小于0.1ppm(FWHM6Hz，B0=1.5T)。通過所謂的化學位移選擇脈沖(CHESS)，并結合低帶寬來抑制水的高信號，該脈沖在應用于3個π/2選層脈沖之前，獲得高度均勻的B0場，補償梯度脈沖引起的渦流，應用損毀梯度來抑制不想要的回波信號，最終獲得高分辨率，高質量的在體

1HMRS。

PRESS技術

PRESS較STEAM序列得到的MRS具有更高的信噪比，定位的方法是通過層選擇脈沖鏈π/2-T1-π-T2-π。圖3單體素波譜定位技術a通過一系列3個選層90°脈沖（激勵回波[STEAM]:90°–TE/2–90°–TM–90°–TE/2-STE)）位于立方體或似立方體內的回波信號能夠讀出（灰色選層梯度，R梯度重聚相，D散相梯度）；水分子的質子共振信號能夠通過窄帶寬的Gaussian帶寬（CHESS）技術進行抑制；b第二個Hahn自旋一系列選層的90°和180°回波就是自旋信號（雙自旋回波[DSE]:90°–TE1/2–180°–TE1/2–SE1–TE2/2–180°–TE2/2–SE2）,可以定位于3個互相垂直的定位層面

3.2波譜成像（化學位移成像）

波譜成像中利用梯度場對MR信號進行空間編碼的原理幾乎與MRI成像完全相同，只是在讀出過程中，不施加梯度，因此能夠保留波譜信息。3DMRS需要3個相位編碼梯度。梯度場強度逐步增加，對于每一個融合的梯度值均采集到一個磁共振信號，這樣相位信息中就包含了空間編碼信息。對于一系列完整的3D波譜圖，n個梯度值（相位編碼步），必須進行n3次測量，但是當采集的是2D波譜圖時，采集的數(shù)據(jù)將明顯減少。自旋-自旋耦聯(lián)

正如前面所提到的，在體MRS的特點之一是譜線的信噪比低，譜的空間分辨率有限。其中的原因是，局部磁敏感不同和多重代謝物的重疊及譜線變寬和自旋-自旋導致的譜線的分裂。自旋-自旋耦聯(lián)(J耦聯(lián))導致寬譜線，大范圍，弱耦聯(lián)和多個分裂峰(窄范圍，強耦聯(lián))。圖4乙醇的質子波譜(CH3–CH2–OH)a3個1H共振峰分別表示羥基，亞甲基和甲基；在共振譜線下面積的比例為1:2:3因此與3種原子基團的比例對應；b如譜線分辨率改善，能夠觀察到共振峰的分裂（自旋-自旋耦聯(lián)）；亞甲基基團能夠分為四部分，信號強度的比例為1:3:3:1，甲基基團分為三部分時，比例為1:2:1圖13.5兩個自旋子系統(tǒng)AX(IA=1/2,IX=1)的自旋-自旋耦聯(lián)，當無自旋-自旋耦聯(lián)，僅能在共振頻率γA和γX處夠觀察到單一共振線，A和X峰；如果兩個核出現(xiàn)耦聯(lián)，A峰將分裂為三重峰，而X峰則分裂為雙峰；分裂模式由鄰近原子核的自旋狀態(tài)個數(shù)決定，鄰近線之間的距離JAX是等間距的，且間距相同

為了方便理解譜線，先介紹一些有關自旋-自旋耦聯(lián)方面的基礎知識。我們經常能夠看到許多MRS的譜峰不是化學位移所致，在主峰旁邊出現(xiàn)分裂的小峰，而這些分裂的線就是所謂的自旋-自旋耦聯(lián)。該名詞代表分子內核-核之間的弱相互作用(通過化學鍵之間的電子引起)。我們可以假想，一個分子由兩個原子核構成，A和X，通過電子鍵捆綁到一起。(如，H-F)。原子核X的磁矩μ∧導致一個弱磁場，將干擾電子的躍遷。由于電子軌道的變化，在原子核A附近產生附加的磁場，相應的磁矩μX就是其強度；而共振頻率依賴于原子核X的磁共振自旋量子數(shù)mX

。對于一個給定值IX，我們能夠發(fā)現(xiàn)原子核A共振峰分裂為2IX+1條線，相應的自旋狀態(tài)也存在2IX+1種。鄰近線之間的間隙幾乎相等并且譜峰相同；所謂的耦合參數(shù)JAX(Hz)。由于自旋-自旋相互作用僅由磁矩μA和μX決定，耦合常數(shù)的幅度值JAX是固定的，與靜磁場無關，與化學位移的場強依賴特性完全不同。該問題也可以放到更為復雜的自旋系統(tǒng)中去。如，考慮1/2原子核A自旋與三個等量的1/2原子核X

(AX3

自旋系統(tǒng))，總共就有8種可能的自旋方向。如果，存在兩種自旋狀態(tài)，并分別表示為↑和↓，那么這些狀態(tài)包括

↑↑↑，↑↑↓，↑↓↑，↓↓↑和↓↓↓。由于自旋狀態(tài)↑↑↓，↑↓↑，↓↑↑和↑↓↓，↓↑↓，↓↓↑能量相等，我們能夠觀察到A的共振峰的分為4個子集，相應的分布密度為1:3:3:1(如下圖)。圖4-原子自旋系統(tǒng)AX3（IA=IX=1/2）共振分裂峰分布圖，A原子核被鄰近的3個同種原子核包圍，可能出現(xiàn)8種不同的共振可能，以箭頭表示X原子核的兩種自旋方向↑

和↓，自旋組合包括↑↑↓，↑↓↑，↓↑↑，↑↓↓，↓↑↓，↓↓↑能量相等，因此，4重峰分布為1:3:3:1

注意：如果原子核A與幾個磁不等價的原子核耦聯(lián)(如，與A-M-X自旋系統(tǒng)耦聯(lián)，常數(shù)為JAM和JAX)，共振峰分裂為多重峰，也能成功得到分裂模式，如上述的法則一樣，僅應用于弱耦聯(lián)系統(tǒng)。由于存在化學位移，導致共振的頻率不同，進而導致耦合常數(shù)J變小。如果上述情況不能滿足，如高階譜，那么就不能利用上述原理來解釋，正因如此，對高階譜的分析十分困難，因此發(fā)展出了特殊的雙回波技術來進行自旋-自旋解耦。雙回波技術

雙回波技術廣泛應用于高分辨率NMR，能夠改進S/N和譜分辨率。通過該技術不僅能夠激發(fā)感興趣原子核(如13C,

19F或31P)的共振峰，而且能夠激發(fā)尚未知曉的質子產生共振峰。目前存在兩種異核X-(1H)雙共振技術：自旋解耦（寬帶1H解耦）和動態(tài)核自旋極化，兩者均能夠大幅提高譜線的質量，該改善效果在

13CMRS極為顯著，因為碳與質子直接耦合，如脂肪酸中的(-CH2-)基團，與

13C耦合更為強烈。質子自旋系統(tǒng)受激發(fā)后能夠與感興趣的原子核(如13C)去耦聯(lián)，如果第二個RF場B2足夠高，則會出現(xiàn)湮滅，總的信號將會匯集為一個單一窄峰。在體

31PMRS，PME和PDE譜可以通過

1H去耦的方式解譜。如果因為異核偶極子-偶極子相互作用造成核自旋弛豫，以一定質子共振頻率，選擇性激發(fā)導致感興趣的原子核(13C，19F，31P)的信號增強。在雙回波實驗中，液體內信號強度的變化的偶極耦聯(lián)原子核是NOEs；在與自旋去耦相反的實驗中，選擇性的飽和自旋躍遷的質子自旋系統(tǒng)，能夠在判定感興趣核團之前就進行，最終信號的增強依賴于兩個受激發(fā)自旋系統(tǒng)之間延遲的時間。(注：如果使用短TR，在自旋去耦試驗中NOE也能夠觀測到，NOE也能用來改進13C和

19FMRS的S/N)。

在體MRS的局限性由于MRS的敏感性較低使其存在物理限制。另外還有關于代謝物，測量時間，空間和時間分辨率的限制等。磁共振的敏感性限制是由于量子的能量極低，要較可見光和γ光譜等小幾個數(shù)量級，MR探測的光子的能量較用于PET成像的湮滅光子能量低1012倍。通過延長時間可能改善信噪比，然而在臨床工作當中，增長檢查時間很可能是不可行的，必須盡量降低時間。

圖5

31P–(1H)雙共振亞甲基二磷酸的31PMRS，化學式CH2[P(O)(OH)2]2，在1.5T掃描儀上采集，無（a）和有（b）1H解耦聯(lián)；31P-1H自旋-自旋相互作用的耦聯(lián)常數(shù)為JPH=20.1Hz，由于在使用WALTZ8脈沖鏈對磷自旋子進行探測時質子被激發(fā)，使得三重峰（a）的分裂無法觀察到；能夠觀察到另外的放大后信號[31P–(1H)–NOE]

細胞代謝探測的敏感性

MR的敏感性由旋磁比(ν)、同位素的自然豐度，組織內的濃度共同決定。組織內的水的濃度為40–50mol/kg，而PCr的濃度低于40mmol/kg。PCr的共振信號小于質子的信號，不僅是因為旋磁比小，也是因為磷核的濃度低，后者較氫核低個數(shù)量級。為了能夠使在體

31PMRS得到和氫譜相同信噪比，VOI必須盡可能的增加。12C是含量最為豐富的元素之一，但是自旋質子為0，不貢獻磁共振信號。與1H相比，12C的微量同位素13C的信號強度要低4個數(shù)量級。除了上述的事實外，分子的運動也很重要，其大小用運動相關時間τC來描述，感興趣的核團受到約束。分子的運動受到細胞膜和固體結構（骨）的限制，這意味著τC長，導致自旋-自旋弛豫時間T2*延長，造成譜峰增寬，而最終導致單個峰不能夠分辨出來。最終的結果是組織內的高濃度的分子因為運動受限也不能檢出。

圖6

13C-MRSa在體13C-MRS對健康志愿者的腓腸肌進行檢查，所有原子核信號均來源于組織中自由脂肪酸的碳，共振峰分裂為多組（由于脂肪酸中

13C與質子的自旋-自旋耦聯(lián)）和信號存在疊加使得對譜峰的分辨和定量困難；b

13C–(1H)雙共振，質子解耦13CMRS,同一志愿者，采用WALTZ-4脈沖序列激發(fā)質子，實現(xiàn)去耦聯(lián)和對13CMRS譜峰信息的簡化，脂肪酸內的所有

13C共振峰均能夠進行分辨

圖7

31P–(1H)雙共振

31PMRS，健康志愿者腓腸肌的在體檢查（B0=1.5T），（a）和（b）分別為不存在和存在1H解耦聯(lián)，在探測磷原子自旋的自由衰減過程中使用的質子激發(fā)脈沖導致PDE（磷酸二脂）譜線寬度減小，和所有共振信號增高,其中PME指磷酸一脂(phosphomonosters)；（c）對1H-解耦31PMRS譜線的Lorentzian線擬合，在PDE譜線范圍內，甘油磷酰膽堿（GPC）和甘油磷酰乙醇胺（GPE）的信號能夠分離出來

代謝物的絕對濃度

在體MRS的一個重大課題是對MRS能夠檢測到的物質的絕對濃度定量。代謝物波譜的峰下面積可以代表濃度，但是這只有當翻轉角（與B1強度成正比）在整個線圈所包括的容積內都保持恒定時，才成立。這時參考樣本定位和進一步的縱向弛豫均完成（TR>5T1）。事實上，B1場局部的差異固有的，而后者用于計算參考樣本的位置，定位在線圈內部而非感興趣區(qū)的外部時就可能導致錯誤發(fā)生。換句話，通過參考樣本和代謝物的旋磁比，不能直接計算組織內的代謝物的濃度。線圈B1場分布的理論計算可以使用Biot-Savart法則（磁場強度和線圈導線內的電流之間相互作用）。然而，B1場在組織或身體內的分布是非常難測準的，附加效應(如介電效應)對磁場分布的改變尚未知曉。不僅是B1場空間上的不均勻性，而且長的T1

時間(如PCr的T1約6s)也阻礙著通過31PMRS對組織內的磷代謝濃度進行精確測定。在體MRS檢查，TR

=30s將導致檢查時間大大延長，不能為病人所接受。然而，另一方面，校正由于部分飽和效應，系統(tǒng)錯誤和不確定性等原因對信號強度的影響。通過選層激發(fā)(如，STEAM或2DCSI)進行定位，會引入更多問題，尤其是當使用強化學位移的核(如，13C，19F)時。依賴化學位移，激發(fā)的VOI對于不同的代謝物發(fā)生空間位置的變遷，使得定量化變得更加復雜并易出現(xiàn)系統(tǒng)誤差。對于1HMRS后者不再是主要問題，較為穩(wěn)定的定量測量的方法正在不斷發(fā)展，對于腦內1HMRS，可重復性已經得到證實。臨床MRS

目前，在體1HMRS是應用最為廣泛的技術，主要是腦，前列腺和乳腺。1HMRS在腦內能夠取得高度均勻的局部磁場，這是因為組織內部結構相對均勻，感興趣區(qū)能夠定位到磁場中心，另外，只需抑制水的信號，正常情況下無運動的脂質。圖中示意局部1HMRS，分別利用短和長TR，NAA的共振峰在2.02和2.70ppm，肌酸和磷酸肌酸((P)Cr在3.03和3.93ppm，Cho峰3.22ppm和mI在3.56ppm，Glx定位在2.1–2.5ppm和3.6–3.9ppm。Cho，Cr，NAA，lactate(Lac)，lipids(Lip)自由共振的甲基集團在1.5T，T1弛豫時間是1s，而T2弛豫時間大于200ms，而其他代謝物的TE短。因此，Cho，Cr，NAA，Lac和Lip的共振峰能夠在長TE(TE

=135ms或270ms)時觀察到。使用長TE有幾個附加的優(yōu)點：·短T2弛豫時間分布的組份，由于已經充分弛豫而得到較好的抑制；·水抑制更加有效；·共振譜線之間的交疊更不明顯；·基線的扭曲顯著的受到抑制；NAA在腦內廣泛而大量的存在，主要用于標志神經元，因此有理由假設腦內1HMRSNAA信號源自神經元和軸突，雖然有研究提出少突膠質細胞的前體細胞也存在NAA。到目前為止，NAA的功能還在深入研究中，最近的研究發(fā)現(xiàn)NAA及NAAG（谷氨酸化的NAA）在神經元-神經膠質細胞信息交流中起重要作用。另外，NAA可作為重要的蛋白和神經遞質，而NAAG可能是NAA在神經元內的儲存形式。NAA的缺少可能表明神經疾病，即神經元或神經軸突的損傷，如，腦梗塞，水腫，腫瘤，多發(fā)硬化或顳葉癲癇等。因此，NAA即是所謂的神經元標識物。在所有的

1HMRS代謝物中，NAA是最具臨床價值的，因為NAA提供了有關神經元完整性方面的信息。例如，NAA的信號預測創(chuàng)傷預后，炎癥和缺氧缺血后神經系統(tǒng)的損傷（包括新生兒和嬰兒）。(P)Cr回波有一致的化學位移并且在1HMRS中表現(xiàn)為兩個峰，位置分別為3.03和3.93ppm。為了進行定量，只計算較為重要的3.03ppm的峰，因為其他位置的峰與水峰接近，可能受其影響。ATP是最為重要的化學能量來源，而PCr是能量最重要的儲存形式，能夠迅速將能量轉移給ATP。反過來ATP也能夠在肌酸激酶的催化下將能量轉移給Cr進行儲存能量，PCr是腦內和肌肉內高能磷酸鍵的儲存形式，并且在ATP和ADP之間的平衡起到緩沖劑的作用，因為在這些部位經常需要能量的大量轉換。(P)Cr經常用作內參。然而，腦缺血和腦腫瘤可能顯著改變(P)Cr峰下積分的面積。另外，肌酸的濃度依賴于肝臟和腎的合成能力及對腦和肌肉的血運情況。正常情況下，絕大多數(shù)的膽堿都是與細胞膜結合的形式存在(磷酸卵磷酯)，由于其主要結合于細胞膜上而限制其共振，因此T2弛豫時間短，不能在體測量。包含Cho的復合物包括：水溶的膽堿復合物磷酸膽堿(PC)，甘油磷酰膽堿（GPC），自由膽堿，CDP膽堿，乙酰膽堿，縮醛磷脂類膽堿等。然而，在對病人和動物實驗的研究中發(fā)現(xiàn)，主要的信號仍然是來自PC和GPC，不可能通過1HMRS來分別觀察之，但是可以通過31PMRS來檢測。

糖醇，肌醇(mI)是星形細胞的標記物，具有維持細胞滲透壓的功能。mI是復雜代謝過程的中心環(huán)節(jié)，因此了解mI的濃度改變極為困難；另外，mI共振中存在一磷酸肌醇，鯊肌醇，甘氨酸等共同的貢獻，所以對mI的解釋變得更加困難。谷氨酸甲基(β-和γ-甲基基團)的共振峰能夠在2.1–2.5ppm位置探查到，而利用短TE在3.6–3.8ppm處檢測到α-甲基基團，這些代謝物常常在肝性腦病和癡呆病人中表現(xiàn)出異常。在病理條件下，自由脂肪酸（lip）能夠在0.9–1.3ppm范圍內觀察到，而乳酸(Lac)峰在1.3ppm。通常情況下，膜的脂質作為生物膜的一部分，也是由于其分子結構，限制了運動能力，造成T2弛豫時間明顯變短，而不能利用在體磁共振觀察到。然而，壞死，炎癥和腫物侵襲等組織內的脂質是可以觀察到的。乳酸作為無氧糖酵解的終產物能夠在病理條件下通過在體MRS（TE=135ms）觀察到，如探測到乳酸則表明供氧不足，或呼吸鏈出現(xiàn)異常。乳酸共振峰的特點是由特征性的β-甲基，在J約7Hz時出現(xiàn)分裂，TE=135ms時是倒置的雙峰。在腦水腫和腦腫瘤中，除了脂質和乳酸外，甘氨酸，纈氨酸，亮氨酸，異亮氨酸，及乳酸和琥珀酸的共振都能夠檢測到。

圖10在體1HMRSa26歲健康自愿者頭T2軸位（SE2,800/90）標記處為

1HMRS定位的組織區(qū)域(VOI=2×2×2cm3)；b在組織a中，水抑制后的1HMRS，水中質子的殘余共振(化學位移δ

=4.70ppm)未能在圖中顯示；應用1HMRS能夠顯示的基團已經在圖中給出：自由脂肪酸的共振（δ=0–2.4ppm）在腦內不能觀察到。與正常的組織結構比較，腫瘤譜線表現(xiàn)為膽堿峰（δ

=3.22ppm）的增高和NAA(δ

=2.01ppm)峰的降低。δ=1.33處，乳酸的β-甲基-質子雙峰能夠發(fā)現(xiàn)（頭線圈，STEAM序列，VOI=3×3×3cm3，TR=1,500ms,echotimeTE=45ms,間隔TM=30ms,采集次數(shù)AC=256,B0=1.5T）；c

1HMRS采用較長的TETE=270ms,Cho,[P]Cr,和NAA共振峰凸顯，其他共振峰因為較短的T2弛豫時間而被抑制；d

腓腸肌

1HMRS（健康自愿者），組織中水分子的質子和脂肪酸中CH2和CH3質子的共振峰31PMRS

MRS在人體的檢查不僅用于檢查質子(1H)，也能夠檢查

31P。這主要是因為對P有相對高的敏感性，另一方面是

31PMRS能夠被確切無誤的解讀。31PMRS能夠在體研究細胞能量代謝情況，磷脂的代謝和中間步驟等。31PMRS通常表現(xiàn)α-，β-，γ-5'NTP

(PCr)(不在肝臟波譜中出現(xiàn))和無機磷酸鹽(Pi)。PME和PDE的高共振信號是由幾種成份構成的，其分布是通過在高場強情況下對組織提取物的檢測得到的，這些試驗中，磷酸乙醇胺（PE）和磷酸膽堿（PC）作為細胞膜磷脂代謝的前體物質，分別為sn-3-磷脂酰乙醇胺和sn-3-磷酸卵磷酯，與PME作為信號分子的腫瘤波譜完全相同，這些磷脂的降解產物-甘油磷酰乙醇胺(GPE)和甘油磷酰膽堿（GPC）出現(xiàn)在共振譜中?？傮w來講，NDP,AMP,IMP,(NAD+,NADH,NADP+,NADPH),和(G-6-P)不能通過在體31PMRS（1.5T）進行區(qū)分。NTP共振中包含有ATP的信號，ATP是最重要細胞化學能量的載體，是磷酸激酶的底物，作為高能磷酸鍵的暫時儲備形式。在氧供應充足時，ATP通過細胞內的有氧糖酵解（胞漿）和氧化磷酸化（線粒體）產生，ATP的濃度保持恒定，如果能量需求增加，ATP很快合成，通過肌酸激酶催化：簡化為：

圖11肌肉（a）和腫瘤（b）31PMRS信號組成成份，對于有些代謝物，分子結構式在圖像下面，圖中表示了所有

31PMRS能夠探測到的磷酸代謝物，峰下面積代表對應代謝物的濃度（理想條件下，TR≥5·T1，B1場在數(shù)據(jù)采集過程中是均勻的）最終的結果：，

增加的水解產物ATP，促發(fā)糖酵解途徑；而如果氧供應不充足時，ATP通過無氧糖酵解合成，最終產物為乳酸(Lac)。組織中的乳酸酸中毒就能夠通過無創(chuàng)的31PMRS檢測出來，因為無機磷酸的共振頻率是pH值依賴的。另一方面，乳酸可以通過1HMRS直接檢測到，Pi的相對化學位移相對于PCr后者的共振峰的位置非pH值依賴，以此能夠判定細胞內的pH；H3PO4在水中分解出H2PO4-，pKa約等于2

；而后者在pKa約等于7

時能夠進一步分解為HPO42-。pKa是相對于pH值（測量氫離子濃度）根據(jù)Henderson-Hasselbalch方程:

圖12細胞能量代謝示意圖ATP（三磷酸腺苷）是能量的主要攜帶者，在糖酵解和氧化磷酸化的過程中合成，催化這些過程的酶位于細胞漿和線粒體內，ATP用于生物合成，信號傳導，主動轉運，肌肉收縮等，也包括細胞運動；磷酸膽堿組為高能磷酸鍵的儲存形式

為了能夠應用于31PMRS，該關系式可以修正，因為質子在分解過程中交換非常快，只有Pi的MR共振峰能夠采集到，Pi化學位移共振相對PCr(δobs)共振，反映了在分解平衡時的