MRS在神经系统疾病研究中的应用ppt课件VIP

MRS在神经系统疾病研究中的应用 1 主要内容 MRS简 介及分 类 MRS几种代 谢 物的意 义 在神 经 系 统 疾病中的研究 现 状 癫痫 脑肿 瘤（胶 质 瘤、 脑 膜瘤、 转 移瘤） 脑 缺血和 脑 梗死 炎症 鉴别诊 断 阿 尔 茨海默病 帕金森氏病 多 发 性硬化 MRS存在 问题 2 磁共振波谱 (magnetic resonance spectroscopy， MRS) 是一种利用核磁共振 现 象和化学 位移作用 进 行一系列特定原子核及其化 合物分析的方法，能 检测 活体 组织 器官 能量代 谢 、生化改 变 的一种无 创 性技 术 。随着高 场 强 、高性能 设备 的 问 世，其 灵敏度不断提高，近 10余年来已逐 渐 地 应 用于神 经 系 统 疾病的基 础 研究和 临 床 应 用中。 3 MRS分类 根据 检测 体素分 类 ： 1 单体素质子谱（ single voxel MRS） 选择 性采集一个感 兴 趣区体素的 谱线 2 多体素 质 子 谱 （ multi voxel MRS） 在一次数据采集中 获 得感 兴 趣区中多个体素的 谱线 ，可以同 时 反 映多个部位代 谢 物的空 间 分布。采集的多体素 频谱 可 组 成 图 像， 通 过计 算机 处 理，也可 显 示 单 一代 谢 物的分布 图 像，故多体素 MRS常常又称 为 磁共振 频谱 成像（ magnetic resonance spectroscopy imaging， MRSI）或磁共振化学位移成像（ MR chemical shift imaging）。 3 MRS三 维 波 谱 三 维 MRS可直接 进 行三 维 数据采集 ,也可先行多 层 面 MRS采集 ,然 后 再重建三 维 MRS,后者可以 进 行任意角度重建 ,便于 临 床医生 观 察 , 有良好的 临 床 应 用前景。 4 MRS 测 定的原子核有 1H、 31P、 13C和 19F等。 由于 1H在人体内含量最 为 丰富，所以磁共振 氢频谱 （ 1H MRS）的 应 用最 为 广泛，也是活体 MRS中 检测 灵 敏度最高的。它能 够 同 时检测 到多种代 谢 物，如 N 乙 酰 天冬氨酸、胆碱化合物、 乳酸、 肌酸、 肌醇、 谷氨酸和谷氨 酰 胺复合物，此外 还 可以 测 定氨基丁酸 、葡萄糖、乙醇和 酮 体等。 5 氮乙 酰 天 门 冬氨酸 (N acetylaspartate， NAA):共振 峰位于 2.02ppm处 ,主要存在于神 经 元及其 轴 索 ,是神 经 元的 标 志物， NAA含量降低 ,反映神 经 元 丢 失或能量 代 谢 障碍 ; 乙 酰 胆碱 (choline， Cho):共振峰位于 3.2ppm处 ,其与 细 胞膜磷脂分解和合成有关 ,参与 细 胞膜的构成 。 Cho 峰增高提示 细 胞分裂增 值 活 跃 ,以及 细 胞膜代 谢 异常增 高 。 肌酸和磷酸肌酸 (cre atine and phosphocreatine， Cr+PCr):Cr共振峰 见 于 3.0和 3194ppm,作 为 高能磷酸 盐 的 储备 形式和 ADP及 ATP的 缓 冲 剂 ; - 氨基丁酸 ( aminobutyric acid， GABA) 是中枢神 经 系 统 中的一种主要抑制性神 经递质 ，具有抗 伤 害作 用。 6 谷氨 酰 胺和谷氨酸复合物 ： 是 兴奋 毒性作用的 神 经递质 。 肌醇 (myo inositol,MI):MI共振峰主要位于 3.56和 3165ppm处 ，具有 调节 渗透 压 ， 营 养 细 胞，抗氧化作用及生成表面活性物 质 。 乳酸 (lactate,Lac):共振峰位于 1.3和 4.1ppm， 是无氧酵解的 产 物， 见 于 脑 缺血缺氧等病理状 态 。因此，其 检 出 对 缺血缺氧疾病的 诊 断和 治 疗 有非常重要的意 义 。 7 癫痫诊断 MRS检查发现颞 叶 癫痫 病灶 侧颞 叶 NAA峰减低 .Cr和 Cho峰升高 ,MRS的定位 诊 断与 EEG和 PET结 果有很高 的一致性 .由于 实际 操作中 Cr和 Cho峰 难 以完全分开 , 国内外均以 NAA/(Cr+Cho)比 值 作 为颞 叶 癫痫 定量 诊 断指 标 ,该值 降低被 认为 是定量 诊 断最敏感的指 标 之 一 .此外 ,有 资 料 显 示 NAA降低与 癫痫发 作 频 率密切相 关 ,切除 癫痫 病灶后 ,NAA水平 还 可恢复至正常甚至更 高水平 .所以 MRS还 可用于 监测 抗 癫痫药 物 疗 效。 8 图 BI倾斜冠状重度 T2加权像，未见明显器质性病变，分别 在其双侧海马区设置 VOI(右侧为 VOI1，左侧为 VOI2 )， 图 B2分别显示 VOII, V012谱线，可见右侧海马区 NAA峰值含量降低。 图 B3为以 NAA信号强度为灰阶的伪彩图与倾斜冠状重度 T2加权像融合像，双侧海马区直接观察未见明显差异。 图 B4为以 Cho/NAA信号强度比值为灰阶的伪彩图与倾斜冠状重度 T2加权像融合像，右侧海马区可见明显增高， 增高范围较明确，与 EEG检查结果吻合 9 胶质瘤 胶 质 瘤是最常 见 的 脑 内 肿 瘤 ,其 MRS表 现为 NAA峰降低 ,Cho峰升高 ,NAA/Cr和 NAA/Cho比 值 降低 ,Cho/Cr比 值 升高 ,部分病例在 1.3ppm处 可 见 向上的脂 质 (Lipids,Lip) 峰或倒置的 Lac峰 .Ttmiya等 发现 级 星型 细 胞瘤的 Cho/Cr比 值 低于 级 和 级 星型 细 胞瘤 ,认为 Cho/Cr比 值 升高与 肿 瘤 组织 学分 级 程度呈正相关 ,提示 该 指 标 有 鉴别诊 断价 值 。 Kumar等提出 NAA减低是神 经 元 丢 失 的 结 果 ,NAA/Cho越低 ， 神 经 元破坏得就越 严 重 。 研究 发现 Cho/Cr和 NAA/Cho在低 级 和高 级 胶 质 瘤中的敏感 度分 别为 73%和 86%,特异度分 别为 94%和 96%。 10 11 12 脑膜瘤 脑 膜瘤 MRS成像在 脑 膜瘤良 恶 性分 级 中具有重要 价 值 。 Ala峰的出 现对 于 脑 膜瘤 诊 断具有重要意 义 ,而 1.3ppm处 Lip的出 现 提示 恶 性 脑 膜瘤 诊 断 ; 瘤周水 肿 区 Cho峰升高提示 恶 性 脑 膜瘤存在瘤周 浸 润 。 13 Although the diagnosis of meningioma is easily done by means of magnetic Resonance imaging, proton magnetic resonance spectroscopy may be useful in atypical cases. In such tumors there is a pronounced rise in choline levels, associated with absence or considerable reduction of N- acetylaspartate. Presence of an alanine peak can confirm the diagnosis。 14 15 脑转移瘤 脑转 移瘤的原 发肿 瘤来原于 脑 外其它 组织 ,肿 瘤内部无 神 经 元存在 ,其 MRS表 现为 Cho显 著升高 ,Cr减少或消失 Cho/Cr比 值 升高 ,无 NAA峰 ,可出 现 Lac峰和 Lip峰 ,这 与 肿 瘤 细 胞增殖旺盛和有 丝 分裂增加 导 致 细 胞膜代 谢 异 常增高、能量耗竭、糖无氧酵解增加有关。 Sijens等通 过 与 MRI对 比研究 发现 ,尽管 1H MRS不能 识 别转 移瘤的来源 ,却能区分常 规 影像不能 鉴别 的孤立 转 移灶 ,并可 对转 移瘤 进 行分期 ;早期 转 移瘤只含有 Cho峰 , 中期 转 移瘤含有 Lip峰和略高的 Cho峰 ,晚期 转 移瘤含有 Lac峰和低的 Cho峰。 16 Cho/Cr可用于 肿 瘤的 鉴别诊 断 ,Cho/Cr大于 2.48 时诊 断 转 移瘤和胶 质 母 细 胞瘤的正确率分 别为 88.9%和 60.0%,当 Cho/Cr小于 2.48时诊 断放射性 坏死和 脑 梗死的正确率分 别为 71.4%和 100%.对 于 转 移瘤和胶 质 母 细 胞瘤的 进 一步 鉴别 ,73.7%转 移瘤存在 Lip峰 ,NAA峰缺失 ,而在胶 质 母 细 胞瘤中 仅 有 10.0%. Ala峰增高被 认为 是 脑 膜瘤的特征性 波峰 ,神 经 鞘瘤 /转 移瘤 MRS中无 Ala或 Glx峰 ,神 经 鞘瘤出 现 Mi峰升高 ,以此可以区分 脑 膜瘤 ,神 经 鞘 瘤 ,转 移瘤 . 环形强化的各种脑内病变的鉴别 17 其他类型脑肿瘤 目前 ,对 其他 脑肿 瘤 MRS的文献 报 道 较 少 ,已 知 转 移瘤、淋巴瘤和 结 核瘤的 Lip峰增高 ,但 是淋巴瘤 Lac峰相 对 更明 显 ,结 核瘤的 Cho峰 不高。 18 脑梗死和脑缺血的诊断 脑 梗死病灶 发 生以下代 谢 改 变 :在常 规 MRI未 见 异常改 变时 ,MRS即能早期 发现 Lac峰 ,对发 病 24h梗死区在 T2WI上呈高信 号者 ,MRS出 现 Lac峰的范 围 常大于 T2WI的病灶范 围 ,并且梗死 区中央 Lac水平高于周 边 ,大 脑 中 动 脉阻塞所致梗死区的 Lac水 平高于其他部位的 脑 梗死灶 ,脑 梗死病灶一旦出 现 通常在 Lac峰 出 现 后 ,脑 梗死病灶才有 NAA峰下降 ,大 脑 中 动 脉区 脑 梗死的 NAA降低 显 著重于其他部位的 脑 梗死灶 ,Lac峰水平最高的部位 一般就是 NAA降低最 严 重的部位 ;Cr和 Cho峰的改 变 不如 Lac和 NAA那 样 恒定 ,而且文献 报 道尚无 统 一意 见 。 19 Giroud等 对 短 暂 性 脑 缺血 发 作 (transient ischemic attack,TIA)进 行 MRS研究 ,在 TIA发 作后的 3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 ,而 Lac峰升 高 ,提示 脑 局部低灌注可能 导 致乳酸 浓 度升高 ,预 示 该 区是可能 发 展成 脑 梗死的高危区域。 20 21 脑肿瘤与急性脑梗死鉴别诊断 部分早期 脑 梗死伴重度占位效 应 ,MRI表 现 与 脑肿 瘤 类 似 ,应 用 MRS可区分 肿 瘤与急性 脑 梗死。梗 死病灶的 Cho/Cr正常 ,发 病 24h内 Lac峰明 显 升高 , 提示 脑 缺血。 22 炎症 The main application of proton magnetic resonance spectroscopy in inflammatory and infectious processes is the establishment of differential diagnoses between these processes and brain tumors.In focal inflammatory processes in patients with acquired immunodeficiency syndrome(aids), such as toxoplasmosis ,tuberculosis or cryptococcosis, proton spectroscopy shows a broad lipid peak and occasionally a lactate peak, with a decrease or absence of N-acetyl aspartate and slight increase of choline.In pyogenic abscesses, N-acetyl aspartate,creatine and choline peaks are not detected and the spectroscopic curve presents amino acid peaks, especially succinate, acetate and cytosolic peaks, due to the great quantity of hydrolytic enzymes produced by bacteria, which results in elevated concentrations of proteins and amino acids. 23 24 阿尔茨海默病的诊断 诊 断通常根据典型的 临 床特点，但确 诊 只能在 死后尸解。 显 微 镜 下被 证实 有 细 胞 损 失、广 泛分布的异常淀粉状蛋白的沉 积 物所形成疏散 的小的退化淀粉 样 斑和由 组 成 脑细 胞的正常 杆状蛋白 质 混乱地 缠结 起来的原 纤维缠结 . 25 阿 尔 茨海默病 (Alzheimer.sdisease,AD)患者的 NAA水平 在海 马 、 颞 叶、 额 叶、枕叶及 脑 白 质 均明 显 降低。 Kantarci等 对 AD枕叶皮 质进 行 MRS检查 ,结 果 发 MI/NAA 可作 为 AD与正常 脑 老化和其他 类 型痴呆的 鉴别诊 断指 标 ,NAA减少和 MI升高可能与患者 认 知功能减退程度相关 。 26 Block等研究 发现许 多 AD患者的 NAA水平下降 ,mI升高 ; Dixon等研究 发现 AD患者 左 侧 海 马 NAA水平 显 著降低 。 Insausti等 认为 如果 MRI同 时显 示海 马 体 积 萎 缩 ,则对 AD诊 断具有 显 著性意 义 。 且作者同 时 指出海 马 NAA水平 显 著降低与个体 认 知能 力 损伤 密切相关 。 Kantarci等 应 用 1H-MRS对 比研究 AD老年 轻 度 认 知 损 害 (MCI)和正 常人 ,认为 AD发 病早期即出 现 mI/Cr的升高 ,并推 测这 与神 经 炎造成 的星形胶 质细 胞和小胶 质细 胞增生有关 ,病 变继续发 展会 导 致 DNA 水平下降 ,由于上述改 变 在三者 间 有 较 大重叠 ,其 诊 断价 值 有待于 进 一步研究 . Marjanska等用 1H2MRS监测 B前体蛋白 早老素 联 合 转 基因 (APP PS1)鼠 -B前体蛋白 -早老素 -联 合 转 基因 (APP2PS2)鼠野生鼠 模型 发现 NAA/tCr,Glu/tCr水平随年 龄 增 长 均有所降低 . NAA水平的降低被公 认为 是 AD患者病理及病情 进 展的一个 预测值 , 因此 认为 NAA、 Glu的 1H MRS观测结 果同 AD患者 实际 病情吻合 , 可以作 为监测 AD患者病情 进 程的一个重要指 标 。 27 2