磁共振波谱在诊断颅内肿瘤中应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,磁共振波谱在诊断颅内肿瘤中应用,Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,一 基础理论,Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,磁共振波谱(Magnetic resonance spectroscopy，MRS)概念,可检测出活体组织代谢物的浓度，为MRI影像提供定量诊断依据,可反映组织的代谢信息和状态，来确定组织的性质,是目前唯一无创研究人体器官、组织代谢、生化改变及化合物定量分析的方法,Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,磁共振波谱(Magnetic resonance spectroscopy，MRS)历史,20世纪40年代，国外最早开始研究波谱学,1946年，美国的Purcell和Bloch发现了核磁共振现象,5年后，Proctor和Yu提出核子的“化学位移(chemical shift)”,20世纪50年代，国内波谱学研究工作开始,20世纪70年代，提出二维傅立叶变换概念，人体和动物的磁共振研究由此开始,20世纪90年代，开始应用于临床,Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,化学位移(chemical shift),在同一均匀磁场中，不同化合物的同一原子核由于其所处的化学环境不同，共振频率就会有所差别，这种现象就是化学位移,单位:采用磁场强度（检测物与参照物共振频率相比得到的相对值） 的百万分之一(ppm) 来表示，在MRS谱线上，横座标最右边一点即中心频率位置定义为零，其ppm值向左依次增加,化学位移可将含有同种原子核的不同化合物根据其化学位移的程度在频率轴上区别开来,Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,磁共振波谱(Magnetic resonance spectroscopy，MRS)原理,每一带电的原子核自旋即可在其周围产生一微弱磁场，置于外加磁场，其自旋轴就会趋于平行或反方向于这个磁场方向,施加射频脉冲，处于低能状态的原子核因吸收了能量而跃迁到高能状态；射频脉冲停止，高能态的原子核即弛豫(relaxation)或恢复到低能状态，并以射频脉冲信号的形式释放出吸收的能量,弛豫过程中自由感应衰减(free induction decay,FID) 的射频脉冲信号被检测后，经傅立叶转换，所形成的频率-信号强度曲线即磁共振波谱,Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,氢质子磁共振波谱(,1,H-MRS),目前，可用在医学领域波谱研究的原子核有,1,H、,31,P、,23,Na、,13,C、,19,F、,7,Li等,由于氢质子,1,H较其他原子核在有机物结构中具有高自然丰度和核磁感性，故做波谱分析时多采用,1,H,1,H-MRS在脑部疾病诊断中的应用最为广泛,如:脑肿瘤、脑梗塞、脑脓肿、脑炎、癫痫、家族性精神分裂症、缺血缺氧性脑病、多发性硬化、肝性脑病、脑部的放射性损伤等,Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,MRS的兴趣区(region of intrest,ROI),先行磁共振检查，在适当的时间里在磁共振上设定波谱磁共振检查的靶区，摈弃周围组织的影响，称为MRS的兴趣区(region of intrest,ROI),对于肿瘤来说，ROI多选择瘤内实体区、坏死区、瘤周区等及与相应解剖学部位对应的对侧正常区,瘤周区定义为T2WI上显示为高信号而在增强T1WI上无强化的肿瘤周围区域，约肿瘤周围的2cm左右的区域,目前人体研究,1,H-MRS的ROI为1-8ml,Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,相对定量,不同化合物可根据其MRS共振峰位置不同加以区别,MRS共振峰面积与共振核数目成正比，反映了化合物的浓度,测定绝对浓度会受到许多问题的困扰，如检查条件的不同、共振峰的重叠、涡流导致峰宽增宽等,普遍采用的是两种代谢物波峰下面积的比值，即相对定量的方法来代表代谢物的相对浓度,相对定量的方法有利于自我调整成像仪、定位方法的差异和增益的不稳定性，减少部分容积效应,Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,二 各种代谢物,目前在大多数颅内肿瘤,1,H-MRS表现为以下多种代谢物的局部脑组织中的浓度变化,N-,乙酰天门冬氨酸,(N-,aminosuccinic,acid,，,NAA),胆碱,(,choline,，,Cho),肌酸,(,creatine,，,Cr),乳酸,(lactic acid,，,Lac),脂质,(lipid,，,Lip),丙氨酸,(,alanine,，,Ala),肌醇,(,myo-inosito,，,MI),谷氨酸复合物,(glutamine,，,Glk,),Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,1,H-MRS检测颅脑肿瘤的各种代谢物,Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,N-乙酰天门冬氨酸(N-aminosuccinic acid，NAA),NAA存在于哺乳动物神经元内，被公认是神经元的内标志物(endogenous marker),NAA含量多少可反映神经元的功能状况及脑神经元细胞的完整性，它的降低与神经元缺失及其轴突损伤有关,波谱位于处，在正常,1,H-MRS中是最高的峰,Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,N-乙酰天门冬氨酸(NAA)变化意义,NAA的减少提示正常神经元被破坏和/或被肿瘤细胞替代所致，其减少可能是一个渐进的过程,NAA在肿瘤中心比肿瘤周围下降更明显，高级别胶质瘤下降更多,Canavan病是唯一NAA浓度增高的疾病,Canavan病,亦称中枢神经海绵样变性，是一种罕见的常染色体隐性遗传病，致病基因定位于17p13-pter。病理特点为中枢神经海绵样变性。生化特点为天冬氨酸酰基转移酶缺陷导致脑内NAA堆积和尿NAA增多。MRS显示脑内NAA波升高可作为确诊本病的依据,Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,胆碱(choline，Cho),Cho主要存在于细胞膜上，是细胞膜磷脂代谢的中间产物，包括胆碱、磷酸甘油胆碱、磷酸胆碱和磷脂酰胆碱，反映脑内总的胆碱量,Cho与肿瘤转移和细胞的生长活性相关，浓度升高反映肿瘤细胞膜结构增加，细胞增殖，胶质增生,Cho的波谱位于处,Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,胆碱(Cho)变化意义,Cho在肿瘤边缘增加比中心高，实体部分比囊性部分高,Cho与胶质瘤级别有很好相关性。肿瘤的恶性程度越高，生长越快，细胞分裂增殖越活跃，具有越高的Cho值,Tedeschi等在随访的脑胶质瘤患者中，病情进展病例的Cho升高率45%，而病情稳定病例Cho升高率2.30,1.35,2时，患者1年生存率为20%，而Lac/NAA值2时，患者1年生存率为85%,Rabinov等以Cho/Cr比值作为诊断指标，认为此值即可诊断胶质瘤复发，则考虑为治疗后改变,Zeng等把或/(和作为区分复发和坏死的标准,Cho明显增高及合并Lac、NAA、Cr的异常，提示胶质,细胞瘤治疗后复发；治疗后Cho下降或保持稳定者，,则肿瘤生长受到抑制,胶质瘤放疗3个月后,MRS,见依旧明显增高,Cho,峰、下降的,Cr,峰,表明肿瘤细胞仍存在,对应右侧额叶,MRS,Cr,Cr,Cho,Cho,NNA,级星形细胞瘤术后及放疗后1年,MRS,见,NNA,、,Cho,、,Cr,峰均消失,无复发迹象,对应右侧额叶,MRS,Cr,Cho,NNA,级星形细胞瘤术后2年复发,MRI,提示原手术病灶未见明显异常,MRS,见,Cho,峰增高,提示复发,对应右侧额叶,MRS,Cr,Cho,NNA,Cho,NNA,Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,四 脑膜瘤的,1,H-MRS的表现,脑膜瘤的,1,H-MRS表现,脑膜瘤无神经元，故理论上无,NAA,峰,胆碱,(Cho),升高,出现特征性丙氨酸,(Ala),峰,可出现谷氨酸,(Glx),峰,强化区域外没有病理性波谱,Lip,峰出现提示恶性脑膜瘤可能,-有时可见较低的峰，原因是肿瘤侵犯正常脑组织或部分容积效应所致,-各型脑膜瘤中没有显著性差异,Cho,Cr2,Cr,Ala,NNA,-对肿瘤细胞具有化学抵抗作用,-并非所有脑膜瘤均会出现,-非侵袭性肿瘤的特征,左额顶脑膜瘤,NAA,消失,Cho,升高,出现丙氨酸,Ala,峰,瘤周的,MRS,表现,Cho,Cho,NAA,Cr,Cr,Ala,左枕叶脑膜瘤,NAA,下降至消失,Cho,明显升高,Cr,明显下降,出现丙氨酸,Ala,峰,瘤周的,MRS,表现,Cho,Cho,NAA,Cr,Cr,Ala,NAA,右颞叶脑膜瘤,Cho,Cr,Cr2,NNA,周边区接近正常,实质区,NAA,峰消失,Cho,峰明显增高,可见特征性的丙氨酸,Ala,峰,Cho,Ala,Cr2,NNA,右额顶部镰旁纤维细胞型脑膜瘤,实质区,NAA,峰消失,Cho,峰增高,可见丙氨酸,Ala,、,乳酸,Lac,、脂质,Lip,、,谷氨酸,GLX,、,峰,Cho,GLx,GLx,Ala,Lip,Lac,GLx,Lac,水肿区,亦可见,GLx,、,Lac,峰,恶性脑膜瘤MRS表现,Cho,GLx,GLx,Ala,水肿区,可见谷氨酸,GLx,峰,可见丙氨酸,Ala,峰,Cho,Lip,GLx,GLx,坏死区,脂质,Lip,为第一高峰,Cho,NNA,Cr,对侧正常区,未见,NAA,峰显示,Cho,峰升高,谷氨酸,GLx,峰呈梯状,谷氨酸,Glx,峰较显著,可见丙氨酸,Ala,峰,可见乳酸,Lac/,脂质,Lip,峰,Cho,GLx,GLx,Ala,Lip,瘤体区,脑膜瘤术后复发的MRS表现,肿瘤复发时，由于进行性生长肿瘤的边缘巨噬细胞吞噬不移动的脑脂质和坏死肿瘤细胞分解代谢，脂质,Lip,明显增加,肿瘤复发常继发正常血管网的破坏，乳酸,Lac,含量增加,Cho/Cr,比值在残留和复发的肿瘤中明显高于术后反应性损伤区,Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,五 转移瘤的,1,H-MRS的表现,转移瘤的,1,H-MRS表现,转移瘤特点：NAA消失，Cho明显增高，Cr下降，Cho/Cr比值升高，可出现乳酸Lac峰和脂质Lip峰,转移瘤和胶质瘤瘤体强化部分各代谢物比值相似,瘤周Cho/Cr比值是鉴别胶质瘤和转移瘤的重要手段；转移瘤强化之外区域没有病理性波谱,两种肿瘤瘤周区病理上是不一样的：胶质瘤周围有肿瘤细胞的散在浸润，转移瘤瘤周无肿瘤细胞存在,胶质瘤与脑转移瘤瘤周特点的鉴别,Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,分类,胆碱,Cho峰,肌酸,Cr峰,肌醇,MI峰,脂质,Lip峰,Cho/Cr值,瘤周波谱形态,胶质瘤,明显,升高,轻度,下降,可见,7.04,8.18,2.28,1.24,较大的Cho峰,转移瘤,与正常,相似,明显,下降,无,9.60,8.03,0.76,0.23,与正常相似,转移瘤不同部位的MRS比较,图,对侧正常区,肿瘤周围区,与正常波谱相似,肿瘤强化区,NAA,降低,Cho,升高,Cho,Cr,Cho,Cr,Cho,Cr,NNA,NNA,NNA,ROI选择,肿瘤强化区,肿瘤周围区,对侧正常区,右额叶脑转移瘤,Cho,明显升高,NAA,明显降低,Cr,明显下降,对侧正常,MRS,Cho,NAA,Cr,Lip,Cho,ROI选择,在增强部分及对,侧正常脑实质部,分选取感兴趣区,Cr,NAA,左顶叶脑转移瘤,Cho,峰略降低,NAA,及,Cr,峰显示不清,出现明显的脂质,Lip,峰,对侧正常,MRS,Cho,NAA,Cr,Lip,Cho,ROI选择,在增强部分及对,侧正常脑实质部,分选取感兴趣区,左枕叶转移瘤,NAA,峰显著降低,Cr,峰显著降低,Cho,峰明显增高,可见脂质,Lip,峰,周边水肿区,MRS,与正常,MRS,无显著区别,Cho,NAA,Cr,Lip,Cho,ROI选择,在肿瘤实质区,和周边水肿区,Cr2,NAA,Cr,Cr2,转移瘤MRS的乳酸Lac和脂质Lip峰,主要表现为向下的乳酸,Lac,双峰,降低非常明显的,Cr,峰和,NAA,峰,可见见高尖的脂质,Lip,峰,NAA,Cr,Cho,峰均减低,Lac,Lip,Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,六 淋巴瘤的,1,H-MRS的表现,淋巴瘤的,1,H-MRS表现,中枢神经系统淋巴瘤特点：NAA几乎完全丧失，Cr降低，Cho和乳酸Lac升高明显，脂质Lip峰出现，肌醇MI表现正常,明显升高的脂质Lip峰是原发性中枢神经系统淋巴瘤特征表现,与胶质瘤类似，在,增强区域以外仍可,测得病理波谱,Cr2,Cho,Cr,NAA,Lip,右额叶淋巴瘤,Cho,NAA,Cr,Lip,NAA,及,Cr,明显消失,Cho,明显升高,出现特征的脂质,Lip,峰,双侧额叶B细胞型淋巴瘤,ROI选择,1、2选择在增强区；3选择在瘤周区；4选择在正常区,双侧额叶B细胞型淋巴瘤,强化区可见,NAA,峰降低,Cho,峰升高,脂质,Lip,峰出现,瘤周区,近于正常,Cho,NAA,Cr,Lip,Cho,Cho,Cho,Cr,Cr,Cr,NAA,NAA,NAA,Lip,正常区,瘤周区,肿瘤强化区,右侧额叶深部B细胞型淋巴瘤,ROI选择,1、2选择在增强区；3选择在瘤周区；4选择在正常区,双侧额叶B细胞型淋巴瘤,强化区可见,NAA,峰及,Cr,峰,明显降低,Cho,峰升高,Lip,峰出现,瘤周区,近于正常,Cho,NAA,Lip,Cho,Cho,Cho,Cr,Cr,NAA,NAA,Lip,肿瘤强化区,正常区,瘤周区,双侧额叶及胼胝体淋巴瘤,Lip,出现特征的脂质,Lip,峰,Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,颅内其它病变的,1,H-MRS,表现,颅内部分肿瘤的MRS表现,大脑胶质瘤病,：,显著升高的Cr，NAA降低，Cho中度升高,颅神经瘤,：,脑外肿瘤的表现，即NAA消失，Cho升高，有时可检测到乳酸Lac，但不出现丙氨酸Ala(与脑膜瘤鉴别),表皮样囊肿,：,其特征为Lac峰及1ppm不明确的波峰。用此特征可区别于蛛网膜囊肿（波谱仅有极低的Lac峰）以及穿通性囊肿（没有可辨认的波谱）,颅咽管瘤,：,在处可见明显高的波峰，代表脂质Lip及胆固醇,颅内部分非肿瘤病变的MRS表现,颞叶癫痫,：,NAA峰降低，Cho和Cr增加。根据双侧NAA/(Cho+Cr)比值的差可以判断患侧,放射性脑坏死,：,NAA/Cr比值升高而Cho/Cr比值无变化；Lip峰增高、Cho下降或出现一平坦的曲线,痴呆,：,颞叶区的NAA峰值比正常人降低15%，而在大脑其他区域则降低10%。整个大脑区域，肌醇MI升高15%，乳酸Lac无变化,早期缺血性脑卒中,：,MRS可见缺血区乳酸Lac峰,1,H-MRS,能无创性获得脑肿瘤的生化信息，有助于脑肿瘤的鉴别诊断和胶质瘤的组织学分级,1,H-MRS,检查可受到多种因素的影响：如检测中患者运动、病灶中的血红蛋白、钙化、大面积的出血等,1,H-MRS,还有些问题需要解决：如各类肿瘤波谱间存在一定的重叠；有时出现不易解释的波峰；单体素,1H-MRS,的可重复性较低等,讨 论,Department of Neurosurgery,Peking University Peoples Hospital,谢谢,谢谢观赏,