磁共振波譜技術(shù)(講+全)

1、磁共振波譜技術(shù),張文博,MRS,MRS可以檢出具有生理及病生理意義的代謝物在體、直接、無創(chuàng)采集原理:與MRI相同，遵循Larmor定律MRI：信號(hào)的變化隨時(shí)間變化的函數(shù)MRS：信號(hào)的振幅隨頻率分布的函數(shù),原理,Larmor equation旋磁比,不同原子核共振的頻率不同,MRS應(yīng)用,MRS較成熟的技術(shù)應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)及前列腺疾病需要特殊的線圈及軟件31P在肌肉中及中樞神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用其他核的波譜技術(shù)尚在臨床研

2、究階段13C、23Na,MRS可以看到什么？,MRS基本概念,不同化學(xué)結(jié)構(gòu)中的氫原子，其進(jìn)動(dòng)頻率不同這種由于所處的分子結(jié)構(gòu)不同所致的同一原子核進(jìn)動(dòng)頻率出現(xiàn)差異的現(xiàn)象稱之為化學(xué)位移現(xiàn)象,,水中的氫質(zhì)子在1.5T場強(qiáng)條件下的進(jìn)動(dòng)頻率是63.9MHz長鏈脂肪酸中的氫質(zhì)子在同場強(qiáng)條件下的進(jìn)動(dòng)頻率為63.9MHz-224Hz絕對(duì)頻率差實(shí)際意義較小,,以“百萬分之”（parts per million，ppm）來表示化合物之間的頻率差別是恒

3、定的。（無場強(qiáng)依賴）,3T腦白質(zhì)的MRS譜線,移動(dòng)脂肪0.9-1.3ppm乳酸（Lac）1.33ppmN-乙酰天門冬氨酸（NAA）2.02ppm谷氨酸類化合物復(fù)合峰（Glx）2.1-2.4,3.78ppm總肌酸（Cr）3.03總膽堿（Cho）3.02肌醇（mI）3.56,譜線的判讀,譜線的要求： 信噪比好（SNR） 均勻性好

4、 一致性好,SNR通常在頻率域定義為最大代謝物的峰高度除以無信號(hào)區(qū)噪聲的振幅的均方根,,波譜的基本概念,峰下面積與代謝物濃度呈正比線寬與化合物的T2*弛豫時(shí)間和磁場的均勻度有關(guān)，它決定譜線的頻率分辨率原子核存在共價(jià)鍵，會(huì)形成自旋-自旋偶聯(lián)，則表現(xiàn)為特定形態(tài)的峰,MRS vs MRI,基于組織中水的T2弛豫時(shí)間，及脂肪的信號(hào)信號(hào)來源于全腦，解剖信息來自質(zhì)子及分布及其在及其在不同組織中的相對(duì)弛豫率的不同T

5、2WI，T1WI，F(xiàn)LAIR,MRS vs MRI,基于代謝物的T2弛豫時(shí)間信號(hào)來源于腦的特定區(qū)域PRESS，STEAM，CSI,MRS的空間定位,準(zhǔn)確采集感興趣區(qū)容積（volume of interest，VOI）體素內(nèi)的信號(hào)，而不被VOI以外的信號(hào)污染，是MRS成功的關(guān)鍵單體素多體素,MRS選用的序列,活體影像選擇波譜ISIS激勵(lì)回波采集模式STEAM點(diǎn)分辨波譜PRESS,,活體影像選擇波譜(image select

6、 in-vivo spectroscopy，ISIS) 反轉(zhuǎn)脈沖適用于射頻脈沖不均勻的表面線圈，且磁化矢量全部反應(yīng)的Z軸上，T2弛豫丟失很少，有利于短T2的核，常用于31P-MRS缺點(diǎn)是費(fèi)時(shí)，對(duì)運(yùn)動(dòng)偽影敏感,,激勵(lì)回波采集模式（stimulate echo acquisition mode，STEAM）優(yōu)點(diǎn)是一次激發(fā)就可采集，不需要相位再循環(huán)；水抑制充分；體素邊緣的銳利度好；空間定位準(zhǔn)確缺點(diǎn)是有近50%的信號(hào)丟失，造成信噪比較低

7、,,點(diǎn)分辨波譜（point resolved spectroscopy，PRESS）主要是運(yùn)用了重聚相位的1800脈沖，減少了信號(hào)的丟失選擇長回波時(shí)間時(shí)（TE>50ms）會(huì)導(dǎo)致短T2代謝物的丟失，且信噪比下降,MRS的技術(shù)考慮,不同的場強(qiáng)不同的序列（PRESS或STEAM）不同的參數(shù)（TE） 所得的譜線均會(huì)有差別，代謝物比值也有所不同,3.0T vs 1.5T,Press：TR1500ms，TE35ms,3.0T

8、vs 1.5T,Press：TR1500ms，TE35ms,1.5T PRESS vs STEAM,TR1500ms，TE35ms,1.5T PRESS vs STEAM,TR1500ms，TE35ms,3.0T PRESS vs STEAM,TR1500ms，TE35ms,TR時(shí)間不同的譜線,PRESS,3000ms,1500ms,TE時(shí)間不同的譜線,PRESS,144ms,35ms,回波時(shí)間的影響,短回波（TE<50ms）+

9、可看到短T2代謝物，如mI,Glx+信號(hào)強(qiáng)度最高+有已形成的正常值可參考+可見脂肪信號(hào) - 基線易不穩(wěn),長回波（TE>50ms）+基線平穩(wěn)+TE=144有利于觀察乳酸峰 - 很少有脂肪信號(hào) - 信號(hào)強(qiáng)度弱 - 丟失所有短T2的代謝物,MRS的技術(shù)選擇,開始運(yùn)用MRS技術(shù)前，應(yīng)充分評(píng)價(jià)磁共振系統(tǒng)的MRS技術(shù)所能提供的質(zhì)量，根據(jù)所需觀察的代謝物來確定所用的序列及所有參數(shù)。,MRS的定量計(jì)算,絕對(duì)定量與相對(duì)定量相對(duì)定

10、量：以各種代謝物峰的高度或峰下面積的比值進(jìn)行定量分析絕對(duì)定量：以內(nèi)源性的水或獨(dú)立的外源性的標(biāo)準(zhǔn)濃度的物質(zhì)作參照進(jìn)行計(jì)算,機(jī)體對(duì)代謝物濃度的影響因素,年齡腦內(nèi)不同部位體溫肝、腎參與Cr合成，肝病時(shí)Cr下降糖尿病、腎病、滲透壓異常、移植腎、輸液均勻影響MRS的結(jié)果,影響比值的因素,序列：明顯影響TE時(shí)間：明顯影響TR時(shí)間：有些影響體素位置：明顯影響體素大?。河行┯绊懘艌鼍鶆蛐裕河行┯绊?,VOI的有效設(shè)置,,Hunter

11、，s angle,白質(zhì),灰質(zhì),,128,96,64,32,常規(guī)采集參數(shù),SV：PRESS序列TR1500msTE35msVOI 2*2*2cmNAV：128采集時(shí)間短,CSI：PRESS序列TR1500msTE35msVOI 10mm*Matrix 16*16采集時(shí)間長,SV vs CSI,單體素波譜容易實(shí)現(xiàn)成像時(shí)間相對(duì)短相對(duì)容易克服磁場不均勻的影響譜線的基線穩(wěn)定譜線的定性分析好,化學(xué)位移成像覆蓋范

12、圍大，一次采集獲得較多信息成像時(shí)間長容易受到磁場不均勻的影響譜線質(zhì)量常受影響,單體素波譜,多體素波譜,代謝物分布圖,MRS的偽影,運(yùn)動(dòng)偽影大部分不易觀察，導(dǎo)致線寬增加，頻率分辨力下降代謝物在譜線上呈分裂峰，多見于患者頭在兩個(gè)不同位置上來回運(yùn)動(dòng)在波譜采集定位后患者頭部移動(dòng)，導(dǎo)致采集的體素并非設(shè)定的體素,,化學(xué)位移偽影—通常只影響單體素采集化學(xué)位移偏離，發(fā)生在譜線后處理是擬合算法不正確時(shí)，標(biāo)記錯(cuò)誤激發(fā)的化學(xué)位移偽影，出現(xiàn)在應(yīng)

13、用選層脈沖或讀出梯度時(shí),,磁敏感偽影是最易觀察到的MRS偽影，通常出現(xiàn)在3.5-4.0ppm區(qū)域。通常被稱為鬼影（ghost）,,渦電流偽影常在譜線的1.0-2.0ppm出現(xiàn)一個(gè)尖銳的下降,,體素外的磁敏感物質(zhì)的干擾，不僅影響單體素采集也影響多體素采集,1HMRS的臨床應(yīng)用,局灶性病變的定性代謝性疾病缺氧腦?。℉IE）癲癇（定位、定側(cè)）癡呆精神疾患的輔助檢查,,彌漫或特定區(qū)域病變Alzheimer病代謝性疾病顳葉癲癇

14、肝性腦病胎兒期發(fā)育異常創(chuàng)傷,非特定區(qū)域病變腦腫瘤腦膿腫腦卒中多發(fā)性硬化AIDS病變,國外正常值選擇區(qū)域,41-60歲組的正常比值（3.0T）,前扣帶回灰質(zhì)NAA/Cr: 1.41±0.09Cho/Cr: 0.87±0.07mI/Cr: 0.60±0.24后扣帶回灰質(zhì)NAA/Cr: 1.40±0.10Cho/Cr: 0.68±0.06mI/Cr: 0.56&

15、#177;0.07,左側(cè)腦室前腳旁白質(zhì)NAA/Cr: 1.55±0.09Cho/Cr: 1.04±0.13mI/Cr: 0.65±0.08左側(cè)腦室后腳旁白質(zhì)NAA/Cr: 1.61±0.14Cho/Cr: 0.96± 0.12mI/Cr: 0.62±0.06,判讀較,腦內(nèi)腫瘤,膠質(zhì)瘤的診斷和分級(jí)腫瘤邊界的評(píng)價(jià)鑒別原發(fā)和轉(zhuǎn)移鑒別腫瘤和某些感染性病變膠質(zhì)瘤放療

16、后壞死與復(fù)發(fā)的鑒別,CASE1,膠質(zhì)瘤,少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤Ⅱ級(jí),CASE2,膠質(zhì)瘤,Ⅰ— Ⅱ級(jí)星形細(xì)胞瘤,CASE3,肥胖型間變型星形細(xì)胞瘤Ⅲ—Ⅳ級(jí),CASE4,,膠質(zhì)瘤病,CSAE5,男 55歲 AIDS， 低熱2周，嘴角左偏,CSAE6,,MRS提示神經(jīng)元損傷，出現(xiàn)明顯的無氧酵解，無明顯膠質(zhì)增生Cho升高提示腫瘤性病變不除外，建議增強(qiáng)MRI,CSAE7,男 48歲， 左腎癌術(shù)后1年，左側(cè)肢體無力1周,,CASE8,女 39歲， 星形細(xì)胞

17、瘤術(shù)后,,CASE9,,腦膿腫與腦囊性腫瘤的鑒別,CASE10,,腦膜瘤：Cho升高，NAA及Cr幾乎消失，提示腦外腫瘤,CASE11,男 69歲， 癲癇發(fā)作半月，有失語，右手抽搐，右側(cè)肢體無力。肺部發(fā)現(xiàn)一腫塊外院發(fā)現(xiàn)顱內(nèi)多發(fā)占位半月，增強(qiáng)多呈環(huán)形強(qiáng)化,,代謝性腦病,線粒體腦肌病,MELAS發(fā)病機(jī)制多由于mtDNA的A3243G點(diǎn)突變，線粒體的結(jié)構(gòu)及功能異常，導(dǎo)致細(xì)胞呼吸鏈?zhǔn)軗p，ATP形成障礙，組織代謝能量不足，出現(xiàn)的無氧酵解，產(chǎn)生

18、乳酸，易出現(xiàn)在需氧量較多的組織。,CASE12,,CASE13,男 12歲 發(fā)作性左側(cè)肢體抽搐伴意識(shí)障礙2年,,CASE14,女 23歲， 發(fā)作性右上肢無力3年,腦脊液檢測,CASE15,男 20歲， 反復(fù)抽搐4年，左側(cè)偏盲1月,CASE16,女 9歲， 反復(fù)抽搐伴肌酶升高20個(gè)月,肝性腦病,肝細(xì)胞功能衰竭，或門體循環(huán)分流所致的神經(jīng)精神異常性格改變、行為異常、智能減退、神經(jīng)錯(cuò)亂撲翼樣震顫、肌張力升高、病理征、共濟(jì)失調(diào)繼發(fā)神經(jīng)元功能

19、異常、代謝異常、星形細(xì)胞水腫、腦內(nèi)錳異常沉積、腦水腫、神經(jīng)元脫失致腦萎縮,肝性腦病的臨床診斷,認(rèn)知功能改變腦電圖節(jié)律減慢大腦神經(jīng)生化/神經(jīng)介質(zhì)動(dòng)態(tài)平衡失常血氨水平異常腦脊液的Glx、氨濃度異常滲透壓的動(dòng)態(tài)平衡改變,CASE17,男 69歲， 肝硬化，血氨水平79μmol/L,小兒缺血缺氧性腦病,7月，喂養(yǎng)后無反應(yīng),其他（真菌）,,活檢：培養(yǎng)出 毛霉菌絲,梗死,,假瘤性脫髓鞘,,ADEM,男 40歲， 頭暈1月，四肢無力2周,,

20、SLE,,癲癇,主要用于顳葉的定側(cè)，文獻(xiàn)多采用TE=135ms/144ms的序列，計(jì)算NAA/Cr、NAA/（Cho+Cr）的比值有報(bào)道：MRS可顯示87%的海馬的NAA濃度和NAA/（Cho+Cr）比值異常，其中27%的病例MRI海馬結(jié)構(gòu)無異常仍有無法判斷的病例，需結(jié)合EEG/PET等,左側(cè)海馬硬化,女 15歲，發(fā)作抽搐2年,癡呆的研究,,,,,,,,,,,男 72歲， 記憶力障礙8年， 阿爾茨海默病,精神疾患的研究,國外研究較多