MRS及其临床应用

MRS及其及其临床床应用用 MRS原理原理磁共振波谱（磁共振波谱（Magnetic resonance spectroscopy，MRS）是一种利用磁共振现象和化学位移作用，是一种利用磁共振现象和化学位移作用，对一系列特定原子核及其化合物进性分析的方法，对一系列特定原子核及其化合物进性分析的方法，是目前对人体唯一无损伤性，用以研究活体组织是目前对人体唯一无损伤性，用以研究活体组织器官代谢和生化变化以及化合物定量分析的方法。器官代谢和生化变化以及化合物定量分析的方法。问题：化学位移？问题：化学位移？与与MRS有关的两个重要的物理现象有关的两个重要的物理现象（1）化学位移化学位移（chemical shift）同一种原子核，在不同的分子中，由于周围电子云同一种原子核，在不同的分子中，由于周围电子云的结构、分布和运动状态不同，周围电子云对其产生不的结构、分布和运动状态不同，周围电子云对其产生不同的屏蔽作用同的屏蔽作用磁屏蔽（化学环境）磁屏蔽（化学环境）。例如：例如：1H在在H2O和脂类具有不同的化学环境，则有不和脂类具有不同的化学环境，则有不同的进动频率：同的进动频率：=B=（1-）B0 -屏蔽常数屏蔽常数 化学位移化学位移（chemical shift）不同，即使在同一不同，即使在同一B0中，不同的化合物的相同原子中，不同的化合物的相同原子核由于其所处的化学环境不同，其周围磁场强度会有细微核由于其所处的化学环境不同，其周围磁场强度会有细微变化，共振频率也会有所差别变化，共振频率也会有所差别化学位移化学位移T主磁场中，主磁场中，H2O和脂类中的和脂类中的1H的共振频率分别为的共振频率分别为Hz及及210Hz（相差相差3ppm）。）。（2）J耦合现象耦合现象 以共价健相连的原子相互靠近时，其原子核外电子间以共价健相连的原子相互靠近时，其原子核外电子间的间接传递作用，产生能量耦合，的间接传递作用，产生能量耦合，即自旋即自旋自旋耦合。自旋耦合。犹如宇宙中的星云间相互作用。犹如宇宙中的星云间相互作用。J耦合现象使谱峰增宽，影响其分辨率。耦合现象使谱峰增宽，影响其分辨率。检查方法检查方法一般先行一般先行MRI检查，根据图象所提供的病变部位，对兴趣区检查，根据图象所提供的病变部位，对兴趣区进行进行MRS检查，每检查，每一个波谱可反映原子核化学位移、波峰高一个波谱可反映原子核化学位移、波峰高度、波峰半高全宽、度、波峰半高全宽、PH值等。值等。将将MRS检出的代谢、生化表现检出的代谢、生化表现与解剖部位的形态学特点进行综合分析得出结论。实际测量与解剖部位的形态学特点进行综合分析得出结论。实际测量中只能得到化学位移的相对值，单位为赫兹的百万分之一，中只能得到化学位移的相对值，单位为赫兹的百万分之一，即即ppm(parts per million)。目前可用于医学领域波谱研究的原子核有目前可用于医学领域波谱研究的原子核有31P，1H，23C，19F，7Li等，其中以等，其中以31P和和1H应用最为广泛。应用最为广泛。硬件要求：硬件要求：高场强、良好的均匀性高场强、良好的均匀性 线圈：发射并接受线圈：发射并接受几个关键技术几个关键技术（1）定位：）定位：多种方法多种方法（2）抑水：）抑水：水中氢质子浓度是其它化合水中氢质子浓度是其它化合10000100000倍倍 方法：化学位移选择饱和脉冲（方法：化学位移选择饱和脉冲（CHESS）（3）匀场：）匀场：磁场的均匀度直接影响谱线的宽度，均匀度磁场的均匀度直接影响谱线的宽度，均匀度 越高，线宽越小，基线越平稳。越高，线宽越小，基线越平稳。用水峰的半高全宽（用水峰的半高全宽（FWDH0.1ppm）来检测均匀度。来检测均匀度。MRS技术要求技术要求一、检测空间定位技术一、检测空间定位技术1、深部表面线圈波谱分析法深部表面线圈波谱分析法（depth resolved surface coil spectroscopy，DRESS）应用：身体表浅部位（如肌肉）应用：身体表浅部位（如肌肉）31P波谱分析波谱分析2、单体素选择法：单体素选择法：（1）激励回波探测法（）激励回波探测法（STEAM）：）：用三个相互垂直的用三个相互垂直的90度度RF脉冲脉冲优点：优点：TE短，对短短，对短T2化合物，如化合物，如Glx,MI,Lip等，受等，受J耦合影响少耦合影响少缺点：缺点：信噪比低，对运动敏感，对磁场均匀度等要求严格等信噪比低，对运动敏感，对磁场均匀度等要求严格等（2）点分辨波谱法（点分辨波谱法（PRESS）：（两个（两个180度脉冲后，再跟一个度脉冲后，再跟一个90度脉冲）度脉冲）优点：优点：适于长适于长TE化合物，如化合物，如Cho,Cr,NAA等，信噪比高，对等，信噪比高，对 运动不敏感，对磁场要求相对低。运动不敏感，对磁场要求相对低。缺点：缺点：易受易受J耦合影响。耦合影响。一、检测空间定位技术一、检测空间定位技术常用于常用于1H波谱分析波谱分析一、检测空间定位技术一、检测空间定位技术3、多体素选择法、多体素选择法：用相位编码对检测区域内的每个体素编码，在一次检测用相位编码对检测区域内的每个体素编码，在一次检测中可对一定数量的体素同时检测，获得一定区域的波谱。中可对一定数量的体素同时检测，获得一定区域的波谱。优点：优点：1）可进行）可进行2D、3D定位，每次检测多个体素定位，每次检测多个体素 2）化学位移成像（）化学位移成像（CSI）-将某些化合物的共振信将某些化合物的共振信 号转换为可视图像，加上伪彩色，反映代谢物的空间分布号转换为可视图像，加上伪彩色，反映代谢物的空间分布3D波谱成像波谱成像NAA图3D SENSE二、化合物浓度定量测定二、化合物浓度定量测定 相对值浓度计算方法：相对值浓度计算方法：对波谱中不同化合物信号强度（积对波谱中不同化合物信号强度（积 分面积）进行比较。分面积）进行比较。绝对值浓度计算方法：绝对值浓度计算方法：1、外标准法：同时扫描已知浓度化合物体摸和被检查部位，、外标准法：同时扫描已知浓度化合物体摸和被检查部位，比较二者化合物的绝对浓度。比较二者化合物的绝对浓度。2、内标准法：利用体内已知浓度的化合物（如水、肌酸）、内标准法：利用体内已知浓度的化合物（如水、肌酸）做为参照进行化合物浓度计算。做为参照进行化合物浓度计算。目前多采用此法目前多采用此法 三、三、MRS临床应用临床应用（一）、（一）、1H-MRS ：1H-MRS：是敏感性最高的检测方法。是敏感性最高的检测方法。主要用于脑主要用于脑MRS检测检测它可以检测与脂肪代谢、氨基酸代谢以及神经递质有关的化合它可以检测与脂肪代谢、氨基酸代谢以及神经递质有关的化合物，如物，如肌酸（肌酸（Cr）、胆碱胆碱(Cho)、肌醇肌醇(mI)、-氨基丁酸（氨基丁酸（GA-BA）、）、谷氨酸和谷氨酰胺（谷氨酸和谷氨酰胺（Glu+Gln）、）、乳酸乳酸(Lac)和和N-乙酰门冬氨酸乙酰门冬氨酸(NAA)等。等。与与31P-MRS比空间分辨率高。比空间分辨率高。（一）、（一）、1H-MRS 1、NAAN-乙酰天门冬氨酸乙酰天门冬氨酸 位于位于ppm 主要位于神经元上主要位于神经元上,是公认的是公认的神经元标志物神经元标志物 绝大多数疾病的绝大多数疾病的NAA值会降低，只有值会降低，只有Canavan病时病时 升高。升高。2、Cr/PCr肌酸和磷酸肌酸肌酸和磷酸肌酸 位于位于ppm(少量少量ppm)作用作用:高能磷酸盐的储备形式及高能磷酸盐的储备形式及ATP和和ADP的缓冲剂的缓冲剂;其含量相对较稳定，常被作为其含量相对较稳定，常被作为MRS相对定量测量相对定量测量 时的时的参照物。参照物。Cr下降可见于创伤、肿瘤、缺氧等疾病。下降可见于创伤、肿瘤、缺氧等疾病。3、Cho胆碱复合物胆碱复合物 位于位于ppm，与细胞膜磷脂代谢有关，参与细胞膜构成，并且与细胞膜磷脂代谢有关，参与细胞膜构成，并且是乙酰胆碱的前体；是乙酰胆碱的前体；Cho升高，反映胶质增生、细胞增殖和膜转运增加，见于除胆升高，反映胶质增生、细胞增殖和膜转运增加，见于除胆脂瘤外的所有肿瘤。脂瘤外的所有肿瘤。4、乳酸、乳酸 位于位于ppm,PRESS序列序列TE=144ms时，呈倒置双峰时，呈倒置双峰 TE=288ms时，呈正置双峰时，呈正置双峰 正常情况下检测不到，出现于缺血缺氧时可检测到。正常情况下检测不到，出现于缺血缺氧时可检测到。1、囊变 2、肿瘤实质3、水肿 4、正常实质胶质瘤胶质瘤1、肿瘤实质；、肿瘤实质；2、3肿瘤下方水肿区；肿瘤下方水肿区；4、5、6、7肿瘤内侧水肿区肿瘤内侧水肿区脑膜瘤脑膜瘤ROI1肿瘤中心囊变区；ROI4对侧正常组织ROI2、3肿瘤实质区（巨大双重脂质峰）转移瘤转移瘤三、三、MRS临床应用临床应用（二）、（二）、31P-MRS ：31P-MRS：广泛应用于研究组织能量代谢和生化改变。广泛应用于研究组织能量代谢和生化改变。活体活体31P-MRS可检测：可检测：磷酸单脂磷酸单脂(ppm)磷酸二脂磷酸二脂(ppm)磷酸肌酸磷酸肌酸(PCr,0 ppm)无机磷无机磷(ppm)和三磷酸腺苷中的和三磷酸腺苷中的 ppm)、-ATP（ppm）、）、-ATP（ppm）磷原子。磷原子。临床应用：临床应用：脑：脑：目前脑的目前脑的31P-MRS均可检测上述均可检测上述7种化合物，主要用于研种化合物，主要用于研究脑组织的能量代谢、脑磷脂代谢和究脑组织的能量代谢、脑磷脂代谢和PH值的测量。值的测量。肝：肝：正常肝正常肝31P波谱可检测到波谱可检测到-ATP、-ATP、-ATP、PDE，Pi和和PME。正常肝的正常肝的PH值为。肝炎、肝硬化测量化合值为。肝炎、肝硬化测量化合物绝对浓度，除物绝对浓度，除PME外，其它各化合物均下降外，其它各化合物均下降13%50%。肝炎和肝硬化之间无显著差异。肝癌以肝炎和肝硬化之间无显著差异。肝癌以PME、PME/ATP升高升高为特征。为特征。其它：其它：31P-MRS在心肌、冠状动脉狭窄及前列腺病变等方面有广在心肌、冠状动脉狭窄及前列腺病变等方面有广泛的应用泛的应用（二）、（二）、31P-MRS ：Thank You!不尽之不尽之处，恳请指正！指正！