磁共振波譜成像及其臨床價值.ppt

1、磁共振波譜成像及其臨床價值,MRS概述 成像原理 成像技術(shù) 臨床應(yīng)用 發(fā)展方向,醫(yī)學(xué)磁共振技術(shù)包括三大部分 MRI：研究 人體組織器官大體形態(tài)的病生理變化 MRS：研究人體能量代謝的病生理變 化 fMRI：研究人腦功能的病生理變化,概述,概述,磁共振波譜成像：是一種無創(chuàng)性檢測人體正常和病變組織細(xì)胞代謝變化的技術(shù) 單光子發(fā)射計算機(jī)斷層成像（SPECT）和正電子發(fā)射計算機(jī)斷層成像（PET）相比，磁共振波譜無需要放射性示蹤劑標(biāo)記，沒有放射性損害。,MRS是在MRI形態(tài)學(xué)診斷的基礎(chǔ)上，從代謝方面對病變進(jìn)一步定性； 臨床上用于評價腦發(fā)育成熟程度、顱腦腫瘤代謝、感染性病變、脫髓鞘病變、缺血性病變、系統(tǒng)性疾

2、病的肝臟受累和腎移植術(shù)后的急性排異反應(yīng)等。,概述,隨著磁共振掃描儀硬件技術(shù)的提高和軟件算法的改進(jìn)，其在臨床工作中的應(yīng)用日益增多； 目前，3.0 Tesla場強(qiáng)MRI/MRS一體化掃描儀在臨床的應(yīng)用和多體素波譜成像軟件的開發(fā)，使得我們能對人體組織，特別是腦組織的代謝變化情況進(jìn)行更為細(xì)致的觀察和研究。,概述,MRS 優(yōu)點： 無創(chuàng)性 能很好的了解組織器官的代謝情況（可定量分析） 缺點：信噪比及空間分辨率低.精確性差（各類腫瘤波譜間存在一定的重疊）不能嚴(yán)格用于診斷,概述,MRI & MRS比較 本質(zhì)上相同，具有相同的物理原理；不同的是數(shù)據(jù)的處理和顯示方式； MRI掃描后，一定時域內(nèi)獲得的信號被用于產(chǎn)生

3、一個斷面影像，如矢狀、橫軸和冠狀等； MRS掃描后，一定時域內(nèi)獲得的信號通過快速傅立葉轉(zhuǎn)換（Fourier Transform）產(chǎn)生一個質(zhì)子成分按頻率分布的波譜圖,成像原理,MRI & MRS比較 MRI獲得的信號是由不同體素內(nèi)氫核發(fā)射的已經(jīng)在不同的空間方向進(jìn)行頻率和相位編碼的信號。 MRS以質(zhì)和量的方式獲取氫原子核化學(xué)環(huán)境的信息，揭示某部分的質(zhì)子組成成分。,成像原理,成像原理, MRI,成像原理, MRS,絕大多數(shù)原子核都具有圍繞自身軸線做旋轉(zhuǎn)運動的特性，稱之為自旋特性。 由于原子核是帶電粒子，其在做自旋運動時，會在周圍產(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M表

4、示。,成像原理磁共振,原子核在外加磁場中自旋的同時，還以一定的角度繞外加磁場方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運動，稱為進(jìn)動（ precession ）。 進(jìn)動頻率亦稱角頻率（ ），取決于外加磁場強(qiáng)度（B0）和原子核的旋磁比（ ）： = *B0。,成像原理磁共振,上述方程式稱為拉莫方程（Larmor Equation），其角頻率又稱為拉莫頻率。 旋磁比（）是原子核的固有特性，僅與原子核的種類有關(guān)。,成像原理磁共振,成像原理磁共振,M,B0,B0表示外加主磁場的方向； M表示自旋磁矩,質(zhì)子在外加磁場中的進(jìn)動,外加射頻脈沖（Radio Frequency，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，

5、從低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變到高能量狀態(tài)，產(chǎn)生磁共振現(xiàn)象（Magnetic Resonance Phenomenon）。,成像原理磁共振,RF停止后，原子核就會從不穩(wěn)定的高能狀態(tài)恢復(fù)到穩(wěn)定的低能狀態(tài)，此過程稱為馳豫。期間會發(fā)生能級和相位的變化。由接收線圈探測原子核馳豫過程中釋放出來的自由感應(yīng)衰減（FID）信號,轉(zhuǎn)換成MR信號。,成像原理磁共振,帶負(fù)電荷的電子在原子核周圍形成電子云，電子云的作用使得外加磁場對原子核的作用減弱，其作用的大小用屏蔽系數(shù)（）表示，因此被消弱掉的磁場強(qiáng)度為B0。 這部分磁場（ B0）與外加磁場方向相反，強(qiáng)度與外加磁場強(qiáng)度（B0）成正比,波譜原理化學(xué)位移,考慮到電子云的磁屏蔽作用，拉

6、莫方程應(yīng)修正為： = （1- ）B0。 上式顯示，即使同一種原子核由于處于不同化合物中的，所受磁屏蔽作用的程度不同（即 不同），因此將具有不同的共振頻率，這就是所謂的化學(xué)位移現(xiàn)象（Chemical Shift Phenomenon），也是磁共振波譜成像的基礎(chǔ)。,波譜原理化學(xué)位移,化學(xué)位移（chemical shift）頻率數(shù)值用于表示化合物中各組成成分的原子核共振波峰的位置。 實際應(yīng)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。,波譜原理化學(xué)位移,=（ f - fr ）/ fr106 ppm 其中，表示化學(xué)位移， f表示被測原子核的共振頻率， fr表示中心拉莫頻

7、率, ppm表示百萬分之一。 是一個相對值，反映不同化學(xué)環(huán)境屏蔽系數(shù)的差別，與外加磁場強(qiáng)度的大小無關(guān)，是非磁場依賴性的。,波譜原理化學(xué)位移,生物組織中有磁性的元素約百余種，如1H、13C、19F、23Na、31P等。 人腦研究時代謝物濃度低，需要高SNR（與主場強(qiáng)、接受頻帶寬及旋磁比） 目前，研究和使用最多的是1H。 1H是磁化率最高的原子核，可以得到較強(qiáng)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。,成像原理,除1H外可用于MRS研究的有： 31P； 13C 23Na 39K 19F,成像原理,波譜技術(shù),勻場 抑水 定域方法,波譜技術(shù),勻場 MRS反映的是局部磁場的瞬間變

8、化，對磁場均勻性的變化敏感，不均勻會導(dǎo)致波峰的增寬和重疊，從而導(dǎo)致分辨率、敏感度的降低 半波寬0.05-0.1ppm (3.0T 相當(dāng)于8-16Hz),波譜技術(shù),抑水 水在體內(nèi)的濃度是其它產(chǎn)物的100000倍必須抑水以充分顯示其他代謝峰。 常用：化學(xué)位移飽和法（chemical-shift sclective saturation CHESS）在使用波譜脈沖序列前，使用以水共振頻率為中心的射頻脈沖完成水抑制,波譜技術(shù),定位法 深部分辨表面分析法（depth resolved surface-coil spectroscopy DRESS） 空間分辨分析法(spatially resolved

9、spectroscopy SPARS) 點分辨波譜分析法(point resolved spectroscpy PRESS) 激勵回波采集法(stimulated echo spectroscopy STEAM) 以后兩者最常用,波譜技術(shù),STEAM 參數(shù)：TE/TR=35ms/1500ms，用3個90度脈沖激勵3個兩兩相互垂直的層面，產(chǎn)生回波信號 優(yōu)點：對短T2代謝物(lip,ala等)顯示好，可以更好抑制水的共振峰。 缺點：場強(qiáng)均勻性要求高，信噪比低，譜的基線不穩(wěn)定，造成代謝物含量測定時系統(tǒng)誤差較大。,波譜技術(shù),PRESS 參數(shù)：TE144ms/1500ms,采用1個90、2個180度脈沖

10、激勵相互垂直的3個層面產(chǎn)生回波信號 優(yōu)點：信號強(qiáng)，譜線穩(wěn)定 缺點：不能測的短T2代謝產(chǎn)物，,1H MRS活體測定的代謝物分子基團(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）：多位于糖中，如葡萄糖、肌醇； 乙烯基或烴：位于飽和脂肪酸。,MRS測定的含1H基團(tuán),臨床應(yīng)用,正常波譜圖,臨床應(yīng)用,正常波譜圖 橫軸為頻率軸，縱軸為信號強(qiáng)度軸 主要顯示4個代謝峰，波峰下面積代表化合物濃度 病理情況下還可顯示其它代謝峰 見下表,代謝物化學(xué)位移,臨床應(yīng)用,常見疾病的代謝物濃度變化 見下表,疾病 NAA Cr Cho Lac Lip aa 腫瘤 - - - 膿腫 梗死 - - - MS - - - 癲癇 - - ,顱內(nèi)常見病變的代謝物特征,發(fā)展方向,單體素多體素完全覆蓋式螺旋波 多體素波譜又稱波譜成像（SI） 優(yōu)點：1次采集可獲得VOI多部位譜線，可放映同一時間不同部位代謝物的分布，有利于彌漫病變的發(fā)現(xiàn)及早期檢出，并可雙側(cè)對比。 缺點：技術(shù)復(fù)雜，檢查時間較長，不適合臨床工作,多核波譜 31P可用于判定磷代謝產(chǎn)物的濃度，并可根據(jù)無機(jī)磷波譜的位置，測定pH值； 13C可