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1、磁共振波谱成像在中枢神经系统中的应用,南京医科大学附属江宁医院神经内科 韦存胜,概述,磁共振波谱（Magnetic Resonance Spectrum,MRS）成像是迄今为止惟一能够进行活体组织代谢定量分析的一种无创检测手段。主要应用于中枢神经系统疾病的诊断和鉴别，如脑缺血性病变、脱髓鞘病变、脑肿瘤及变性疾病等疾病的病理生理变化及代谢物浓度的检测，以及检测早期海马硬化。不但可以反映脑组织神经元的损伤、胶质细胞的增生及能量代谢等变化，还可以动态观察各种疾病的转化及评估其预后。,技术原理,不同波谱：1H、31P、13C、19F、23Na 1H-MRS应用最广泛利用原子核化学位移和原子核自旋耦合裂
2、分现象不同化合物的相同原子核之间，相同的化合物不同原子核之间，共振频率的差别就是MRS的理论基础,技术原理,感兴趣区（体素）用于数据分析和采集的区域病灶对照,方法选择,1、单体素氢质子（Single voxel，SV）1H-MRS覆盖范围有限，一次采集只能分析一个区域，适用于局限性病变，后颅窝病变采集时间短，一般35分钟谱线定性分析容易2、多体素氢质子（proton multi-voxel spectroscopy imaging，PMVSI）1H-MRS可以同时获取病变侧和未被病变累及的区域，评价病灶的范围大。匀场比较困难，由于多个区域同时获得相同的磁场均匀性。对临近颅骨、鼻窦或后颅窝的病灶
3、，由于磁敏感伪影常常一次匀场不能成功采集时间比较长,序列选择定位方法,1、受激回波法(the Stimulated Echo Acquisition Method,STEAM)优点：常使用短TE（35ms）检测代谢物种类多，如脂质、谷氨酰胺和肌醇只有在短TE才能检出 缺点：对运动敏感，信噪比低，对匀场和水抑制要求严格，对T2弛豫不敏感2、点分辨波谱法(the Point Resolved Spectroscopy PRESS)优点：信噪比高，是激励回波法的2倍，可以选择长、短TE（144ms or 35ms），对T2弛豫敏感，对运动不太敏感缺点：选择长TE，不易检出短T2物质，如脂质,回波时间
4、（TE）,应用长、短TE可确定的代谢产物如下：NAAN-乙酰天门冬氨酸 Cr肌酸Cho胆碱 Lac乳酸另有一些代谢物只有短TE才能确定：Lip脂质 Glx谷氨酰胺和谷氨酸mI肌醇长TE检测到的代谢产物较少，所以获得的波谱很容易解释。,纵轴代表信号强度，峰高和峰值下面积反映某种化合物的存在和化合物的量，与共振原子核的数目成正比。横轴代表化学位移（频率差别），单位百万分子一（ppm）,MRS的主要代谢物及其意义,N-乙酰天门冬氨酸(NAA)位于波谱处，主要位于成熟神经元内，是神经元的内标记物，是正常波谱中最大的峰。NAA下降见于神经元损害，包括缺血、创伤、感染、肿瘤等，脑外肿瘤无NAA峰。NAA升
5、高少见，Canavan病，发育中的儿童，轴索恢复时可升高。,MRS的主要代谢物及其意义,肌酸(Cr)位于波谱3.03ppm、3.94ppm（Cr）附近;此峰由肌酸、磷酸肌酸、-氨基丁酸、赖氨酸和谷胱甘肽共同组成；是脑细胞能量代谢的提示物；一般较稳定，常作为其它代谢物信号强度的参照物；正常脑波谱中，Cr是第二高波峰Cr升高：创伤，高渗状态Cr降低：缺氧，中风，肿瘤,MRS的主要代谢物及其意义,胆碱(Cho)波峰位于3.20ppm处；由磷酸胆碱、磷酸甘油胆碱、磷脂酰胆碱组成，反映脑内的总胆碱量；是细胞膜磷脂代谢的成份之一，是细胞膜转换的标记物，反映了细胞膜的运转，和细胞的增殖，Cho是髓鞘磷脂崩溃
6、的标志。Cho升高：肿瘤，急性脱髓鞘疾病，炎症、慢性缺氧等 Cho降低：中风，肝性脑病Cho峰是评价脑肿瘤的重要共振峰之一，肿瘤快速的细胞分裂导致细胞膜转换和细胞增殖加快，Cho峰增高,MRS的主要代谢物及其意义,肌醇（mI）波峰的位置3.56ppm和4.06ppm处，胶质细胞的标记物，是最重要的渗透压或细胞容积的调节剂mI 升高，新生儿，低级别的胶质瘤，慢性病灶胶质增生mI降低：慢性肝病，梗死，恶性肿瘤,MRS的主要代谢物及其意义,乳酸(Lac)位于1.32ppm，次峰4.1ppm，由两个共振峰组成，称为双重线；TE为144ms时反转向下；正常情况下检测不到Lac峰。此峰出现说明细胞内有氧呼
7、吸被抑制，无氧糖酵解过程加强 出现乳酸峰：见于脑肿瘤、脓肿、囊肿、梗塞及炎症，线粒体异常脑肿瘤中，Lac出现提示恶性程度较高,MRS的主要代谢物及其意义,脂质（Lip）波峰位于0.81.33ppm之间，共振频率与Lac相似，可以遮蔽Lac峰；脂质、谷氨酰胺和肌醇只有在短TE才能检出Lip增高，提示髓鞘的坏死和或中断。见于坏死肿瘤，炎症，急性中风，多发性硬化急性期,MRS的主要代谢物及其意义,谷氨酸和谷氨酰胺（Glx）位于2.1-2.55 ppm，3.76ppm；谷氨酸是一种兴奋性神经递质，主要的氨摄取途径；谷氨酰胺参与神经递质的灭活和调节活动Glx升高：肝性脑病，缺氧性脑病,MRS的主要代谢物
8、及其意义,区域变化 NAA:海马皮质及皮质下，小脑其他 Cr:灰质白质（左右）3 Cho：白质灰质，在桥脑浓度其他部位 基底节区：NAA/Cr和mI/Cr比率较低，Cho/Cr比率较高,MRS的主要代谢物及其意义,年龄变化新生儿：NAA 及NAA/Cr 比率逐渐增加，提示出生后神经元逐渐成熟 8月：Cho和 mI水平明显升高 8月至2岁：波谱逐渐趋于正常化 2岁后与成人基本一致老年人：NAA 及NAA/Cr 比率减低，提示神经元数目减少或生存能力减低。Cho和 Cho/Cr比率升高，提示细胞膜退变加剧和胶质细胞数目增加,临床应用,脑梗死1、缺血半暗带Lac增高，而NAA 正常，说明此处脑组织处
9、于缺血状态，但神经元功能尚未受到损害2、梗死急性期进入梗死期后,与缺血半暗带相同,MRS可以检测到Lac水平升高,是脑梗死开始阶段最敏感的标记物。NAA也是一个与脑梗死相关的标记物。缺血2 h后,NAA即开始下降,缺血3 6 h时NAA持续下降,6 12 h时下降幅度最为明显,24 72 h时持续下降到几乎完全消失。且NAA的下降是不可逆的。,3、亚急性期或慢性期在亚急性期或慢性期，随梗死进程，Lac水平以每周36%速度下降。NAA水平下降是渐进的，且不可逆（大约每周29%）由于神经元比胶质细胞对缺血更敏感，所以NAA下降的幅度大于Cho和Cr。1H MRS可用于梗死与肿瘤的鉴别Lac水平升高
10、伴NAA，Cr和Cho降低提示梗死。Lac和Cho水平升高伴NAA和Cr降低提示肿瘤。（注意：亚急性或慢性期梗死，由于再次髓鞘形成和胶质增生，Cho水平可以升高）,临床应用,TIA研究证明,在TIA发作后的1天内,对脑功能异常区和对侧相同脑区进行MRS检查,结果发现:功能异常区的NAA/Cr无明显异常改变,提示TIA患者一过性局部脑血流低灌注尚不足以影响局部神经元的数量与功能,而Lac峰升高,提示脑局部低灌注可能导致局部无氧代谢Lac浓度升高,因此该区是可能发展成脑梗死的高危区域。,临床应用,脑出血脑出血周围NAA/Cr 持续下降，尤其是在出血后2 周脑出血后迟发性水肿区 NAA/Cr 降低和
11、Lac 峰出现表明水肿区神经元受损或缺血，提示局部血脑屏障破坏。,临床应用,MSMS的MRS特征表现为:NAA/Cr普遍降低,Cho/Cr普遍增高,mI/Cr增加,NAA降低,Cho、mI、Lac均增高。急性斑块1、Cho，Cho/Cr Cho 升高表明髓鞘崩解，通常见于斑块形成的早期。2、Lip升高可持续至6个月。Lip增加是脱髓鞘退变的结果，提示急性脱髓鞘。3、mI，Lac,4、Cr大的破坏病灶可见Cr明显一过性降低，于亚急性期和慢性期恢复正常。5、NAA，NAA/Cr 当MRI图像尚无法显示斑块且无强化时,MRS即可见Lac增多、NAA减少,看似正常脑白质(normal-appearin
12、g whitematter,NAWM)区内也有异常改变,表现NAA降低、Cho升高,可为早期诊断做出提示。慢性斑块1、Cho，Cho/Cr有正常化趋势，其高水平数值会持续数月甚至数年。2、Lip和Lac峰信号消失。3、NAA水平和NAA/Cr比率下降是慢性斑块的特征，提示进行性的神经元和轴索丢失。,临床应用,鉴别RR和PS均表现为cMRI上成T2高信号和表现正常的白质均可显示NAA/Cr和NAA/Cho比率降低。与RR型患者相比，在白质正常的PS患者中上述比率降低的更为明显。cMRI上表现正常的白质中NAA降低，原因可能有：1、神经元断面位于或邻近急性斑块，并继发Wallerian变性。2、c
13、MRI上尚未显示白质病变。3、慢性的轴索代谢功能障碍，导致NAA合成减少。,临床应用,癫痫单体素1H MRS体素位于双侧海马 NAA，NAA/Cr，NAA/Cho，NAA/（Cho+Cr）提示神经元丢失和功能障碍 Cho+Cr（可观察到）提示反应性星形细胞增生 mI提示反应性胶质细胞星形细胞增生Lip和Lac（至7天）癫痫发作后第一个24小时测定NAA/（Cho+Cr）是最有用的参数，若该比率低于0.71,则认为是病理性。随着发作频率的增加，NAA呈逐渐下降的趋势,研究表明癫痫发作越频繁神经元丧失或功能缺失越严重。NAA/（Cho+Cr）的比值降低提示海马硬化。,临床应用,AD体素扣带回后缘（
14、AD代谢异常首先出现在扣带回）TE 30ms主要表现NAA，NAA/Cr，Cho，Cho/CrmI，mI/Cr（0.70）（为早期异常，对诊断最重要）对于AD患者，NAA/Cr的降低与认知障碍的严重程度具有直接相关性。,当cMRI正常，海马尚未萎缩时，1H MRS即可检测AD。在AD患者，mI/Cr的升高早于NAA/Cr的降低。1H MRS诊断AD的敏感性是85%，特异性为65%。对于AD和正常老年人鉴别的敏感度为83%，特异度为98%。对AD和其他类型痴呆鉴别的敏感度为82%，特异度65%。鉴别抑郁症与AD鉴别比较重要，如果扣带回的1H MRS正常，则应考虑为抑郁症而非AD。在受累白质区，M
15、ID显示Cho/Cr升高。如果mI/Cr0.70，但NAA/Cr正常，则应考虑诊断为AD。应除外糖尿病、尿毒症、高钠血症等高渗状态（高渗状态典型表现为mI/Cr 升高）如果NAA/Cr升高，但mI/Cr正常或降低，应考虑其他类型的痴呆或低渗状态，如低钠血症、SIADH等，而不是AD。因此，尽管1H MRS不能确诊AD，但有助于鉴别诊断。,临床应用,额颞叶痴呆累及一个或多个脑叶的局灶性萎缩，主要是额叶，额颞叶或额顶叶。体素额叶（皮质和/或白质）TE 30ms主要表现NAA，NAA/Cr Cho，Cho/CrmI，mI/Cr（主要异常）能观察到Lac峰,临床应用,血管性痴呆体素额叶和顶叶白质TE
16、30ms主要表现Cho/Cr,临床应用,PD体素纹状体可用于鉴别PD和PS PD典型的1H MRS是正常的。PSNAA/Cr，NAA/Cho,临床应用,脑肿瘤Cho峰的升高与肿瘤的恶性相关；Cr峰随肿瘤恶性程度的升高有降低趋势；Lip峰出现于大多数高级别的肿瘤中，特别是肿瘤坏死区或邻近坏死区；Lac峰多见于多形胶质母细胞瘤中，低级星形细胞瘤中出现此峰则预示肿瘤进一步恶变的可能。,临床应用,胶质细胞瘤胶质细胞瘤是起源于神经上皮组织的肿瘤,在各型颅内肿瘤中发病率最高。典型的胶质细胞瘤1 H-MRS是NAA下降,Cho升高,Cr不变或下降,Lac的出现。许多学者研究表明,在星形细胞瘤,随着分级的升高
17、,NAA/Cr下降,但不足以作为肿瘤的分级标准。,临床应用,脑膜瘤膜瘤起源于脑膜细胞,属脑外肿瘤,由于不含正常神经元,检测不到NAA。典型的1H-MRS是NAA的消失,Cho升高。属脑外肿瘤共同的1H-MRS表现。而脑膜瘤较为特征性的表现是常可检测到丙氨酸(Ala,1.3 1.4ppm)。可检测到小的乳酸盐。脑膜瘤多为良性肿瘤,但显著的Cho升高,常提示为恶性脑膜瘤。,临床应用,颅神经瘤颅神经瘤起源于施旺细胞,因此,典型的颅神经瘤1H-MRS亦是脑外肿瘤的波谱,即NAA消失,Cho升高。有时可检测到乳酸盐,但不出现丙氨酸,据此可与脑膜瘤相鉴别。,临床应用,转移性脑肿瘤亦为脑外肿瘤的特点,即NAA消失,Cho上升。较为特征的表现是检测到脂肪峰。有研究分析了40例不同来源的脑转移瘤,发现脑转移瘤波谱与正常脑组织有显著的差异,而不同来源脑转移瘤间波谱无明显差异,因而据波谱改变不能判断其来源。,颅内常见病变的代谢物特征,疾病 NAA Cr Cho Lac Lip aa肿瘤-脓肿 梗死-MS-癫痫-,Thats all，thanks,
