磁共振氫質(zhì)子波譜在顱腦疾病診斷的臨床應(yīng)用

1、磁共振氫質(zhì)子波譜在顱腦疾病診斷的臨床應(yīng)用Clinic Application of Proton Magnetic Resonance Spectroscopy in the Diagnosis of Brain Diseases,What does 1H MRS tell us？,Not architecture, but metabolites.,一、基本原理與成像技術(shù)1、磁共振波譜（MRS） 一種利用核磁共振現(xiàn)

2、象和化學(xué)位移作用對(duì)一系列原子核及其化合物進(jìn)行分析的方法。MRS是目前無(wú)損傷性的研究人體器官和組織代謝、生化改變及化合物定量分析的方法之一。,化學(xué)位移（chemical shift） 同一種原子核，在不同的分子中，由于周?chē)娮釉频慕Y(jié)構(gòu)、分布和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，周?chē)娮釉茖?duì)其產(chǎn)生不同的屏蔽作用——磁屏蔽（化學(xué)環(huán)境）,1H在H2O和脂類(-CH3)具有不同的化學(xué)環(huán)境，則有不同的進(jìn)動(dòng)頻率：

3、? = ? ? B = ? ? （1-?）B0 ?---屏蔽常數(shù),?不同，即使在同一B0中，不同的化合物的相同原子核由于其所處的化學(xué)環(huán)境不同，其周?chē)艌?chǎng)強(qiáng)度會(huì)有細(xì)微變化，共振頻率也會(huì)有所差別——化學(xué)位移 在1.5T主磁場(chǎng)中， H2O和脂類中的1H的共振頻率分別為63.75Hz及210Hz（相差3ppm）化學(xué)位移的單位表述

4、①赫茲（Hz）②相對(duì)值（ppm）：頻率的百萬(wàn)分之一,,二、技術(shù)方法,參考像,,選取ROI,,空間定域,,勻場(chǎng),,抑水,掃描,,1、掃描序列 （1）激勵(lì)回波序列（STEAM） 三個(gè)相互垂直的90°RF脈沖 優(yōu)點(diǎn)：TE短，對(duì)短T2化合物，如Glx、MI、 Lip等 受J耦合影響少 缺

5、點(diǎn)：信噪比低 對(duì)運(yùn)動(dòng)敏感 對(duì)磁場(chǎng)均勻度等要求嚴(yán)格,（2）點(diǎn)解析波譜（PRESS） 兩個(gè)180 °脈沖后，再跟一個(gè)90 °脈沖 優(yōu)點(diǎn)：適于長(zhǎng)TE化合物，如Cho、 Cr、NAA等 信噪比高 對(duì)運(yùn)動(dòng)不敏感

6、 對(duì)磁場(chǎng)要求相對(duì)低 缺點(diǎn)：易受J耦合影響,2、單體素采集與多體素采集 單體素（SV）僅對(duì)一個(gè)體素的化合物濃度進(jìn)行分析 多體素（SI）計(jì)算ROI內(nèi)所有體素化合物的平均濃度 PRESS和STEAM序列都可行SV及SI采集,3、化學(xué)位移成像（chemical shift imaging，CSI） 2D-CSI 3D

7、-CSI,NAA,NAA,Cr,Cho,Lac,Glx,Cr,3.9 3.2 3.0 2.4 2.0 1.3 ppm,三、正常圖象分析1、常見(jiàn)化合物的化學(xué)位移及其作用,（1）NAA——氮-乙酰天門(mén)冬氨酸 位于2.0ppm 主要位于神經(jīng)元上，是公認(rèn)的神經(jīng)元

8、標(biāo)志物， NAA降低往往提示神經(jīng)元的脫失或功能障礙。,（2）Choline——膽堿復(fù)合物（甘油磷酸膽堿、磷酸膽堿和膽堿） 位于3.2ppm，與細(xì)胞膜磷脂代謝有關(guān)，參與細(xì)胞膜構(gòu)成，并且是乙酰膽堿的前體； Cho升高，反映膠質(zhì)增生、細(xì)胞增殖和膜轉(zhuǎn)運(yùn)增加。,（3）Creatine——肌酸（ Cr ）和磷酸肌酸（ pCr ） 位于3.0ppm(少量位于3.94ppm) 作用:高能磷酸鹽的

9、儲(chǔ)備形式及ATP和ADP的緩沖劑； 其含量相對(duì)較穩(wěn)定，常被作為1H MRS相對(duì)定量測(cè)量 時(shí)的參照物。,（4）乳酸（Lactic acid） 位于1.3ppm, PRESS序列 TE=144ms時(shí)，呈倒置雙峰 TE=288ms時(shí)，呈正置雙峰 正

10、常情況下檢測(cè)不到，常出現(xiàn)于缺血缺氧時(shí)。,,,（5）MI——肌醇 位于3.6ppm 星形細(xì)胞內(nèi)的一種重要的滲透遞質(zhì)，參與調(diào)節(jié)滲透壓，營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞及生成表面活性物質(zhì)；作為星形細(xì)胞的標(biāo)志物。,（6）Glx——谷氨酰胺及谷氨酸復(fù)合物 位于2.2~2.4ppm 一種興奮性神經(jīng)遞質(zhì) 在缺氧、肝性腦病或腦腫瘤等時(shí)升高,2、如何定量 （1）

11、絕對(duì)定量： （2）半定量： 直接測(cè)代謝峰下的面積 （3）相對(duì)定量： 計(jì)算比值：NAA/CR CHO/NAA CHO/CR NAA/（CHO+CR）等 相對(duì)定量可以消除生物體及外磁場(chǎng)等的影響，應(yīng)用較多。,在正常人群中，各種代謝物的濃度

12、并非一成不變，具有個(gè)體差異，而且隨年齡的變化代謝物濃度有規(guī)律地變化。,32w,4y,3mon,9y,四、1H MRS在顱腦疾病診斷中的應(yīng)用（一）腦血管?。ǘ┠[瘤及腫瘤樣病變（三）顳葉癲癇（四）老年性癡呆：Alzheimer病等（五）一些兒童腦疾?。┢渌?Parkinson病、白質(zhì)腦病、肝性腦病、 精神分裂癥、MS等,（一）腦血管病1.1 出血性腦血管?。?H MRS的

13、作用不大1.2 缺血性腦血管?。?1H MRS的價(jià)值 1H MRS出現(xiàn)異常改變比常規(guī)MRI早。臨床上腦梗死發(fā)生4小時(shí)以內(nèi)的病人,常規(guī)MRI常常難以顯示缺血區(qū),而MRS改變則很明顯 。 1H MRS的改變不受模糊效應(yīng)的影響（3W左右）。,缺血性腦血管病的1H MRS表現(xiàn)：出現(xiàn)Lac： Lac 的增高是腦梗死早期的一個(gè)敏感指標(biāo)，2-3小時(shí)即可出現(xiàn)； Federico 等認(rèn)為,Lac 升高在腦梗

14、死最初24～48 小時(shí)與無(wú)氧代謝有關(guān),而后期則為梗死區(qū)小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)所致。 Lac與多倫多中風(fēng)評(píng)分（TSS）、Barthel指數(shù)評(píng)分（BI）以及梗死灶體積顯著相關(guān)， Lac 濃度預(yù)示著損傷程度。,NAA減低： 一般，NAA在腦中風(fēng)后6~24小時(shí)開(kāi)始明顯下降，標(biāo)志著神經(jīng)元出現(xiàn)不可逆損傷； NAA在梗死區(qū)分布不均勻,中心區(qū)域下降較周?chē)黠@。 NAA含量可作為評(píng)估腦梗死病人預(yù)后

15、的指標(biāo)。,,梗 塞100.81±0.620.91±0.460.88±0.170.68±0.14,例數(shù) Cho/NAA Cho/Cr NAA/Cr Lac/Cr,正 常610.87±0.211.21±0.251.42±0.300.20±0.10,,,,P值 ＞0.05 　　　　 ＞

16、0.05 　　　 ＜0.05 　　　 ＜0.05,,Case1: 發(fā)病24小時(shí),NAA,NAA,NAA,NAA,Lac,Lac,Lac/Lip,Case2: 發(fā)病3天,normal,normal,infaction,infaction,,,Lac、NAA等的濃度變化在腦梗塞中是個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程。,,發(fā)病5.5h 正常側(cè) 病側(cè),3

17、d 11d 36d,1H MRS對(duì)缺血半暗帶的研究PWI－DWI mis-match研究發(fā)現(xiàn)，在急性期腦梗死后MRS上發(fā)現(xiàn)Lac峰,而NAA峰正常或略低,提示腦缺血半暗帶存在,仍可進(jìn)行溶栓治療。CSI（Lac－NAA）的范圍,,（二）MRS在腦腫瘤中的應(yīng)用價(jià)值 1H MRS對(duì)腦腫瘤的臨床應(yīng)用

18、具有廣泛的應(yīng)用前景，主要有幾個(gè)方面：1、星形細(xì)胞瘤與急/亞急性腦梗塞、局灶性炎癥的鑒別2、環(huán)形增強(qiáng)病變的鑒別3、腫瘤的定性診斷及良、惡性分級(jí)4、界定腫瘤界限、指導(dǎo)治療方案、5、評(píng)估腫瘤治療效果,腦腫瘤的波譜 實(shí)質(zhì)內(nèi)NAA消失或降低，Cho顯著升高，Cr輕度下降，可有Lac/Lip出現(xiàn)。 壞死囊變區(qū)內(nèi)NAA、 Cho、 Cr均明顯降低，伴L(zhǎng)ac 峰。,T,E,Necrosis,norma

19、l,NAA,Cho,Lip,Cr,星形細(xì)胞瘤、腦梗塞的1H MRS代謝物比值分析表 Cho/NAACho/Cr NAA/Cr (Lac+Lip)/Cr星 形 2.12±0.31* 2.26±0.76* 0.91±0.18 0.45±0.19梗 塞 0.81±0.62 0.91±0.46 0.88

20、±0.17 0.68±0.14 P 值 0.023 0.021 0.75 0.62,,,1.1、星形細(xì)胞瘤與急/亞急性腦梗塞的鑒別,Normal,Normal,腦梗塞：正常神經(jīng)元功能障礙或死亡，細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)減慢或失，能量代謝下降，可以導(dǎo)致NAA，Cho 和Cr降低，但是，由于乏氧造成糖酵解增加，使Lac明顯增高。 星形

21、細(xì)胞瘤：腫瘤細(xì)胞增殖、細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)增強(qiáng)，而正常神經(jīng)元被替代，因此Cho明顯升高，NAA顯著降低，Cho/NAA、Cho/Cr明顯增高。,附表：星形細(xì)胞瘤和局灶性腦炎的波譜代謝物比值 例數(shù) Cho/NAA Cho/Cr 星形細(xì)胞瘤 11 2.12±0.312.26±0.76 局灶性腦炎 5

22、 0.85±0.291.13±0.95 P值 ＜0.05 ＞0.05,,,1.2 星形細(xì)胞瘤與局灶性炎癥的鑒別,Normal,2、環(huán)形增強(qiáng)病變的鑒別,Tumor?Abcess?,膿腫氨基酸峰（0.9ppm）、乙酸（1.92ppm）、丙氨酸（1.5ppm）等的出現(xiàn)具有特異性,AA,Lip/Lac,A,S,3.1、腫瘤的定性診斷

23、腦膜瘤 腦膜瘤系腦外腫瘤，理論上不包含NAA，但Cho顯著增高。 丙氨酸峰Ala（1.47ppm）的出現(xiàn)，是其特征性改變。轉(zhuǎn)移瘤 NAA消失； Cho明顯升高；Cr降低； 出現(xiàn)Lac和/或Lip峰。膠質(zhì)瘤 NAA明顯下降（級(jí)別越高，下降越明顯），Cho顯著升高，Cr降低；可出現(xiàn)脂質(zhì)波及乳酸峰，提示腫瘤的脂性壞死和缺氧程度。,3、腫瘤的定性診斷及良、惡性分級(jí),,Ala,NA

24、A,Cho,Cho,NAA,Lip,Cho,NAA,Lip,3.2、腫瘤良、惡性分級(jí),高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤腫瘤實(shí)質(zhì)的1H-MRS代謝物比值分析表例數(shù) Cho/NAACho/Cr NAA/Cr (Lac+Lip)/Cr低級(jí)別 102.02±0.312.26±0.760.91±0.18 0.45±0.19高級(jí)別 352.88±0.

25、492.76±1.030.83±0.28 1.38±1.71P值 0.032 0.285 0.779 0.168,,,,Cho/NAA=3.30,Cho/NAA=5.12,附表：轉(zhuǎn)移瘤與高級(jí)別膠質(zhì)瘤瘤周水腫波譜代謝物比值 例數(shù) Cho/NAA

26、 Cho/Cr 轉(zhuǎn)移瘤 10 1.33±0.33 1.94±0.61 高級(jí)別 35 2.03±0.63 2.28±0.74 t值 0.70 0.33 P值 0.006

27、 0.230,,,4、界定腫瘤界限、指導(dǎo)治療方案,膠質(zhì)瘤：高級(jí)別膠質(zhì)瘤瘤周水腫區(qū)有腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)，Cho顯著增高，NAA、Cr明顯下降， Cho/ Cr、 Cho / NAA 增高，尤其Cho / NAA ； 非浸潤(rùn)性腫瘤（良性腦膜瘤、轉(zhuǎn)移瘤等）瘤周沒(méi)有腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)，不出現(xiàn)病理性譜線。,normal,tumor,tumor,necrosis,edema,edema,edema,edema,edema,1、腫瘤實(shí)質(zhì)

28、；2、3腫瘤下方水腫區(qū)；4、5、6、7腫瘤內(nèi)側(cè)水腫區(qū),腦膜瘤腦浸潤(rùn),,5、對(duì)治療效果的監(jiān)測(cè) 研究表明，系列的MRS對(duì)治療效果監(jiān)測(cè)有幫助： 瘤體縮小者，CHO值下降； 瘤體增大者，CHO值升高。 MRS是反應(yīng)腫瘤代謝及發(fā)展的可靠指標(biāo)。,術(shù)后改變：CHO、NAA、CR均低； 腫瘤復(fù)發(fā)：CHO↑，NAA↓，CR↑，CHO/NAA↑,放射性損傷

29、 MRS具有明顯優(yōu)勢(shì)： 照射劑量＞40Gy，乳酸峰增高； 放射性壞死者，顯示NAA、Cho、Cr均大幅度下降， 而出現(xiàn)細(xì)胞壞死峰（0~2.0ppm之間寬大的波峰）； 腫瘤復(fù)發(fā)者，Cho/NAA和Cho/Cr增高，乳酸峰出現(xiàn)。,（三）顳葉癲癇 顳葉癲癇的發(fā)生與海馬硬化密不可分,海馬硬化是指海馬區(qū)域出現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞丟失和膠質(zhì)細(xì)胞增生的病理改變。 M

30、RI對(duì)顳葉癲癇的診斷主要依靠對(duì)海馬形態(tài)學(xué)研究以及1H MRS。 1H MRS有助于顳葉癲癇的定性、定側(cè)。,海馬硬化出現(xiàn)海馬區(qū)域神經(jīng)細(xì)胞丟失和膠質(zhì)細(xì)胞增生，導(dǎo)致NAA降低，而Cho 和 Cr水平?jīng)]有變化；活動(dòng)期可以出現(xiàn)Lac峰。 正常成人的1H MRS 波譜NAA/（Cho + Cr）最低值為0.72 ,低于 0.67 則為異常。,R,L,NAA/ （Cho + Cr）L=0.66NAA/ （Cho + Cr）

31、R=0.64,,NAA/ （Cho + Cr）L=0.64NAA/ （Cho + Cr）R=0.75,（四） 老年性癡呆： Alzheimer病,Alzheimer 病(AD) 是由于大腦皮層神經(jīng)元喪失及功能障礙而導(dǎo)致的進(jìn)行性智能障礙性疾病。神經(jīng)纖維纏結(jié)和老年斑是兩個(gè)特征性的病理表現(xiàn)。 1H MRS研究發(fā)現(xiàn)AD 患者的額葉、顳葉 、扣帶回后部等結(jié)構(gòu)內(nèi)NAA含量下降，肌醇（MI）含量升高。,AD 腦內(nèi)MI升高有一定

32、特異性, 認(rèn)為MI水平在顳葉皮質(zhì)的升高與AD 的嚴(yán)重程度和病程相關(guān), 枕葉MI 的升高在AD 診斷中可達(dá)到83%的敏感性和98%的特異性。 導(dǎo)致AD 患者M(jìn)I 聚集的原因和可能的病理生理機(jī)制仍然不清。 對(duì)于1H MRS能否鑒別AD和其他類型癡呆各家意見(jiàn)并不統(tǒng)一，有待于進(jìn)一步研究。,,MI,MI,,normal,AD,(五) MRS in pediatrics兒童代謝性腦病腦白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良

33、NAA/Cr↓ Cho/Cr↑ mI/NAA↑ mI /Cr↑Canavan’s disease NAA 明顯升高,Canavan’s disease,2. 新生兒、嬰兒缺氧腦病（1）有無(wú)：Lactate（2）程度：NAA（3）預(yù)后：NAA,（六）其他1、 Parkinson病（PD） 各家結(jié)論不一。主要表現(xiàn)為基底節(jié)區(qū)NAA/ Cr 降低，提示多巴胺神