磁共振波谱技术讲全培训课件

MRSn nMRS可以检出具有生理及病生理意义的代谢物n n在体、直接、无创在体、直接、无创n n采集原理:与MRI相同，遵循Larmor定律n nMRIMRI：信号的变化随时间变化的函数：信号的变化随时间变化的函数n nMRSMRS：信号的振幅随频率分布的函数：信号的振幅随频率分布的函数7/13/20241磁共振波谱技术讲全原理原理n nLarmor equationn n旋磁比7/13/20242磁共振波谱技术讲全n n不同原子核共振的频率不同7/13/20243磁共振波谱技术讲全MRS应用应用n nMRS较成熟的技术n n应用于中枢神经系统及前列腺疾病应用于中枢神经系统及前列腺疾病n n需要特殊的线圈及软件nn3131P P在肌肉中及中枢神经系统的应用在肌肉中及中枢神经系统的应用n n其他核的波谱技术尚在临床研究阶段nn1313C C、2323NaNa7/13/20244磁共振波谱技术讲全MRS可以看到什么？可以看到什么？7/13/20245磁共振波谱技术讲全MRS基本概念基本概念n n不同化学结构中的氢原子，其进动频率不同n n这种由于所处的分子结构不同所致的同一原子核进动频率出现差异的现象称之为化学位移现象7/13/20246磁共振波谱技术讲全n n水中的氢质子在1.5T场强条件下的进动频率是63.9MHzn n长链脂肪酸中的氢质子在同场强条件下的进动频率为63.9MHz-224Hzn n绝对频率差实际意义较小7/13/20247磁共振波谱技术讲全n n以“百万分之”（parts per million，ppm）来表示化合物之间的频率差别是恒定的。（无场强依赖）7/13/20248磁共振波谱技术讲全3T脑白质的脑白质的MRS谱线谱线n n移动脂肪移动脂肪0.9-1.3ppm0.9-1.3ppmn n乳酸乳酸（LacLac）1.33ppm1.33ppmn nN-N-乙酰天门冬氨酸乙酰天门冬氨酸（NAANAA）2.02ppm2.02ppmn n谷氨酸类化合物复谷氨酸类化合物复合峰（合峰（GlxGlx）2.1-2.1-2.4,3.78ppm2.4,3.78ppmn n总肌酸（总肌酸（CrCr）3.03.03 3n n总胆碱（总胆碱（ChoCho）3.023.02n n肌醇（肌醇（mImI）3.563.567/13/20249磁共振波谱技术讲全谱线的判读谱线的判读谱线的要求：信噪比好（SNR）均匀性好 一致性好SNR通常在频率域定义为最大代谢物的峰高度除以无信号区噪声的振幅的均方根7/13/202410磁共振波谱技术讲全7/13/202411磁共振波谱技术讲全波谱的基本概念波谱的基本概念n n峰下面积与代谢物浓度峰下面积与代谢物浓度呈正比呈正比n n线宽与化合物的线宽与化合物的T2*T2*弛弛豫时间和磁场的均匀度豫时间和磁场的均匀度有关，它决定谱线的频有关，它决定谱线的频率分辨率率分辨率n n原子核存在共价键，会原子核存在共价键，会形成自旋形成自旋-自旋偶联，自旋偶联，则表现为特定形态的峰则表现为特定形态的峰7/13/202412磁共振波谱技术讲全MRS vs MRIn n基于组织中水的基于组织中水的T2T2弛豫弛豫时间，及脂肪的信号时间，及脂肪的信号n n信号来源于全脑，解剖信号来源于全脑，解剖信息来自质子及分布及信息来自质子及分布及其在及其在不同组织中其在及其在不同组织中的相对弛豫率的不同的相对弛豫率的不同n nT2WIT2WI，T1WIT1WI，FLAIRFLAIR7/13/202413磁共振波谱技术讲全MRS vs MRIn n基于代谢物的T2弛豫时间n n信号来源于脑的特定区域n nPRESS，STEAM，CSI7/13/202414磁共振波谱技术讲全MRS的空间定位的空间定位n n准确采集感兴趣区容积（volume of interest，VOI）体素内的信号，而不被VOI以外的信号污染，是MRS成功的关键n n单体素单体素n n多体素多体素7/13/202415磁共振波谱技术讲全MRS选用的序列选用的序列n n活体影像选择波谱ISISn n激励回波采集模式STEAMn n点分辨波谱PRESS7/13/202416磁共振波谱技术讲全n n活体影像选择波谱(image select in-vivo spectroscopy，ISIS)n n反转脉冲适用于射频脉冲不均匀的表面线圈，反转脉冲适用于射频脉冲不均匀的表面线圈，且磁化矢量全部反应的且磁化矢量全部反应的Z Z轴上，轴上，T2T2弛豫丢失很弛豫丢失很少，有利于短少，有利于短T2T2的核，常用于的核，常用于3131P-MRSP-MRSn n缺点是费时，对运动伪影敏感缺点是费时，对运动伪影敏感7/13/202417磁共振波谱技术讲全n n激励回波采集模式（stimulate echo acquisition mode，STEAM）n n优点是一次激发就可采集，不需要相位再循环；优点是一次激发就可采集，不需要相位再循环；水抑制充分；体素边缘的锐利度好；空间定位水抑制充分；体素边缘的锐利度好；空间定位准确准确n n缺点是有近缺点是有近50%50%的信号丢失，造成信噪比较低的信号丢失，造成信噪比较低7/13/202418磁共振波谱技术讲全n n点分辨波谱（point resolved spectroscopy，PRESS）n n主要是运用了重聚相位的主要是运用了重聚相位的1801800 0脉冲，减少了信脉冲，减少了信号的丢失号的丢失n n选择长回波时间时（选择长回波时间时（TE50msTE50ms）会导致短）会导致短T2T2代代谢物的丢失，且信噪比下降谢物的丢失，且信噪比下降7/13/202419磁共振波谱技术讲全MRS的技术考虑的技术考虑n n不同的场强n n不同的序列（PRESS或STEAM）n n不同的参数（TE）所得的谱线均会有差别，代谢物比值也有所不同7/13/202420磁共振波谱技术讲全3.0T vs 1.5Tn nPress：TR1500ms，TE35ms7/13/202421磁共振波谱技术讲全3.0T vs 1.5Tn nPress：TR1500ms，TE35ms7/13/202422磁共振波谱技术讲全1.5T PRESS vs STEAMn nTR1500ms，TE35ms7/13/202423磁共振波谱技术讲全1.5T PRESS vs STEAMn nTR1500ms，TE35ms7/13/202424磁共振波谱技术讲全3.0T PRESS vs STEAMn nTR1500ms，TE35ms7/13/202425磁共振波谱技术讲全TR时间不同的谱线时间不同的谱线n nPRESS3000ms1500ms7/13/202426磁共振波谱技术讲全TE时间不同的谱线时间不同的谱线n nPRESS144ms35ms7/13/202427磁共振波谱技术讲全回波时间的影响回波时间的影响n n短回波（短回波（TE50msTE50msTE50ms）+基线平稳基线平稳+TE=144+TE=144有利于观察乳酸有利于观察乳酸峰峰 -很少有脂肪信号很少有脂肪信号 -信号强度弱信号强度弱 -丢失所有短丢失所有短T2T2的代谢的代谢物物7/13/202428磁共振波谱技术讲全MRS的技术选择的技术选择n n开始运用MRS技术前，应充分评价磁共振系统的MRS技术所能提供的质量，根据所需观察的代谢物来确定所用的序列及所有参数。7/13/202429磁共振波谱技术讲全MRS的定量计算的定量计算n n绝对定量与相对定量n n相对定量：以各种代谢物峰的高度或峰下面积的比值进行定量分析n n绝对定量：以内源性的水或独立的外源性的标准浓度的物质作参照进行计算7/13/202430磁共振波谱技术讲全机体对代谢物浓度的影响因素机体对代谢物浓度的影响因素n n年龄n n脑内不同部位n n体温n n肝、肾参与Cr合成，肝病时Cr下降n n糖尿病、肾病、渗透压异常、移植肾、输液均匀影响MRS的结果7/13/202431磁共振波谱技术讲全影响比值的因素影响比值的因素n n序列：明显影响n nTE时间：明显影响n nTR时间：有些影响n n体素位置：明显影响n n体素大小：有些影响n n磁场均匀性：有些影响7/13/202432磁共振波谱技术讲全n nVOI的有效设置7/13/202433磁共振波谱技术讲全7/13/202434磁共振波谱技术讲全7/13/202435磁共振波谱技术讲全n nHunter，s angle白质灰质7/13/202436磁共振波谱技术讲全7/13/202437磁共振波谱技术讲全1289664327/13/202438磁共振波谱技术讲全常规采集参数常规采集参数n nSVSV：n nPRESSPRESS序列序列n nTR1500msTR1500msn nTE35msTE35msn nVOI 2*2*2cmVOI 2*2*2cmn nNAVNAV：128128n n采集时间短采集时间短n nCSICSI：n nPRESSPRESS序列序列n nTR1500msTR1500msn nTE35msTE35msn nVOI 10mm*VOI 10mm*n nMatrix 16*16Matrix 16*16n n采集时间长采集时间长7/13/202439磁共振波谱技术讲全SV vs CSIn n单体素波谱单体素波谱n n容易实现容易实现n n成像时间相对短成像时间相对短n n相对容易克服磁场不均相对容易克服磁场不均匀的影响匀的影响n n谱线的基线稳定谱线的基线稳定n n谱线的定性分析好谱线的定性分析好n n化学位移成像化学位移成像n n覆盖范围大，一次采集覆盖范围大，一次采集获得较多信息获得较多信息n n成像时间长成像时间长n n容易受到磁场不均匀的容易受到磁场不均匀的影响影响n n谱线质量常受影响谱线质量常受影响7/13/202440磁共振波谱技术讲全单体素波谱单体素波谱7/13/202441磁共振波谱技术讲全多体素波谱多体素波谱7/13/202442磁共振波谱技术讲全代谢物分布图代谢物分布图7/13/202443磁共振波谱技术讲全MRS的伪影的伪影n n运动伪影n n大部分不易观察，导致线宽增加，频率分辨力大部分不易观察，导致线宽增加，频率分辨力下降下降n n代谢物在谱线上呈分裂峰，多见于患者头在两代谢物在谱线上呈分裂峰，多见于患者头在两个不同位置上来回运动个不同位置上来回运动n n在波谱采集定位后患者头部移动，导致采集的在波谱采集定位后患者头部移动，导致采集的体素并非设定的体素体素并非设定的体素7/13/202444磁共振波谱技术讲全n n化学位移伪影通常只影响单体素采集n n化学位移偏离，发生在谱线后处理是拟合算法化学位移偏离，发生在谱线后处理是拟合算法不正确时，标记错误不正确时，标记错误n n激发的化学位移伪影，出现在应用选层脉冲或激发的化学位移伪影，出现在应用选层脉冲或读出梯度时读出梯度时7/13/202445磁共振波谱技术讲全n n磁敏感伪影n n是最易观察到的是最易观察到的MRSMRS伪影，通常出现在伪影，通常出现在3.5-3.5-4.0ppm4.0ppm区域。通常被称为鬼影（区域。通常被称为鬼影（ghostghost）7/13/202446磁共振波谱技术讲全n n涡电流伪影n n常在谱线的常在谱线的1.0-2.0ppm1.0-2.0ppm出现一个尖锐的下降出现一个尖锐的下降7/13/202447磁共振波谱技术讲全n n体素外的磁敏感物质的干扰，不仅影响单体素采集也影响多体素采集7/13/202448磁共振波谱技术讲全1HMRS的临床应用的临床应用n n局灶性病变的定性n n代谢性疾病n n缺氧脑病（HIE）n n癫痫（定位、定侧）n n痴呆n n精神疾患的辅助检查7/13/202449磁共振波谱技术讲全n n弥漫或特定区域病变n nAlzheimerAlzheimer病病n n代谢性疾病代谢性疾病n n颞叶癫痫颞叶癫痫n n肝性脑病肝性脑病n n胎儿期发育异常胎儿期发育异常n n创伤创伤n n非特定区域病变n n脑肿瘤脑肿瘤n n脑脓肿脑脓肿n n脑卒中脑卒中n n多发性硬化多发性硬化n nAIDSAIDS病变病变7/13/202450磁共振波谱技术讲全国外正常值选择区域国外正常值选择区域7/13/202451磁共振波谱技术讲全41-60岁组的正常比值（岁组的正常比值（3.0T）n n前扣带回灰质n nNAA/Cr:1.410.09NAA/Cr:1.410.09n nCho/Cr:0.870.07Cho/Cr:0.870.07n nmI/Cr:0.600.24mI/Cr:0.600.24n n后扣带回灰质n nNAA/Cr:1.400.10NAA/Cr:1.400.10n nCho/Cr:0.680.06Cho/Cr:0.680.06n nmI/Cr:0.560.07mI/Cr:0.560.07n n左侧脑室前脚旁白质n nNAA/Cr:1.550.09NAA/Cr:1.550.09n nCho/Cr:1.040.13Cho/Cr:1.040.13n nmI/Cr:0.650.08mI/Cr:0.650.08n n左侧脑室后脚旁白质n nNAA/Cr:1.610.14NAA/Cr:1.610.14n nCho/Cr:0.96 0.12Cho/Cr:0.96 0.12n nmI/Cr:0.620.06mI/Cr:0.620.067/13/202452磁共振波谱技术讲全判读较判读较7/13/202453磁共振波谱技术讲全脑内肿瘤脑内肿瘤n n胶质瘤的诊断和分级n n肿瘤边界的评价n n鉴别原发和转移n n鉴别肿瘤和某些感染性病变n n胶质瘤放疗后坏死与复发的鉴别7/13/202454磁共振波谱技术讲全CASE17/13/202455磁共振波谱技术讲全胶质瘤胶质瘤少少突突胶胶质质细细胞胞瘤瘤级级7/13/202456磁共振波谱技术讲全CASE27/13/202457磁共振波谱技术讲全胶质瘤胶质瘤 级星形细胞瘤级星形细胞瘤7/13/202458磁共振波谱技术讲全CASE3肥肥胖胖型型间间变变型型星星形形细细胞胞瘤瘤级级7/13/202459磁共振波谱技术讲全CASE47/13/202460磁共振波谱技术讲全胶胶质质瘤瘤病病7/13/202461磁共振波谱技术讲全CSAE5男男 55岁岁 AIDS，低热低热2周，嘴角左偏周，嘴角左偏7/13/202462磁共振波谱技术讲全CSAE67/13/202463磁共振波谱技术讲全MRS提示神经元损伤，出现明显的无氧酵解，无明显胶质增提示神经元损伤，出现明显的无氧酵解，无明显胶质增生生Cho升高提示肿瘤性病变不除外，建议增强升高提示肿瘤性病变不除外，建议增强MRI7/13/202464磁共振波谱技术讲全CSAE7男男 48岁，岁，左肾癌术后左肾癌术后1年，左侧肢体无力年，左侧肢体无力1周周7/13/202465磁共振波谱技术讲全7/13/202466磁共振波谱技术讲全CASE8女女 39岁，岁，星形细胞瘤术后星形细胞瘤术后7/13/202467磁共振波谱技术讲全7/13/202468磁共振波谱技术讲全CASE97/13/202469磁共振波谱技术讲全7/13/202470磁共振波谱技术讲全脑脓肿与脑囊性肿瘤的鉴别脑脓肿与脑囊性肿瘤的鉴别7/13/202471磁共振波谱技术讲全CASE107/13/202472磁共振波谱技术讲全脑膜瘤：脑膜瘤：Cho升高，升高，NAA及及Cr几乎消失，提示脑外肿瘤几乎消失，提示脑外肿瘤7/13/202473磁共振波谱技术讲全CASE11男男 69岁，岁，癫痫发作半月，有失语，右手抽搐，右侧肢体无力。肺部发现一肿块癫痫发作半月，有失语，右手抽搐，右侧肢体无力。肺部发现一肿块外院发现颅内多发占位半月，增强多呈环形强化外院发现颅内多发占位半月，增强多呈环形强化7/13/202474磁共振波谱技术讲全7/13/202475磁共振波谱技术讲全代谢性脑病代谢性脑病7/13/202476磁共振波谱技术讲全线粒体脑肌病线粒体脑肌病n nMELAS发病机制n n多由于多由于mtDNAmtDNA的的A3243GA3243G点突变，线粒体的结点突变，线粒体的结构及功能异常，导致细胞呼吸链受损，构及功能异常，导致细胞呼吸链受损，ATPATP形形成障碍，组织代谢能量不足，出现的无氧酵解，成障碍，组织代谢能量不足，出现的无氧酵解，产生乳酸，易出现在需氧量较多的组织。产生乳酸，易出现在需氧量较多的组织。7/13/202477磁共振波谱技术讲全CASE127/13/202478磁共振波谱技术讲全7/13/202479磁共振波谱技术讲全CASE13男男 12岁岁 发作性左侧肢体抽搐伴意识障碍发作性左侧肢体抽搐伴意识障碍2年年7/13/202480磁共振波谱技术讲全7/13/202481磁共振波谱技术讲全CASE14女女 23岁，岁，发作性右上肢无力发作性右上肢无力3年年7/13/202482磁共振波谱技术讲全脑脊液检测脑脊液检测7/13/202483磁共振波谱技术讲全CASE15男男 20岁，岁，反复抽搐反复抽搐4年，左侧偏盲年，左侧偏盲1月月7/13/202484磁共振波谱技术讲全CASE16女女 9岁，岁，反复抽搐伴肌酶升高反复抽搐伴肌酶升高20个月个月7/13/202485磁共振波谱技术讲全肝性脑病肝性脑病n n肝细胞功能衰竭，或门体循环分流所致的神经精神异常n n性格改变、行为异常、智能减退、神经错乱性格改变、行为异常、智能减退、神经错乱n n扑翼样震颤、肌张力升高、病理征、共济失调扑翼样震颤、肌张力升高、病理征、共济失调n n继发神经元功能异常、代谢异常、星形细胞水肿、脑内锰异常沉积、脑水肿、神经元脱失致脑萎缩7/13/202486磁共振波谱技术讲全肝性脑病的临床诊断肝性脑病的临床诊断n n认知功能改变n n脑电图节律减慢n n大脑神经生化/神经介质动态平衡失常n n血氨水平异常血氨水平异常n n脑脊液的脑脊液的GlxGlx、氨浓度异常、氨浓度异常n n渗透压的动态平衡改变7/13/202487磁共振波谱技术讲全CASE17男男 69岁，岁，肝硬化，血氨水平肝硬化，血氨水平79mol/L7/13/202488磁共振波谱技术讲全小儿缺血缺氧性脑病小儿缺血缺氧性脑病7月，喂养后无反应月，喂养后无反应7/13/202489磁共振波谱技术讲全其他（真菌）其他（真菌）7/13/202490磁共振波谱技术讲全活检：培养出活检：培养出 毛霉菌丝毛霉菌丝7/13/202491磁共振波谱技术讲全梗死梗死7/13/202492磁共振波谱技术讲全7/13/202493磁共振波谱技术讲全假瘤性脱髓鞘假瘤性脱髓鞘7/13/202494磁共振波谱技术讲全7/13/202495磁共振波谱技术讲全ADEM男男 40岁，岁，头晕头晕1月，四肢无力月，四肢无力2周周7/13/202496磁共振波谱技术讲全7/13/202497磁共振波谱技术讲全SLE7/13/202498磁共振波谱技术讲全7/13/202499磁共振波谱技术讲全癫痫癫痫n n主要用于颞叶的定侧，文献多采用TE=135ms/144ms的序列，计算NAA/Cr、NAA/（Cho+Cr）的比值n n有报道：MRS可显示87%的海马的NAA浓度和NAA/（Cho+Cr）比值异常，其中27%的病例MRI海马结构无异常n n仍有无法判断的病例，需结合EEG/PET等7/13/2024100磁共振波谱技术讲全左侧海马硬化左侧海马硬化女女 15岁，发作抽搐岁，发作抽搐2年年7/13/2024101磁共振波谱技术讲全痴呆的研究痴呆的研究男男 72岁，岁，记忆力障碍记忆力障碍8年，年，阿尔茨海默病阿尔茨海默病7/13/2024102磁共振波谱技术讲全精神疾患的研究精神疾患的研究n n国外研究较多n n精神分裂症精神分裂症n n情感障碍（抑郁，焦虑情感障碍（抑郁，焦虑n n多动症等多动症等n n形态学多正常，期望MRS提供有用的代谢物质改变信息7/13/2024103磁共振波谱技术讲全总结总结n nMRS可提供补充的信息n n在某些疾病评价上增强诊断信心n n更好的理解疾病的病生理状态n n可以进行定量半定量的分析7/13/2024104磁共振波谱技术讲全7/13/2024105磁共振波谱技术讲全