mrs的原理和临床应用课件

mrs的原理和临床应用mrs的原理和临床应用1什么叫核磁共振？原子核在自旋中会产生磁场，所以这样的原子核可以看成微小的磁铁如果把这样带有磁性的核放到外磁场中，核自旋对外磁可以有2I+1种取向氢原子核的I=1/2,因此只有两种取向，+1/2，-1/2，即与外磁场同向和与外磁场反向前者能量低，后者能量高 什么叫核磁共振？原子核在自旋中会产生磁场，所以这样的2什么叫核磁共振？若质子受到一定频率的电磁波辐射，辐射所提供的能量恰好等于质子两种取向的能量差，质子就吸收电磁辐射的能量，从低能级跃迁至高能级。这种现象即称核磁共振。什么叫核磁共振？若质子受到一定频率的电磁波辐射，辐射所提供的3MRS发展历史1 1946年美国斯坦福F.布洛克和哈弗大学E.M.帕塞尔小组均同时记录到液体样品和固体样品的磁共振信号。2 20世纪50年代桑德斯和柯克伍德首次成功的利用MRS直接观测生物大分子40MHz的核糖核酸酶的MRS。此后，又连续测到其他蛋白质、核酸、磷脂等相应组分。MRS发展历史11946年美国斯坦福F.布洛克和哈弗大学E4MRS技术特点在研究生物大分子时，MRS有以下技术特点：1 不破坏生物高分子的结构（包括空间结构）2 在溶液中测定符合生物体的常态，也可测定固体样品，比较晶态和溶液态构象的异同。3 不仅可以用来研究构象而且可以用来研究构象变化即构象动力学过程。MRS技术特点在研究生物大分子时，MRS有以下技术特点：5MRS技术特点4 可以提供分子中个别基团的信息，对于比较小的多肽和蛋白质已经可以通过二维的MRS获得三维的结构的信息。5 可用来研究活细胞和活组织。MRS技术特点4可以提供分子中个别基团的信息，对于比较小的6MRS在生物体中研究范围MRS在生物体中研究范围很广：1 确定生物分子的成分和浓度，特别是可不破坏组织细胞而测得其组分；确定异构体比例；确定分子解离状态；确定金属离子或配基是否处于结合状态；以及测定细胞内外的PH值等。2 热力学的研究：测定酶与底物、配基、抑制剂的结合常数；测定可解离基团的PK值，特别是生物大分子中处于不同微环境的同类残基的同类基团的不同PK值。MRS在生物体中研究范围MRS在生物体中研究范围很广：7MRS在生物体中研究范围3 动力学研究监测反应进程测定各组分随时间的变化等。4 分子运动研究:如生物膜的流动性等。5 分子构象及构象变化研究6 活体研究7二维MRS研究:20世纪70-80年代人类进入二维到三维MRS研究。MRS在生物体中研究范围3动力学研究8二维MRS波谱图二维MRS波谱图9MRS的临床意义 磁共振波谱(MR Spectroscopy，MRS)是医学影像学近年来发展的新的检查手段:1.作为一种无创伤性研究活体器官组织代谢、生化变化及化合物定量分析的方法，2.随着MRI、MRS装置不断改进，软件开发及临床研究的不断深入，人们通过MRS对各种疾病的生化代谢的认识将不断提高，为临床的诊断、鉴别、分期、治疗和预后提供更多有重要价值的信息。3.1H MRS可对神经元的丢失、神经胶质增生进行定量分析，4 31P磁共振波谱可对心肌梗塞能量代谢变化进行评价。5 MRS以分子水平了解人体生理上的变化，从而对疾病的早期诊断、预后及鉴别诊断、疗效追踪等方面，做出更明确的结论.MRS的临床意义磁共振波谱(MRSpectrosco10MRS基本原理磁共振波谱分析原理（MRS）MRS是一种利用核磁共振现象和化学位移作用，测量脑内有关区域中各种元素和化合物分子的波谱，借此了解局部脑神经元的活动信息。其基本原理与MRI一致，只不过经典MRI和fMRI技术是检测水质子共振信号，而MRS是检测其他化学物质分子的质子或其他原子核(1H、31P、23Na、13C、19F)的共振信号。其中在医学领域应用最多的是1H和31P。MRS基本原理磁共振波谱分析原理（MRS）11MRS基本原理一、名词解释1进动：原子核在外加磁场中自旋的同时，还以一定的角度围绕外加磁场方向进行旋转运动，这种运动称为进动（precession)。自旋的進動現象主要出現在核磁共振與磁振造影上。其中的例子包括了穩定態自由旋進(進動)造影。在一个旋转系统里，力F、力矩、动量P、角动量L，这些物理量之间的关系MRS基本原理一、名词解释在一个旋转系统里，力F122 弛豫（relaxation）病人检查时被置于磁场中接受一序列脉冲后，打乱组织内质子运动，脉冲停止后质子的能级和相位恢复到激发前状态，这一过程称为弛豫。纵向弛豫（T1）和横向弛豫（T2）。2弛豫（relaxation）13磁共振现象类比 玩具小鸡啄米-重力场主磁场，摇晃的手脉冲激励磁场，回复平衡状态弛豫 磁共振现象类比玩具小鸡啄米-重力场主磁场，摇晃的手14MRS基本原理3 电子云：带负电荷的电子具有与原子核相似的自旋特性，在原子核周围形成具有屏蔽作用的磁场，这一磁场称为电子云。电子云的作用使得外加磁场对原子核的作用减弱。MRS基本原理3电子云：带负电荷的电子具有与原子核相似的自154 化学位移：将人体置入外加主磁场中，核沿主磁场方向做陀螺样进动，原子核所受的磁场主要由主磁场决定。但是，也与核的磁旋比、核外电子云及临近质子的电子云有关。电子云的作用会屏蔽主磁场的作用，使的核所受的磁场强度小于外加主磁场。这种由于电子云的作用产生的磁场差异被称为化学位移。主要是屏蔽系数与原子核的特性（或者说种类）以及原子核所在的化学环境有关。4化学位移：16MRS基本原理 化学环境指的是，原子核所在的分子结构。同一种原子核处在不同的分子结构中，甚至同一个分子结构的不同位置或者不同的基团中，其周围的电子数和电子分布都将有所不同，因而受到的磁屏蔽作用也不同。处于化合物中的同一种原子核，由于所受磁屏蔽作用的程度不同，将具有不同的共振频率，这就是所谓的化学位移现象，也是磁共振波谱成像的基础。MRS基本原理化学环境指的是，原子核所在的分子结构。17MRS基本原理 实际上，研究某种样品物质的磁共振频谱时，常选用一种物质做参考基准，以它的共振频率作为频谱图横坐标的原点。并且，将不同种原子基团中的核的共振频率相对于坐标原点的频率之差作为该基团的化学位移。显然，这种用频率之差表示的化学位移的大小与磁场强度高低有关。MRS基本原理实际上，研究某种样品物质的磁共振频谱时，常18MRS基本原理 在正常组织中，代谢物在物质中以特定的浓度存在，当组织发生病变时，代谢物浓度会发生改变。磁共振成像主要是对水和脂肪中的氢质子共振峰进行测量.在1.5T场强下水和脂肪共振频率相差220Hz(化学位移)，但是在这两个峰之间还有多种浓度较低代谢物所形成的共振峰，如NAA、Cr、Cho等，这些代谢物的浓度与水和脂肪相比非常低。MRS需要通过匀场抑制水和脂肪的共振峰，才能使这些微弱的共振峰群得以显示.MRS基本原理在正常组织中，代谢物在物质中以特定的浓度19MRS基本原理MRI与MRS的区别：MRI尽量去除化学位移的作用，并突出反映组织间T1、T2的差异，而MRS恰恰要利用化学位移的作用来确定代谢物的种类和含量。MRS基本原理MRI与MRS的区别：20MRS基本原理化学位移的表示方法化学位移的表示方法 化学位移（chemical shift）用于表示化合物中各组成成分的原子核共振的波峰位置。实际应用中，此频率数值并非用其绝对值（Hz，赫兹）表示，而是用一个相对值ppm表示。MRS基本原理化学位移的表示方法21MRS基本原理5 自旋耦合（spin-spin coupling）在分子中，不仅核外的电子会对质子的共振吸收产生影响，邻近质子之间也会因互相之间的作用影响对方的的核磁共振吸收，引起共振谱线增多。这种相邻原子核之间的相互作用称为自旋偶合。因自旋偶合而引起的谱线增多现象称为自旋裂分。所谓自旋裂分是当发生核磁共振时，一个质子发出的信号被邻近的另一个质子裂分成了两个，这就是自旋裂分。任何原子核都具有磁距和自旋的特性并能产生磁共振信号；用于临床最常见的元素有氢(1H)，磷(31P)，碳(13C)，钠(23Na 及氟(19F)。其受激发后产生的信号构成了磁共振波谱成像的基础。MRS基本原理5自旋耦合（spin-spincoupli22 应用高分辨的现代核磁共振仪，乙醚的谱图（低分辨），原来的两个峰各分裂成四重峰和三重峰，这种情况叫做峰的裂分现象。吸收峰为什么会发生裂分这是因为相邻两个碳上质子之间的自旋偶合（自旋干扰）引起的。如，一个质子共振峰不受相邻的另一个氢质子的自旋偶合时，表现为一个单峰。若受其（相邻一个质子，12，12）自旋偶合时，则裂分为一组二重峰，该二重峰强度相等，其总面积正好和未分裂的单峰的面积相等。峰位则对称分布在未分裂的单峰两侧，一个在强度较低的外加磁场区，一个在强度较高的外加磁场区。这是由于受附近质子自旋影响的结果。应用高分辨的现代核磁共振仪，乙醚的谱图（低分辨），原23因此，自旋耦合的强度与共价键的多少有关，而化学位移则随MR的场强变化。同种原子核在不同化合物中进动频率的不同在MRS上具体表现为频率轴上不同位置而形成不同的峰。因此，自旋耦合的强度与共价键的多少有关，而化学位移则随MR的24 如果对两组峰做积分，则积分曲线所代表的两组峰的总面积比为1:2。质子的自旋裂分是有规律的，若一组化学等价的质子，它只有一组数目为n的相邻碳原子上的等价质子，那么它的吸收峰裂分为（n+1）个，这就是（n+1）规律。裂分峰的相对峰面积，基本上满足二项展开式的各项系数比，即双峰(1:1)，三重峰(1:2:1)，四重峰(1:3:3:1)，五重峰(1:4:6:4:1)等。在核磁共振谱中常以s(singlet)表示单峰；d(doublet)表示双峰，t(triplet)表示三重峰；q(quartet)表示四重峰；m(multiplet)表示多重峰。常用耦合常数作为自旋耦合的量度，用符号J表示，单位是赫兹(Hz)。J的大小表示了耦合作用的强弱。Jab表示质子a被质子b裂分的耦合常数，它可以通过吸收峰的位置差别来体现，这在图谱上就是裂分峰之间的距离。如果对两组峰做积分，则积分曲线所代表的两组25MRS基本原理MRS检查方法 MRS 检查前，一般先做MRI，根据图像提供的病变部位，对感兴趣区（ROI)进行MRS检查。现最常用下列几种技术来获取代谢变化信号：1、表面线圈法：将表面线圈置于被检测部位的体表，这主要用于周围肌肉、皮肤和肝脏的检查；2、深部分辨表面线圈法：应用选择性脉冲激发距体表一定距离的单一层面，主要用于心脏的检查；3、选择性激发技术：利用梯度脉冲激发感兴趣区的中心点，可用于脑组织的检查。MRS基本原理MRS检查方法26MRS基本原理MRS 临床应用医学领域波谱分析以31PMRS 及1HMRS 应用研究较多。31P-MRS：31P 在活体能量代谢中有重要作用，同时组织31P 的峰值曲线数目不多，但化学位移值大，易于判断其峰值结果。生物组织31PMRS 可测出7 条不同的共振峰：磷酸单脂(PME)、磷酸二脂(PDE)、磷酸肌酸（PCr）、无机磷（topicphaphate，Pi）和三磷酸腺昔（adenodnetriPbephate，ATP）中的 、磷原子。MRS基本原理MRS临床应用医学领域波谱分析以31PMRS27MRS基本原理 这7 条共振峰在不同组织、不同代谢状态时的峰值是不同的，与正常标准对照，可判断每一个化合物的含量。另外，Pi 的化学位移受细胞内pH 值的影响，根据它的化学位移相对于PCr 的改变可测定细胞内的PH 值。但磷在人体内自然丰度及灵敏度较低，而氢是人体最丰富的原子核，自然丰度和灵敏度均高，最易被检测到，检测设备要求相对简单，故近年来1H MRS 研究较多。31P通常以PCr为标定物。MRS基本原理这7条共振峰在不同组织、不同代谢状态时的28MRS基本原理1H-MRS：氢原子核因只含有一个质子，其波谱也称质子磁共振波谱。且氢原子核占人体原子核数量的2/3左右，自然丰度及相对灵敏度高，其相对灵敏度是31P的16倍，是人体磁共振信号的主要来源，故质子磁共振波谱容易成功 MRS基本原理1H-MRS：29MRS基本原理1H MRS的检查方法 单体素1H MRS检查 是一种自动检测MRS技术，应用较早。可在35分钟内直接得到波谱分析图。常用的脉冲序列为激励回波法（STEAM）和点分辨法（PRESS）多体素1H MRS检查 该法采用CSI成像，空间定位由选择性RF及三维梯度在每次扫描中递增而定，是多维相位编码技术，可同时编码多个体素。该技术的一大优点是一次可采集多个感兴趣区的信号，便于比较正常组织和病变组织，并对容积内任一像素进行波谱重建。MRS基本原理1HMRS的检查方法30MRS基本原理3D 1H MRS检查 即全脑容积波谱成像。采用螺旋波谱成像法可得到较大范围的波谱成像，并得到全脑代谢物分布图。具体为同时进行连续多个层面的二维波谱成像，得到多个频率图像。扫描结果经计算机后处理分析后可得到波谱图。MRS基本原理3D1HMRS检查即全脑容积波谱成像。31MRS基本原理磁共振波谱图磁共振波谱图对于指定的MRI/MRS一体化扫描机器，其磁场强度是一定的。利用频率连续的RF脉冲激励选定区域的组织，处于不同化学环境的同类原子核会以不同的频率发生共振。在RF脉冲停止激励后，组织弛豫过程所产生信号的频率也是连续的。MRS基本原理磁共振波谱图32磁共振波谱图磁共振波谱图将接收线圈接收到的磁共振信号通过傅立叶转换，描绘成直角坐标中按频率分布的按频率分布的函数曲线函数曲线，就得到磁共振波谱图。其中，纵坐标表示信号强度信号强度，横坐标表示共共振频率振频率磁共振波谱图将接收线圈接收到的磁共振信号通过傅立叶转换，描绘33磁共振波谱图磁共振波谱图Representative spectrum of the human brain in vivo.Each peak is labeled with the molecule and its structure(SciFinder).Note that lipid and lactate are not observed in healthy brain(as shown here),and therefore their absorptions are not visible.The curved arrow represents Hunters Angle,which is drawn starting from mI to NAA.MI:肌醇，glutamate/glutamine(Glx)：谷氨酸盐与谷氨酸比值 磁共振波谱图Representativespectrum34磁共振波谱图磁共振波谱图不同的MRI/MRS一体机，有不同的MRS波谱图。此图是北京天坛医院波谱图。有两条彩色线条表示不同化合物的峰值。磁共振波谱图不同的MRI/MRS一体机，有不同的MRS波谱图35A normal magnetic resonance spectroscopy(MRS)study is shown.The voxel was placed in the right posterior frontal lobe as indicated.The MRS was taken from a fluid-attenuated inversion recovery(FLAIR)image using single-voxel point resolved selective spectroscopy(PRESS)technique(TR 1500,TE of 35).Note the distribution and appearance of the normal neurometabolites.Anormalmagneticresonancesp36正常新生儿1H-MRSN-乙酰基天门冬氨酸(NAA)、肌酸复合物(Cr)、胆碱复合物(Cho)波峰高耸，肌醇(MI)波略低，谷氨酸-谷氨酰胺(Glu-Gln)及乳酸波低平 正常新生儿1H-MRSN-乙酰基天门冬氨酸(NAA)、肌酸复37磁共振波谱图磁共振波谱图本院波谱图：1 纵向坐标表示信号强度，横向坐标表示共振频率（PPM).2 纵向坐标以零轴为界，零轴以上为正值，零轴以下为负值。磁共振波谱图本院波谱图：38MRS基本原理下面是研究MRS谱线时常用到的参数:(1)共振峰的共振频率的中心峰的位置V:化学位移决定磁共振波谱中共振峰的位置。(2)共振峰的分裂。(3)共振峰下的面积和共振峰的高度:在磁共振波谱中，吸收峰占有的面积与产生信号的质子数目成正比。在研究波谱时，共振峰下的面积比峰的高度更有价值，因为它不受磁场均匀度的影响，对噪音相对不敏感。(4)半高宽:半高宽是指吸收峰高度一半时吸收峰的宽度，它代表了波谱的分辨率。MRS基本原理下面是研究MRS谱线时常用到的参数:39MRS测定的含1H基团1H MRS可测定的活体组织代谢物分子基团：甲基（CH3-）：位于脂肪酸末端、乳酸、NAA、N-乙酰糖蛋白和胆碱；次甲基（-CH2-）：位于脂肪酸、谷氨酸、-氨基丁酸、肌酸和丙三醇羟基等；乙醇基（H-C-OH）：多位于糖中，如葡萄糖、肌醇；乙烯基或烃：位于饱和脂肪酸。MRS测定的含1H基团1HMRS可测定的活体组织代谢物分子40磁共振波谱图波峰及临床意义磁共振波谱图波峰及临床意义1H-MRS波峰：NAA波峰：N-乙酰基天门冬氨酸（NAA）正常脑组织1H MRS中的第一大峰，位于2.02-2.05ppm；与蛋白质和脂肪合成，维持细胞内阳离子浓度以及钾、钠、钙等阳离子通过细胞和维持神经膜的兴奋性有关；仅存在于神经元内，而不会出现于胶质细胞，是神经元密度和生存的标志；含量多少反映神经元的功能状况，降低的程度反映了其受损的大小。磁共振波谱图波峰及临床意义1H-MRS波峰：41峰值下降可见于多种累及神经元或轴索的神经系统疾病中,如脑梗死、脑肿瘤、癫痫、多发性硬化和神经系统变性病。NAA 特异性升高见于Canavans 病,为一种遗传性脑白质营养不良,因缺乏NAA 水解酶所致。峰值下降可见于多种累及神经元或轴索的神经系统疾病中,如脑梗死42NAA(N-乙酰天门冬氨酸)波峰NAA(N-乙酰天门冬氨酸)波峰43肌酸（Cr）正常脑组织1H MRS中的第二大峰，位于3.03ppm附近，有时在3.94ppm 处可见其附加峰（PCr）；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；此代谢物是脑细胞能量依赖系统的标志；能量代谢的提示物，在低代谢状态下增加，而在高代谢状态下减低；峰值一般较稳定，常作为其它代谢物信号强度的参照物。因为Cr 值一般不会随病理变化而变化,所以临床上通常用它作为参考值,对代谢信号强度进行标准化,即通常计算NAA/Cr、Cho/Cr 等。但是高度恶性肿瘤时,由于能量代谢不能正常进行,则不能作为参照值。肌酸（Cr）44Cr波峰Cr波峰45胆碱（Cho）位于3.2 ppm附近；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；细胞膜磷脂代谢的成分之一，参与细胞膜的合成和蜕变，从而反映细胞膜的更新；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，从而使Cho峰增高；Cho峰在几乎所有的原发和继发性脑肿瘤中都升高；恶性程度高的肿瘤中，Cho/Cr比值显示增高。胆碱（Cho）46Cho波峰Cho波峰47 Cho与Cr在神经元及胶质细胞中均被发现，但细胞研究表明在后者中的浓度明显高于前者。因此，当星形胶质细胞发生形态功能改变时，Cho与Cr值会升高。Cho与Cr在神经元及胶质细胞中均被发现，但细胞研究表48Glutamate-glutamine（GlX)A mixture of closely related amino acids,amines and derivatives closely involved in excitatory and inhibitory neurotransmission that lies between 2.1 and 2.4 ppm.Because these are also integral products of intact TCA(Krebs)cycle activity and mitochondrial redox systems,Glx offers a vital marker(s)in MRS of stroke,lymphoma,hypoxia,and many metabolic brain disorders.Glutamate-glutamine（GlX)49肌醇（mI）位于3.56 ppm，可以用STEAM技术显示；此代谢物被认为是激素敏感性神经受体的代谢物，可能是葡萄糖醛酸的前体；mI含量的升高与病灶内（尤其是慢性病灶内）的胶质增生有关；mI 被认为仅存在于神经胶质细胞中,故将它作为胶质的标志物。在脱髓鞘疾病和老年痴呆病中,mI可以增高。有研究认为，在低高级星形细胞瘤中，此峰随着肿瘤恶性程度的增加而增高；肌醇（mI）50mI波峰mI波峰51乳酸（Lac）位于1.32ppm，由两个共振峰组成，称为双重线；正常情况下，细胞代谢以有氧代谢为主，检测不到Lac峰，或只检测到微量；此峰出现说明细胞内有氧呼吸被抑制，糖酵解过程加强；脑肿瘤中，Lac出现提示恶性程度较高，常见于多形胶质母细胞瘤中；Lac也可以积聚于无代谢的囊肿和坏死区内；乳酸（Lac）52Lac波峰Lac波峰53脂质（Lip）位于1.3、0.9、1.5和6.0 ppm处，分布代表甲基、亚甲基、等位基和不饱和脂肪酸的乙烯基；共振频率与Lac相似，可以遮蔽Lac峰；此峰多见于坏死脑肿瘤中，其出现提示坏死的存在；脂质（Lip）54Lip波峰Lip波峰55丙氨酸（Ala）位于1.3-1.44 ppm，常被Lac和Lip峰所遮盖，其功能尚不肯定；谷氨酸（Glu）和谷氨酰胺（Gln）位于2.1-2.5 ppm；Glu是一种兴奋性神经递质，在线粒体代谢中具有重要功能；Gln参与神经递质的灭活和调节活动；丙氨酸（Ala）56正常人的1H-MRS 通常出现三个波峰,其峰值的高低顺序为NAA、Cr、Cho(有时Cho 高于Cr)。有时可能出现mI峰,但峰值较低.正常人的1H-MRS通常出现三个波峰,其峰值的高低顺序为N57Additional resonance peaks MRS is a“spectrum”of normal and abnormal brain constituents.Lots of“odd”things turn up in the brain after ingestion:alcohol,methylsulphonylmethane(a common health food supplement),6 mannitol and propylene glycol,common medications,glucose,acetate,acetone,succinate,phenyl-alanine,all defined by their chemical shift(ppm)and adding spice and diagnostic specificity to the clinical practice of neurospectroscopy.Every metabolite has a normal concentration that generates a pattern of peaks that is the same from person to person unless there is an underlying pathology.Diagnosis with MRS can therefore be made by either comparing the numeric values of metabolite concentrations or by recognizing abnormal patterns of peaks in the spectra such as in electrocardiogram interpretations.Additionalresonancepeaks58Hunters angle Named for an eminent neurosurgeon who applied a pocket comb to the task of recognizing the 45-degree angle formed by the peaks mI,Cr,Cho,and NAA,when they are present in normal proportions,viz:NAA/Cr:1.5,Cho/Cr:0.75;mI/Cr:0.5,thus,a very rough-and-ready approach for short-echo-stimulated echo acquisition mode(STEAM on GE MR systems or Stimulated-Echo on Siemens)spectroscopy.Like all rules,exceptions aboundmoving from STEAM to point resolved spectroscopy(PRESS on GE MR systems or Spin-Echo on Siemens),from short to long echo time(TE)and repetition time(TR),from cortex to midbrain,all change HA.Nevertheless,it is rather convincing when applied to such common MRS diagnoses as tumor(HA 50 岁年龄段基底节区的NAA/Cr 比值逐渐降低、Cho/Cr 比值逐渐增高。结论：1H-MRS 是一种无创技术,可以为正常人基底节区与年龄相关的代谢物浓度的改变提供有价值的信息。基底节区是神经系统疾病多发区，如MS、脑梗死、脑溢血、变性等疾病。因此，NAA,Cr,Cho等峰值的变化。具有重要的意义。正常人基底节区质子磁共振波谱目的：运用质子磁共振波谱(72质子质子MRSMRS波谱分析显示大脑神经祖细胞密度波谱分析显示大脑神经祖细胞密度随年龄增长而显著下降随年龄增长而显著下降目的：大脑神经祖细胞与年龄的关系。方法：MRS测量溴脱氧尿嘧啶核苷（BrdU）标记分裂细胞 结果：在1.28ppm处，峰高值的下降与试验对象的年龄增加具有很好的相关性，810岁组平均波峰积分面积（代表生物标示物浓度）50 x10-6；1416岁组26x10-6；3035岁组4x10-6。很显然，这样的数值，各组之间的差异都具有高度的统计学意义。结论：这是人脑MRS波普检测所获得的首套数据，它们表明大脑从儿童到成人的发育过程中存在的NPCs减少的事实。人大脑神经再生能力随年龄增长而下降的趋势比预期的 大，也即是说，这一现象在人身上表现得更突出，研究人员表示不清楚这种现象的意义到底是什么。质子MRS波谱分析显示大脑神经祖细胞密度随年龄增长而显著下降731H MRS 脑梗死：急性期1H MRS 上NAA、PCr 下降，Cho 无改变，亚急性期和慢性期的各种信号均下降。基底节峰值明显降低,提示神经元损伤。严重者早期可见Cr 信号下降,提示能量代谢障碍，乳酸信号则提示脑组织乏氧代谢.31P波谱可见PCr和ATP下降，Pi升高，PCr/Pi下降出现于ATP之前；1H波谱可见NAA下降，Lac增加，Cho和Cr下降；1HMRS脑梗死：741H MRS 急性脑梗塞特征性的变化是出现Lac峰，Barker等认为24小时内MRI高信号区Lac波升高，但Lac持续时间报道不一，以Lac波逐渐下降并持续数天至数周较多，无论在急慢性期均示NAA下降，一般Lac出现的范围大于T2WI高信号的显示的区域，中央高于周边，Lac峰最高的部位就是NAA降低最严重的部位，NAA减少愈显著，功能恢复越差；Cr与Cho的改变各家观点不一，以Cr与Cho降低居多。1HMRS急性脑梗塞特征性的变化是出现Lac峰，Ba75mrs的原理和临床应用课件761H MRS脑肿瘤 由于组成细胞的成分不同，不同类型肿瘤的MRS表现各异.星型细胞瘤典型表现:NAA显著下降、Cr中等下降和Cho显著升高，NAA/Cr比值下降和Cho/Cr比值升高，以NAA/Cho及Cho/Cr的比值反映肿瘤级别较稳定.国内鱼博浪等认为Cho/NAA及Cho/Cr比值在24之间提示为弥漫性星形细胞瘤，Cho/NAA及Cho/Cr比值4提示为间变性星型细胞瘤或胶质母细胞瘤，但Cho/NAA及Cho/Cr比值不能区别间变型星形细胞瘤和胶质母细胞瘤,1HMRS脑肿瘤771H MRSCho波具有脑肿瘤诊断价值：1显著升高时2 Cho波增高最明显的部位肿瘤最活跃，也是穿刺的最佳部位。3如果肿瘤周围区域Cho波增高，提示原发脑肿瘤浸润生长。1HMRSCho波具有脑肿瘤诊断价值：781H MRS脑转移瘤：缺乏NAA波，Cr波缺乏或消失，Cho升高；脑膜瘤和神经鞘瘤：属脑外肿瘤，不含神经元，MRS中不见NAA和Cr波，脑膜瘤时Cho波明显升高，可以出现丙氨酸（Ala）波为其特点，神经鞘瘤的特点是在3.6ppm处出现磷酸肌醇峰。丙氨酸（Ala）波也可见于垂体瘤 1HMRS脑转移瘤：791H MRS 鞍区和鞍上区内病灶内出现Lip波提示颅咽管瘤。总之，胶质瘤表现为NAA峰下降、Cho峰升高，Cr峰稍有变化。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。由于部分不同病理类型或恶性程度不同的肿瘤的MRS表现有一定的交叉性，增加了脑肿瘤诊断与鉴别诊断的难度，需大宗病例的研究。1HMRS鞍区和鞍上区内病灶内出现Lip波提示颅咽80mrs的原理和临床应用课件81mrs的原理和临床应用课件821H MRS 脑炎 临床和MRI之前即有MRS的异常改变；早期表现为NAA水平下降和Cho升高，以后出现非特异性弥漫性脑白质脱髓鞘，NAA进一步下降，Cho继续上升；国内鱼博浪等认为Cho/Cr小于2可提示脑炎。NAA、Cho、Cr明显下降；Lac、Lip增加，有时见aa增加1HMRS脑炎83mrs的原理和临床应用课件84 The gliotic areas of Rasmussens encephalitis(Fig 8),withhyperintense T2 signal,may be confused with infiltrate processwhen hemispheric atrophy is not so pronounced.Proton MRS,however,shows a decrease in the NAA/Cre ratio,indicating thesecondary neuronal loss observed in this instance.Lactate accumulationis associated with the repetitive neuronal epileptic activityin this disordeTheglioticareasofRasmuss85 脑脓肿 脑脓肿时可出现特征性的氨基酸波，包括亮氨酸波（Aas 0.9ppm）、乙酸盐波（Ace、1.9ppm）和丁二酸盐波(SUCC 2.4ppm)，与脑肿瘤坏死相比，在进行MRS检查时，均表现为Lac波的出现，NAA波、Cr波和均降低，Cho波明显升高；在DWI上信号增高。脑脓肿86mrs的原理和临床应用课件87MRSconfirmed the hypothesis of abscess due to the presence ofaminoacid peak and elevated succinate signal intensity.Thelesion was surgically aspirated and culture revealed infectionby Pneumococcus sp.MRS88脱髓鞘性病变急性强化病灶Cho含量升高，NAA含量相对正常；mI含量常升高；慢性非强化病灶NAA，Cho含量均下降，程度不一；mI含量升高，尤其是在慢性继发型MS；脱髓鞘性病变89 目前认为MS是一种全脑病变，NAA的降低是神经元脱失与轴突损坏的结果，神经元进行性丢失是其特征。活动期Cho，Lipid，Lac，NAA；MS非活动期NAA降低（轴突损害），MI升高（胶质增生）。病变周围正常的脑白质（NAWM）亦有NAA降低，且随离病变中央距离的不同NAA降低也不同，代表白质病变的进展范围，同时说明轴突损伤是疾病进展的机制。单纯神经元脱失可解释NAA降低，大量神经元变性是MS的重要变化，可解释MS患者的认知障碍20。综合国内外研究普遍认为NAA降低与病情的相关性需更进一步研究。目前认为MS是一种全脑病变，NAA的降低是神经元脱失与轴90mrs的原理和临床应用课件91 The acute multiple sclerosis(Fig 4)plaques may produce large mass effect with surrounding edema and blood-brain barrier rupture(pseudotumoral multiple sclerosis lesions),at times simulating neoplasm,in particular when there is only one lesion.In proton MRS they are characterized by lac increase,depending on the degree of inflammatory reaction,and by increased Cho/Cre ratios due to acute myelin break down,but usually not so intense as in neoplastic lesions.Chronic plaques present reduced NAA/Cre ratios in the center of thelesion,as consequence of irreversible axonal injury and partial or complete recover of NAA signal in the periphery of the lesion。Theacutemultiplesclerosis92Therefore,a single MRS exam in acute multiple sclerosis lesions may show a very similar pattern as seen in brain tumors.However,follow up MRS exams will show distinct patterns of metabolic changes in these two conditions.Therefore,asingleMRSexami93MS不仅可累及白质，还可累及灰质（虽然较少出现），但无论是组织病理学还是MRI、MRS都已经证实MS可累及灰质，病变可位于皮层内、近皮层和皮层下深部灰质核团。由于灰质病灶增强后的强化没有白质显著，因而传统的MRI较难发现灰质的病灶，患者灰质的NAA峰值明显低于正常对照，Cho峰值和NAA/磷酸肌酸比值也明显升高;丘脑、尾状核、壳核等深部灰质的NAA峰值也明显降低，尽管其降低幅度明显小于MS患者白质内NAA峰值的降低，反映了灰质内髓鞘成分较少。MS不仅可累及白质，还可累及灰质（虽然较少出现），但无论是组94癫痫浓度与额叶、颞叶癫痫发作频率呈负相关；随着发作频率的增加,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。肌酸()和胆碱()峰值升高；与(+)的比值降低提示海马硬化；1 还可用于测定与癫痫活动有关的神经递质:氨基丁酸()、谷氨酸()和谷胺酰盐()。癫痫95癫痫与MRS 1 80%的癫痫与海马硬化有关，神经元减少和胶质细胞增生，MRS表现为NAA减少，Cho和Cr增加，NAA/（Cho+Cr）比值下降。Duncan认为海马硬化时，NAA峰值降低，减少22%减少说明癫痫灶内神经元的缺失、受损和功能活动异常；Cho和Cr可增加25%和15%，反映胶质细胞增生；NAA/（Cho+Cr）比值下降，定位及定侧NAA/Cho+Cr0.72为正常，双侧比值差大于0.05或双侧较正常对照低时为异常；癫痫与MRS96Lac峰的出现对定侧很有价值，但在发作间歇期，Lac几乎不出现；发作次数越多、患病时间越长，NAA峰降低和Cho波升高明显；MRI和MRS结合有利于癫痫灶术前准确定位；测定癫痫活动中重要的三种神经递质，即-氨基丁酸（GABA）、谷氨酸（Glu）和谷氨酰氨（Gln），其中GABA降低，抗癫痫治疗后升高；在癫痫病灶中，Glu升高。Lac峰的出现对定侧很有价值，但在发作间歇期，Lac几乎不出972 MRS对于癫痫灶的定位是一种很好的检查方法 MRS在颞叶癫痫病灶的定位的重要价值毫无疑问，近年的研究表明：MRS对颞叶外特别是起源额叶癫痫同样具有重要价值，研究表明与正常对照组相比较，很多癫痫病人的一侧或双侧额叶出现NAA/Cr或NAA/Cho比值的降低，癫痫灶往往定位与大脑半球NAA降低最明显的地方，而其中有很多是MRI没有发现异常的。并且MRS发现代谢产物异常的范围要比脑电图的定位更广泛。2MRS对于癫痫灶的定位是一种很好的检查方法MRS98 虽然MRS对癫痫的定位较好，但是如果只用MRS一种检查方法，仍有1015的错误，最好能将MRS与EEG，MRIV,PET，SPECT等方法结合起来，达到最佳效果。3 MRS癫痫的发作，病程，严重程度的评估:Duc等认为海马中NAA的降低的部位大小与病人的发病年龄有关。具有相同起病年龄的癫痫患者他们的病程和NAA下降的范围密切相关。难治性癫痫患者术前NAA的下降和术后的病理学上海马的硬化程度有关，可以认为MRS测得的代谢物的数量能用来评估难治性癫痫患者神经元丢失及功能下降的严重程度。对监视病情变化和评估海马的组织病理学改变有一定的作用。另外，MRS测得的代谢物的数量和癫痫的发作频率有密切关系。如随着NAA的下降，EEG上癫痫的发作频率增加。没有证据表明代谢物的变化和癫痫的病程有关。虽然MRS对癫痫的定位较好，但是如果只用MRS一种检查99 4 MRS对难治性癫痫术后效果的评估大量的研究表明：结合EEG和MRS可以对难治性癫痫术后效果进行评估。如果EEG确定的癫痫灶和MRS确定的异常部位在相符合，术后的疗效较好，如果MRS确定的异常部位面积较大，两侧都有异常或与EEG确定的癫痫灶差别较大则预后较差。5 MRS对癫痫药物的评估关于用MRS来评估抗癫痫药物的研究已经有很多，如Petro研究了服用氨己烯酸后脑中的GABA浓度的变化。氨己烯酸可以提高GABA的浓度，服用一次氨己烯酸（50mg/kg/day）2小时后GABA的浓度增高40以上，并且第二天继续上升，从第五天开始慢慢下降。这支持氨己烯酸升高GABA浓度从而起到抗癫痫的作用，并且可据此制定氨己烯酸的服用方法。另外妥泰也可以升高脑中的GABA浓度，关于其它抗癫痫药物对大脑代谢物的影响也在研究中 4MRS对难治性癫痫术后效果的评估大量的研究表明：结100 MRS不但敏感性较高，而且对双侧病变的检出率优于MRI。双侧NAA/Cr的不对称程度和EEG的不对称程度是一致的，在NAA/Cr下降多的一侧，EEG的异常越重。意味着组织损伤的波谱异常的地方往往是EEG上首先异常放电的地方。波谱改变的病灶不一定在MRI上能发现形态学异常，因为这时可能处于病变早期。随着病变的发展MRI上出现形态学改变，MRS的异常越加明显。MRS不但敏感性较高，而且对双侧病变的检出率优于MRI。101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 颅内常见病变的代谢物特征疾病NAACrC102MRS扫描要点确定MRS扫描的感兴趣区感兴趣区（Region of Interest，ROI）；水和脂肪质子峰的抑制待测定代谢物的浓度在毫摩尔数量级；水的质子浓度约为110摩尔，为前者浓度的104-105倍；同样，脂肪的质子也需要进行抑制；化学位移选择法（Chemical Shift Selective，CHESS）MRS扫描要点确定MRS扫描的感兴趣区（Regionof103MRS扫描要点避开干扰组织，如颅骨、脂肪、硬膜、脑脊液等；被检查者的配合；被检查部位的大小脊髓病变一般不适于做MRS检查（位于延髓者可以考虑）；脑部病变太小者，所测数值不准确；MRS扫描要点避开干扰组织，如颅骨、脂肪、硬膜、脑脊液等；104MRS检查影响因素 1 MRS检测的信号强度 与所测组织的原子核的量和浓度、敏感性密切相关。1H在人体中自然丰度和敏感性最高，易于检测。活体1H代谢物浓度达到100mol1mmol/L1才可检测。2 磁场的均匀性 波谱谱线线宽受原子核自然线宽及磁场均匀性的影响。内磁场的均匀度越高，线宽越小，基线越平整光滑。外部磁场均匀性差会导致波谱频率出现偏差，导致波谱的谱线变宽，波峰不易区分。通常以水共振的半高线宽表示磁场的均匀性，MRS要求磁场的均匀性0.1ppm。MRS检查影响因素1MRS检测的信号强度与所测组织105MRS检查影响因素3 抑水 在人体水的浓度是其他代谢物的10 000100 000倍，导致与水接近的化合物被淹没，难以观察。一般根据水的共振频率用选择性的预饱和法，1H需水抑制，31P不需要.4 感兴趣区的选择1H MRS感兴趣区最小达1ml。VOI区应边界清楚，避免邻近组织污染，尤其是皮下脂肪、颅骨、脑脊液及临近静脉窦的影响。对VOI区的选择准确，减少周边正常组织的干扰。MRS检查影响因素3抑水在人体水的浓度是其他代谢物的1106MRS检查影响因素5 对比剂的影响 目前争议较大。早期的研究认为对Cho有影响，但近有学者认为注射对比剂前后对MRS无影响，总体有待进一步研究.6呼吸运动：对MRS的影响主要体现在以下两个方面：即体素定位不准和相位、频率偏移 MRS检查影响因素5对比剂的影响目前争议较大。早期的研107磁共振波谱技术的质量控制和应用要点 目的目的 观察波谱空间定位和扫描参数对图像质量的影响，并初步小结应用要点。方法方法 对65例头颅检查的受检者行磁共振波谱扫描，有目的地改变感兴趣区域（ROI）的位置、大小和其他参数设置（FOV、频率矩阵、相位矩阵、预饱和带等），记录预扫描后系统显示的半高宽、水抑制程度等数值，并对扫描后显示的图像质量进行初步评价，探讨这些数值与波谱质量之间的关系。结果结果 65例患者中有60例波谱谱线形态较好，代谢物峰值位置正常；5例谱线形态变形，波峰漂移较大。记录的结果数据中：半高宽523，水抑制级别9299。谱线形态较好的60例中，半高宽均在系统提示的范围内；5例谱线差的半高宽为7、9、16和23，水抑制级别为95、96、97。结论结论 获得高质量的波谱，需要较高的磁场均匀度，而半高宽是反映均匀度的一个重要指标。只有尽一切技术手段使得半高宽在系统提示的范围之内，才有可能获得好的谱线。磁共振波谱技术的质量控制和应用要点目的观察波谱空间定位108病例讨论病例讨论109干扰所致举例（脑囊尾蚴病MRS)干扰所致举例（脑囊尾蚴病MRS)110脑炎本院MRS：女，43岁，突发意识不清，牙关紧闭，四肢肌张力高，考虑闭锁综合症。脑炎所致。MRS图1 T2取样区为桥脑，图2可见3.29ppm处mI波峰升高，2.02ppmNAA显著降低,说明桥脑受损严重，预后不好。神经原受损。脑炎本院MRS：女，43岁，突发意识不清，牙关紧闭，四肢肌张111右侧小脑取样区T2：Lac与Lip波峰均出现，说明病灶部位处于无氧代谢，有坏死。病人预后不好。右侧小脑取样区T2：112左侧小脑取样区：NAA降低及峰下面积增宽均说明脑细胞严重受损，胆碱及肌酐降低说明脑细胞膜代谢活动受阻，Lac及Lip等代谢产物波峰增高，说明脑细胞处于无氧酵解。左侧小脑取样区：113DWIDWI和MRSMRS在颅脑疾病鉴别诊断中的应用 西安交通大学第一医院医学影像中心 鱼博浪 弥散加权成像（DWI）和磁共振波谱（MRS）是目前在临床影像学诊断应用较多的磁共振功能成像，近年来已经广泛应用于中枢神经系统。DWI可以反映病变水分子弥散的情况，MRS是目前唯一能够在活体对代谢产物进行无创性检测的方法，通过波峰的变化反映病变的代谢情况，两者均能够为颅脑疾病的影像学鉴别诊断提供重要的信息，结合常规MR表现，可以明显提高颅脑疾病的诊断准确率。DWI和MRS在颅脑疾病鉴别诊断中的应用西安交通大学第一1141 良性胶质瘤与病毒性脑炎的鉴别 颞叶有占位效应且临床表现不典型的病毒性脑炎与良性胶质瘤的区别常较困难，MRS能够提供重要的信息，其准确率可达 95100，结合常规磁共振表现更能够增加诊断的准确性。Cho 增高和 Cho/Cr 增高强烈提示脑肿瘤。肿瘤 Cho/Cr 比值大于 2，Cho/Cr 大于 2 时，诊断脑肿瘤的敏感性和特异性分别为 96和 70，Cho/Cr 大于 2.5 时，诊断脑肿瘤的 敏感性降为 90，但特异性增高到 86。但应该注意，少数良性胶质瘤的波谱表现可以类似于正常脑实质，Cho/Cr比值不大于 2，所以，诊断必须结合临床和常规 MR 表现综合分析，必要时进行随访观察。1良性胶质瘤与病毒性脑炎的鉴别1152 占位性小脑梗死和小脑肿瘤的区别 小脑供血动脉的主干阻塞造成的大面积小脑梗死常表现有明显的占位效应，最常见于小脑下后动脉梗死，也可见于小脑上动脉梗死和下前动 脉梗死，需要与小脑肿瘤区别，由于小脑梗死主要发生在老年人，而老年人小脑肿瘤以转移瘤最多见，转移瘤可以双侧多发，而小脑梗死也可以双侧多发，如果转移瘤发生明显坏死，增强扫描呈环形强化，完全不同于小脑梗死，小脑梗死增强扫描呈脑回样强化。但无明显坏死的小脑转移瘤与小脑梗死在常规 MR检查时鉴别可能有一定的困难。DWI上小脑梗死急性期表现为明显的高信号，ADC 值明显降低，而小脑实质性转移瘤DWI接近于等信号，ADC 值也接近于正常 脑实质。小脑梗死的 MRS表现最有特征，出现明显的 Lac，与 实质性小脑转移瘤明显不同。2占位性小脑梗死和小脑肿瘤的区别1163 多发性胶质瘤与脱髓鞘肿块的鉴别 多发性胶质瘤与脱髓鞘肿块均位于脑白质，多发，均可有占位效应，增强扫描均可强化，常规 MR 检查鉴别常有困难。胶质瘤 MRS表现为 Cho 升高，Cho/Cr比值大于 2，而脱髓鞘病变 Cho 不高，Cho/Cr 比值小于 2。3多发性胶质瘤与脱髓鞘肿块的鉴别多发性胶质瘤与脱髓鞘肿块117mrs的原理和临床应用课件118