磁共振氫質子波譜在顱腦疾病診斷的臨床應用

1、磁共振氫質子波譜在顱腦疾病診斷的臨床應用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1、磁共振波譜（MRS） 一種利用核磁共振現

2、象和化學位移作用對一系列原子核及其化合物進行分析的方法。MRS是目前無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。,化學位移（chemical shift） 同一種原子核，在不同的分子中，由于周圍電子云的結構、分布和運動狀態(tài)不同，周圍電子云對其產生不同的屏蔽作用——磁屏蔽（化學環(huán)境）,1H在H2O和脂類(-CH3)具有不同的化學環(huán)境，則有不同的進動頻率：

3、? = ? ? B = ? ? （1-?）B0 ?---屏蔽常數,?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環(huán)境不同，其周圍磁場強度會有細微變化，共振頻率也會有所差別——化學位移 在1.5T主磁場中， H2O和脂類中的1H的共振頻率分別為63.75Hz及210Hz（相差3ppm）化學位移的單位表述

4、①赫茲（Hz）②相對值（ppm）：頻率的百萬分之一,,二、技術方法,參考像,,選取ROI,,空間定域,,勻場,,抑水,掃描,,1、掃描序列 （1）激勵回波序列（STEAM） 三個相互垂直的90°RF脈沖 優(yōu)點：TE短，對短T2化合物，如Glx、MI、 Lip等 受J耦合影響少 缺

5、點：信噪比低 對運動敏感 對磁場均勻度等要求嚴格,（2）點解析波譜（PRESS） 兩個180 °脈沖后，再跟一個90 °脈沖 優(yōu)點：適于長TE化合物，如Cho、 Cr、NAA等 信噪比高 對運動不敏感

6、 對磁場要求相對低 缺點：易受J耦合影響,2、單體素采集與多體素采集 單體素（SV）僅對一個體素的化合物濃度進行分析 多體素（SI）計算ROI內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、常見化合物的化學位移及其作用,（1）NAA——氮-乙酰天門冬氨酸 位于2.0ppm 主要位于神經元上，是公認的神經元

8、標志物， NAA降低往往提示神經元的脫失或功能障礙。,（2）Choline——膽堿復合物（甘油磷酸膽堿、磷酸膽堿和膽堿） 位于3.2ppm，與細胞膜磷脂代謝有關，參與細胞膜構成，并且是乙酰膽堿的前體； Cho升高，反映膠質增生、細胞增殖和膜轉運增加。,（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、儲備形式及ATP和ADP的緩沖劑； 其含量相對較穩(wěn)定，常被作為1H MRS相對定量測量 時的參照物。,（4）乳酸（Lactic acid） 位于1.3ppm, PRESS序列 TE=144ms時，呈倒置雙峰 TE=288ms時，呈正置雙峰 正

10、常情況下檢測不到，常出現于缺血缺氧時。,,,（5）MI——肌醇 位于3.6ppm 星形細胞內的一種重要的滲透遞質，參與調節(jié)滲透壓，營養(yǎng)細胞及生成表面活性物質；作為星形細胞的標志物。,（6）Glx——谷氨酰胺及谷氨酸復合物 位于2.2~2.4ppm 一種興奮性神經遞質 在缺氧、肝性腦病或腦腫瘤等時升高,2、如何定量 （1）

11、絕對定量： （2）半定量： 直接測代謝峰下的面積 （3）相對定量： 計算比值：NAA/CR CHO/NAA CHO/CR NAA/（CHO+CR）等 相對定量可以消除生物體及外磁場等的影響，應用較多。,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用（一）腦血管病（二）腫瘤及腫瘤樣病變（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的價值 1H MRS出現異常改變比常規(guī)MRI早。臨床上腦梗死發(fā)生4小時以內的病人,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的影響（3W左右）。,缺血性腦血管病的1H MRS表現：出現Lac： Lac 的增高是腦梗死早期的一個敏感指標，2-3小時即可出現； Federico 等認為,Lac 升高在腦梗

14、死最初24～48 小時與無氧代謝有關,而后期則為梗死區(qū)小膠質細胞和巨噬細胞的浸潤所致。 Lac與多倫多中風評分（TSS）、Barthel指數評分（BI）以及梗死灶體積顯著相關， Lac 濃度預示著損傷程度。,NAA減低： 一般，NAA在腦中風后6~24小時開始明顯下降，標志著神經元出現不可逆損傷； NAA在梗死區(qū)分布不均勻,中心區(qū)域下降較周圍明顯。 NAA含量可作為評估腦梗死病人預后

15、的指標。,,梗 塞100.81±0.620.91±0.460.88±0.170.68±0.14,例數 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,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動態(tài)的過程。,,發(fā)病5.5h 正常側 病側,3

17、d 11d 36d,1H MRS對缺血半暗帶的研究PWI－DWI mis-match研究發(fā)現，在急性期腦梗死后MRS上發(fā)現Lac峰,而NAA峰正?；蚵缘?提示腦缺血半暗帶存在,仍可進行溶栓治療。CSI（Lac－NAA）的范圍,,（二）MRS在腦腫瘤中的應用價值 1H MRS對腦腫瘤的臨床應用

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

19、l,NAA,Cho,Lip,Cr,星形細胞瘤、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、星形細胞瘤與急/亞急性腦梗塞的鑒別,Normal,Normal,腦梗塞：正常神經元功能障礙或死亡，細胞膜轉運減慢或失，能量代謝下降，可以導致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、細胞瘤：腫瘤細胞增殖、細胞膜轉運增強，而正常神經元被替代，因此Cho明顯升高，NAA顯著降低，Cho/NAA、Cho/Cr明顯增高。,附表：星形細胞瘤和局灶性腦炎的波譜代謝物比值 例數 Cho/NAA Cho/Cr 星形細胞瘤 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 星形細胞瘤與局灶性炎癥的鑒別,Normal,2、環(huán)形增強病變的鑒別,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，是其特征性改變。轉移瘤 NAA消失； Cho明顯升高；Cr降低； 出現Lac和/或Lip峰。膠質瘤 NAA明顯下降（級別越高，下降越明顯），Cho顯著升高，Cr降低；可出現脂質波及乳酸峰，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,,Ala,NA

24、A,Cho,Cho,NAA,Lip,Cho,NAA,Lip,3.2、腫瘤良、惡性分級,高、低級別膠質瘤腫瘤實質的1H-MRS代謝物比值分析表例數 Cho/NAACho/Cr NAA/Cr (Lac+Lip)/Cr低級別 102.02±0.312.26±0.760.91±0.18 0.45±0.19高級別 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：轉移瘤與高級別膠質瘤瘤周水腫波譜代謝物比值 例數 Cho/NAA

26、 Cho/Cr 轉移瘤 10 1.33±0.33 1.94±0.61 高級別 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、指導治療方案,膠質瘤：高級別膠質瘤瘤周水腫區(qū)有腫瘤細胞浸潤，Cho顯著增高，NAA、Cr明顯下降， Cho/ Cr、 Cho / NAA 增高，尤其Cho / NAA ； 非浸潤性腫瘤（良性腦膜瘤、轉移瘤等）瘤周沒有腫瘤細胞浸潤，不出現病理性譜線。,normal,tumor,tumor,necrosis,edema,edema,edema,edema,edema,1、腫瘤實質

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

29、 MRS具有明顯優(yōu)勢： 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， 而出現細胞壞死峰（0~2.0ppm之間寬大的波峰）； 腫瘤復發(fā)者，Cho/NAA和Cho/Cr增高，乳酸峰出現。,（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)域出現神經細胞丟失和膠質細胞增生的病理改變。 M

30、RI對顳葉癲癇的診斷主要依靠對海馬形態(tài)學研究以及1H MRS。 1H MRS有助于顳葉癲癇的定性、定側。,海馬硬化出現海馬區(qū)域神經細胞丟失和膠質細胞增生，導致NAA降低，而Cho 和 Cr水平沒有變化；活動期可以出現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元喪失及功能障礙而導致的進行性智能障礙性疾病。神經纖維纏結和老年斑是兩個特征性的病理表現。 1H MRS研究發(fā)現AD 患者的額葉、顳葉 、扣帶回后部等結構內NAA含量下降，肌醇（MI）含量升高。,AD 腦內MI升高有一定

32、特異性, 認為MI水平在顳葉皮質的升高與AD 的嚴重程度和病程相關, 枕葉MI 的升高在AD 診斷中可達到83%的敏感性和98%的特異性。 導致AD 患者MI 聚集的原因和可能的病理生理機制仍然不清。 對于1H MRS能否鑒別AD和其他類型癡呆各家意見并不統一，有待于進一步研究。,,MI,MI,,normal,AD,(五) MRS in pediatrics兒童代謝性腦病腦白質營養(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?。?）有無：Lactate（2）程度：NAA（3）預后：NAA,（六）其他1、 Parkinson?。≒D） 各家結論不一。主要表現為基底節(jié)區(qū)NAA/ Cr 降低，提示多巴胺神