课件：MRS在神经系统疾病研究中的应用.pptVIP

MRSMRS在神经系统疾病研究中的应用在神经系统疾病研究中的应用 主要内容主要内容 磁共振波谱磁共振波谱 (magnetic (magnetic resonance spectroscopyresonance spectroscopy，MRS)MRS) 是一种利用核磁共振现象和化学位移作用进是一种利用核磁共振现象和化学位移作用进是一种利用核磁共振现象和化学位移作用进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，能检行一系列特定原子核及其化合物分析的方法，能检行一系列特定原子核及其化合物分析的方法，能检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测活体组织器官能量代谢、生化改变的一种无创性测活体组织器官能量代谢、生化改变的一种无创性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，其灵敏度技术。随着高场强、高性能设备的问世，其灵敏度技术。随着高场强、高性能设备的问世，其灵敏度技术。随着高场强、高性能设备的问世，其灵敏度 不断提高，近不断提高，近不断提高，近不断提高，近 1010余年来已逐渐地应用于神经系统疾余年来已逐渐地应用于神经系统疾余年来已逐渐地应用于神经系统疾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。病的基础研究和临床应用中。病的基础研究和临床应用中。病的基础研究和临床应用中。 MRSMRS分类分类 根据检测体素分类：根据检测体素分类：根据检测体素分类：根据检测体素分类： 1 1 单体素质子谱（单体素质子谱（单体素质子谱（单体素质子谱（ singlesinglevoxel MRSvoxel MRS） 选择性采集一个感兴趣区体素的谱线选择性采集一个感兴趣区体素的谱线选择性采集一个感兴趣区体素的谱线选择性采集一个感兴趣区体素的谱线 2 2 多体素质子谱（多体素质子谱（多体素质子谱（多体素质子谱（ multimultivoxel MRSvoxel MRS） 在一次数据采集中获得感兴趣区中多个体素的谱线，在一次数据采集中获得感兴趣区中多个体素的谱线，在一次数据采集中获得感兴趣区中多个体素的谱线，在一次数据采集中获得感兴趣区中多个体素的谱线， 可以同时反可以同时反可以同时反可以同时反 映多个部位代谢物的空间分布。采集的多体素频谱可映多个部位代谢物的空间分布。采集的多体素频谱可映多个部位代谢物的空间分布。采集的多体素频谱可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，组成图像，组成图像，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，通过计算机处理，也可显示单一代谢物的分布图像，通过计算机处理，也可显示单一代谢物的分布图像，通过计算机处理，也可显示单一代谢物的分布图像， 故多体素故多体素故多体素故多体素 MRS MRS常常又称为磁共振频谱成像（常常又称为磁共振频谱成像（常常又称为磁共振频谱成像（常常又称为磁共振频谱成像（magnetic magnetic resonance resonance spectroscopy imaging spectroscopy imaging，MRSIMRSI）或磁共振化学位移成）或磁共振化学位移成）或磁共振化学位移成）或磁共振化学位移成 像（像（像（像（ MRMR chemical shift imaging chemical shift imaging）。）。）。）。 3 MRS3 MRS三维波谱三维波谱三维波谱三维波谱 三维三维三维三维 MRSMRS可直接进行三维数据采集可直接进行三维数据采集可直接进行三维数据采集可直接进行三维数据采集, ,也可先行多层面也可先行多层面也可先行多层面也可先行多层面 MRSMRS采集采集采集采集 , ,然后然后然后然后 再重建三维再重建三维再重建三维再重建三维 MRS,MRS,后者可以进行任意角度重建后者可以进行任意角度重建后者可以进行任意角度重建后者可以进行任意角度重建, ,便于临便于临便于临便于临 床医生观察床医生观察床医生观察床医生观察 , , 有良好的临床应用前景。有良好的临床应用前景。有良好的临床应用前景。有良好的临床应用前景。 MRS MRS 测定的原子核有测定的原子核有测定的原子核有测定的原子核有 1H1H、31P31P、13C13C和和和和19F19F等。等。等。等。 由由由由 于于于于1H1H在人体内含量最为丰富，所以磁共振氢频谱（在人体内含量最为丰富，所以磁共振氢频谱（在人体内含量最为丰富，所以磁共振氢频谱（在人体内含量最为丰富，所以磁共振氢频谱（ 1H1HMRSMRS）的应用最为广泛，也是活体）的应用最为广泛，也是活体）的应用最为广泛，也是活体）的应用最为广泛，也是活体MRSMRS中检测中检测中检测中检测 灵敏度最高的。它能够同时检测到多种代谢物，如灵敏度最高的。它能够同时检测到多种代谢物，如灵敏度最高的。它能够同时检测到多种代谢物，如灵敏度最高的。它能够同时检测到多种代谢物，如 N N乙酰天冬氨酸、胆碱化合物、乙酰天冬氨酸、胆碱化合物、乙酰天冬氨酸、胆碱化合物、乙酰天冬氨酸、胆碱化合物、 乳酸、乳酸、乳酸、乳酸、 肌酸、肌酸、肌酸、肌酸、 肌肌肌肌 醇、谷氨酸和谷氨酰胺复合物，此外还可以测定氨醇、谷氨酸和谷氨酰胺复合物，此外还可以测定氨醇、谷氨酸和谷氨酰胺复合物，此外还可以测定氨醇、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。基丁酸、葡萄糖、乙醇和酮体等。基丁酸、葡萄糖、乙醇和酮体等。基丁酸、葡萄糖、乙醇和酮体等。 癫痫诊断癫痫诊断 MRS MRS检查发现颞叶癫痫病灶侧颞叶检查发现颞叶癫痫病灶侧颞叶检查发现颞叶癫痫病灶侧颞叶检查发现颞叶癫痫病灶侧颞叶NAANAA峰减低峰减低峰减低峰减低 .Cr.Cr和和和和ChoCho峰升峰升峰升峰升 高高高高,MRS,MRS的定位诊断与的定位诊断与的定位诊断与的定位诊断与 EEGEEG和和和和PETPET结果有很高的一致性结果有很高的一致性结果有很高的一致性结果有很高的一致性. .由于由于由于由于 实际操作中实际操作中实际操作中实际操作中 CrCr和和和和ChoCho峰难以完全分开峰难以完全分开峰难以完全分开峰难以完全分开 , ,国内外均以国内外均以国内外均以国内外均以 NAA/(Cr+Cho)NAA/(Cr+Cho)比值作为颞叶癫痫定量诊断指标比值作为颞叶癫痫定量诊断指标比值作为颞叶癫痫定量诊断指标比值作为颞叶癫痫定量诊断指标, ,该值降低被该值降低被该值降低被该值降低被 认为是定量诊断最敏感的指标之一认为是定量诊断最敏感的指标之一认为是定量诊断最敏感的指标之一认为是定量诊断最敏感的指标之一. .此外此外此外此外 , ,有资料显示有资料显示有资料显示有资料显示 NAANAA降降降降 低与癫痫发作频率密切相关低与癫痫发作频率密切相关低与癫痫发作频率密切相关低与癫痫发作频率密切相关, ,切除癫痫病灶后切除癫痫病灶后切除癫痫病灶后切除癫痫病灶后 ,NAA,NAA水平还可水平还可水平还可水平还可 恢复至正常甚至更高水平恢复至正常甚至更高水平恢复至正常甚至更高水平恢复至正常甚至更高水平. .所以所以所以所以 MRSMRS还可用于监测抗癫痫药还可用于监测抗癫痫药还可用于监测抗癫痫药还可用于监测抗癫痫药 物疗效。物疗效。物疗效。物疗效。 图图BI倾斜冠状重度倾斜冠状重度 T2加权像，未加权像，未 见明显器质性病变，分别在其双见明显器质性病变，分别在其双 侧海马区设置侧海马区设置 VOI(右侧为右侧为 VOI1， 左侧为左侧为 VOI2 )， 图图B2分别显示分别显示 VOII, V012谱线，谱线， 可见右侧海马区可见右侧海马区 NAA峰值含量降低。峰值含量降低。 图图B3为以为以 NAA信号强度为灰阶信号强度为灰阶 的伪彩图与倾斜冠状重度的伪彩图与倾斜冠状重度T2加加 权像融合像，双侧海马区直接权像融合像，双侧海马区直接 观察未见明显差异。观察未见明显差异。 图图B4为以为以 Cho/NAA信号强度比信号强度比 值为灰阶的伪彩图与倾斜冠状值为灰阶的伪彩图与倾斜冠状 重度重度 T2加权像融合像，右侧海加权像融合像，右侧海 马区可见明显增高，增高范围马区可见明显增高，增高范围 较明确，与较明确，与 EEG检查结果吻合检查结果吻合 胶质瘤胶质瘤 胶质瘤是最常见的脑内肿瘤胶质瘤是最常见的脑内肿瘤,其其MRS表现为表现为 NAA峰降低峰降低 ,Cho峰升高峰升高 ,NAA/Cr和和NAA/Cho比值降低比值降低 ,Cho/Cr比值比值 升高升高 ,部分病例在部分病例在 1.3ppm处可见向上的脂质处可见向上的脂质(Lipids,Lip) 峰或倒置的峰或倒置的 Lac峰峰.Ttmiya等发现等发现 级星型细胞瘤的级星型细胞瘤的 Cho/Cr比值低于比值低于 级和级和 级星型细胞瘤级星型细胞瘤 ,认为认为 Cho/Cr比比 值升高与肿瘤组织学分级程度呈正相关值升高与肿瘤组织学分级程度呈正相关,提示该指标有提示该指标有 鉴别诊断价值鉴别诊断价值 。Kumar等提出等提出 NAA减低是神经元丢失减低是神经元丢失 的结果的结果 ,NAA/Cho越低越低 ，神经元破坏得就越严重神经元破坏得就越严重。研究研究 发现发现 Cho/Cr和和NAA/Cho在低级和高级胶质瘤中的敏感在低级和高级胶质瘤中的敏感 度分别为度分别为 73%和和86%,特异度分别为特异度分别为 94%和和96%。 脑膜瘤脑膜瘤 脑膜瘤脑膜瘤脑膜瘤脑膜瘤 MRSMRS成像在脑膜瘤良恶性分级中具有重要成像在脑膜瘤良恶性分级中具有重要成像在脑膜瘤良恶性分级中具有重要成像在脑膜瘤良恶性分级中具有重要 价值。价值。价值。价值。 AlaAla峰的出现对于脑膜瘤诊断具有重要意峰的出现对于脑膜瘤诊断具有重要意峰的出现对于脑膜瘤诊断具有重要意峰的出现对于脑膜瘤诊断具有重要意 义义义义, ,而而而而1.3ppm1.3ppm处处处处LipLip的出现提示恶性脑膜瘤诊断的出现提示恶性脑膜瘤诊断的出现提示恶性脑膜瘤诊断的出现提示恶性脑膜瘤诊断 ; ; 瘤周水肿区瘤周水肿区瘤周水肿区瘤周水肿区 ChoCho峰升高提示恶性脑膜瘤存在瘤周峰升高提示恶性脑膜瘤存在瘤周峰升高提示恶性脑膜瘤存在瘤周峰升高提示恶性脑膜瘤存在瘤周 浸润。浸润。浸润。浸润。 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。 脑转移瘤脑转移瘤 脑转移瘤的原发肿瘤来原于脑外其它组织脑转移瘤的原发肿瘤来原于脑外其它组织脑转移瘤的原发肿瘤来原于脑外其它组织脑转移瘤的原发肿瘤来原于脑外其它组织, ,肿瘤内部肿瘤内部肿瘤内部肿瘤内部 无无无无 神经元存在神经元存在神经元存在神经元存在 , ,其其其其MRSMRS表现为表现为表现为表现为 ChoCho显著升高显著升高显著升高显著升高 ,Cr,Cr减少或消减少或消减少或消减少或消 失失失失 Cho/Cr Cho/Cr比值升高比值升高比值升高比值升高 , ,无无无无NAANAA峰峰峰峰, ,可出现可出现可出现可出现 LacLac峰和峰和峰和峰和 LipLip峰峰峰峰, ,这与这与这与这与 肿瘤细胞增殖旺盛和有丝分裂增加导致细胞膜代谢异肿瘤细胞增殖旺盛和有丝分裂增加导致细胞膜代谢异肿瘤细胞增殖旺盛和有丝分裂增加导致细胞膜代谢异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。常增高、能量耗竭、糖无氧酵解增加有关。常增高、能量耗竭、糖无氧酵解增加有关。常增高、能量耗竭、糖无氧酵解增加有关。 Sijens Sijens等通过与等通过与等通过与等通过与 MRIMRI对比研究发现对比研究发现对比研究发现对比研究发现 , ,尽管尽管尽管尽管 1H1HMRSMRS不能不能不能不能 识识识识 别转移瘤的来源别转移瘤的来源别转移瘤的来源别转移瘤的来源 , ,却能区分常规影像不能鉴别的孤立却能区分常规影像不能鉴别的孤立却能区分常规影像不能鉴别的孤立却能区分常规影像不能鉴别的孤立 转转转转 移灶移灶移灶移灶 , ,并可对转移瘤进行分期并可对转移瘤进行分期并可对转移瘤进行分期并可对转移瘤进行分期; ;早期转移瘤只含有早期转移瘤只含有早期转移瘤只含有早期转移瘤只含有ChoCho 峰峰峰峰, , 中期转移瘤含有中期转移瘤含有中期转移瘤含有中期转移瘤含有 LipLip峰和略高的峰和略高的峰和略高的峰和略高的 ChoCho峰峰峰峰, ,晚期转移瘤含晚期转移瘤含晚期转移瘤含晚期转移瘤含 有有有有 Lac Lac峰和低的峰和低的峰和低的峰和低的 ChoCho峰。峰。峰。峰。 Cho/Cr可用于肿瘤的鉴别诊断可用于肿瘤的鉴别诊断,Cho/Cr大于大于 2.48 时诊断转移瘤和胶质母细胞瘤的正确率分别为时诊断转移瘤和胶质母细胞瘤的正确率分别为 88.9%和和60.0%,当当Cho/Cr小于小于 2.48时诊断放射性时诊断放射性 坏死和脑梗死的正确率分别为坏死和脑梗死的正确率分别为71.4%和和100%.对对 于转移瘤和胶质母细胞瘤的进一步鉴别于转移瘤和胶质母细胞瘤的进一步鉴别,73.7% 转移瘤存在转移瘤存在 Lip峰峰,NAA峰缺失峰缺失 ,而在胶质母细胞而在胶质母细胞 瘤中仅有瘤中仅有 10.0%. Ala峰增高被认为是脑膜瘤的特峰增高被认为是脑膜瘤的特 征性波峰征性波峰 ,神经鞘瘤神经鞘瘤 /转移瘤转移瘤 MRS中无中无 Ala或或Glx峰峰, 神经鞘瘤出现神经鞘瘤出现 Mi峰升高峰升高 ,以此可以区分脑膜瘤以此可以区分脑膜瘤,神神 经鞘瘤经鞘瘤 ,转移瘤转移瘤 . 环形强化的各种脑内病变的鉴别环形强化的各种脑内病变的鉴别 其他类型脑肿瘤其他类型脑肿瘤 目前目前 ,对其他脑肿瘤对其他脑肿瘤 MRS的文献报道较少的文献报道较少 ,已知转移已知转移 瘤、淋巴瘤和结核瘤的瘤、淋巴瘤和结核瘤的Lip峰增高峰增高 ,但是淋巴瘤但是淋巴瘤 Lac 峰相对更明显峰相对更明显 ,结核瘤的结核瘤的 Cho峰不高。峰不高。 脑梗死和脑缺血的诊断脑梗死和脑缺血的诊断 脑梗死病灶发生以下代谢改变脑梗死病灶发生以下代谢改变:在常规在常规 MRI未见异常改变未见异常改变 时时,MRS即能早期发现即能早期发现 Lac峰峰,对发病对发病 24h梗死区在梗死区在 T2WI上呈高上呈高 信号者信号者 ,MRS出现出现 Lac峰的范围常大于峰的范围常大于 T2WI的病灶范围的病灶范围 ,并且梗并且梗 死区中央死区中央 Lac水平高于周边水平高于周边 ,大脑中动脉阻塞所致梗死区的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水平高于其他部位的脑梗死灶,脑梗死病灶一旦出现脑梗死病灶一旦出现通常通常 在在Lac峰出现后峰出现后 ,脑梗死病灶才有脑梗死病灶才有 NAA峰下降峰下降 ,大脑中动脉区脑大脑中动脉区脑 梗死的梗死的 NAA降低显著重于其他部位的脑梗死灶降低显著重于其他部位的脑梗死灶,Lac峰水平最峰水平最 高的部位一般就是高的部位一般就是NAA降低最严重的部位降低最严重的部位;Cr和和Cho峰的改变峰的改变 不如不如 Lac和和NAA那样恒定那样恒定 ,而且文献报道尚无统一意见。而且文献报道尚无统一意见。 Giroud等对短暂性脑缺血发作等对短暂性脑缺血发作(transient ischemic attack,TIA)进行进行 MRS研究研究 ,在在TIA发作后的发作后的 3天内天内 ,对对 脑功能异常区和对侧相同脑区进行脑功能异常区和对侧相同脑区进行MRS检查检查 ,结果发结果发 现功能异常区的现功能异常区的 NAA/Cr无明显异常改变无明显异常改变 ,而而Lac峰升峰升 高高,提示脑局部低灌注可能导致乳酸浓度升高提示脑局部低灌注可能导致乳酸浓度升高,预示预示 该区是可能发展成脑梗死的高危区域。该区是可能发展成脑梗死的高危区域。 脑肿瘤与急性脑梗死鉴别诊断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部分早期脑梗死伴重度占位效应,MRI表现与脑表现与脑 肿瘤类似肿瘤类似 ,应用应用 MRS可区分肿瘤与急性脑梗死。可区分肿瘤与急性脑梗死。 梗死病灶的梗死病灶的 Cho/Cr正常正常 ,发病发病 24h内内Lac峰明显升峰明显升 高高,提示脑缺血。提示脑缺血。 炎症炎症 The main application of proton magnetic resonance The main application of proton magnetic resonance spectroscopy in inflammatory and infectious spectroscopy in inflammatory and infectious processes is the establishment of differential processes is the establishment of differential diagnoses between these processes and brain diagnoses between these processes and brain tumors.In focal inflammatory processes in patients tumors.In focal inflammatory processes in patients with acquired immunodeficiency syndrome(aids), with acquired immunodeficiency syndrome(aids), such as toxoplasmosis ,tuberculosis or such as toxoplasmosis ,tuberculosis or cryptococcosis, proton spectroscopy shows a cryptococcosis, proton spectroscopy shows a broad lipid peak and occasionally a lactate peak, broad lipid peak and occasionally a lactate peak, with a decrease or absence of N-acetyl aspartate with a decrease or absence of N-acetyl aspartate and slight increase of choline.In pyogenic and slight increase of choline.In pyogenic abscesses, N-acetyl aspartate,creatine and choline abscesses, N-acetyl aspartate,creatine and choline peaks are not detected and the spectroscopic curve peaks are not detected and the spectroscopic curve presents amino acid peaks, especially succinate, presents amino acid peaks, especially succinate, acetate and cytosolic peaks, due to the great acetate and cytosolic peaks, due to the great quantity of hydrolytic enzymes produced by quantity of hydrolytic enzymes produced by bacteria, which results in elevated concentrations bacteria, which results in elevated concentrations of proteins and amino acids.of proteins and amino acids. 阿尔茨海默病的诊断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诊断通常根据典型的临床特点，但确诊只能在死后尸诊断通常根据典型的临床特点，但确诊只能在死后尸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、广泛分布的异常解。显微镜下被证实有细胞损失、广泛分布的异常解。显微镜下被证实有细胞损失、广泛分布的异常解。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淀粉状蛋白的沉积物所形成疏散的小的退化淀粉样淀粉状蛋白的沉积物所形成疏散的小的退化淀粉样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斑和由组成脑细胞的正常杆状蛋白质混乱地缠结起斑和由组成脑细胞的正常杆状蛋白质混乱地缠结起斑和由组成脑细胞的正常杆状蛋白质混乱地缠结起 来的原纤维缠结来的原纤维缠结来的原纤维缠结来的原纤维缠结 . . 阿尔茨海默病阿尔茨海默病 (Alzheimer.sdisease,AD)患者的患者的 NAA水平水平 在海马、颞叶、额叶、枕叶及脑白质均明显降低。在海马、颞叶、额叶、枕叶及脑白质均明显降低。 Kantarci等对等对 AD枕叶皮质进行枕叶皮质进行 MRS检查检查 ,结果发结果发 MI/NAA 可作为可作为 AD与正常脑老化和其他类型痴呆的鉴别诊断指与正常脑老化和其他类型痴呆的鉴别诊断指 标标,NAA减少和减少和 MI升高可能与患者认知功能减退程度相升高可能与患者认知功能减退程度相 关。关。 Block等研究发现许多等研究发现许多 AD患者的患者的 NAA水平下降水平下降 ,mI升高升高 ; Dixon等研究发现等研究发现 AD患者左侧海马患者左侧海马 NAA水平显著降低水平显著降低 。 Insausti等认为如果等认为如果 MRI同时显示海马体积萎缩同时显示海马体积萎缩,则对则对 AD诊断具有显著性意义诊断具有显著性意义。且作者同时指出海马且作者同时指出海马NAA水水 平显著降低与个体认知能力损伤密切相关平显著降低与个体认知能力损伤密切相关。 Kantarci等应用等应用 1H-MRS对比研究对比研究 AD老年轻度认知损害老年轻度认知损害 (MCI)和正常人和正常人 ,认为认为 AD发病早期即出现发病早期即出现 mI/Cr的升高的升高 ,并并 推测这与神经炎造成的星形胶质细胞和小胶质细胞增推测这与神经炎造成的星形胶质细胞和小胶质细胞增 生有关生有关 ,病变继续发展会导致病变继续发展会导致DNA水平下降水平下降 ,由于上述改由于上述改 变在三者间有较大重叠变在三者间有较大重叠,其诊断价值有待于进一步研究其诊断价值有待于进一步研究. Marjanska等用等用 1H2MRS监测监测 B前体蛋白前体蛋白 早老素早老素 联联 合转基因合转基因 (APPPS1)鼠鼠-B前体蛋白前体蛋白 -早老素早老素 -联合转基联合转基 因因(APP2PS2)鼠野生鼠模型发现鼠野生鼠模型发现NAA/tCr,Glu/tCr水平随水平随 年龄增长均有所降低年龄增长均有所降低. NAA水平的降低被公认为是水平的降低被公认为是AD患者病理及病情进展的患者病理及病情进展的 一个预测值一个预测值 ,因此认为因此认为 NAA、Glu的的1HMRS观测结果观测结果 同同AD患者实际病情吻合患者实际病情吻合,可以作为监测可以作为监测 AD患者病情进患者病情进 程的一个重要指标程的一个重要指标。 帕金森氏病的诊断帕金森氏病的诊断 帕金森氏病帕金森氏病 (Parkinson.sdisease,PD)的主要病理改变的主要病理改变 是是 脑干黑质致密带中多巴胺神经元减少脑干黑