MRS的临床应用.ppt

mrs的临床应用,何 杰,常规磁共振（cmri) 功能性磁共振（fmri）,弥散成像 （dwi ）,波谱成像 （mrs）,灌注成像 （pwi）,弥散张量成像 （dti）,脑皮层功能成像 （bold）,基本概念,mrs是目前唯一无创性观察活体组织代谢及生化变化的技术，检测到cmri不能显示的异常 1995年，mrs被美国食品及药品管理局正式批准,基本概念,mrs不能替代cmri，但可提供补充信息。 对于复杂病例，当分析临床病史和影像资料出现争议时，mrs最有价值。 应用dwi、pwi和mrs等多种功能成像方法评价脑部病变，将提高磁共振成像诊断的特异性和诊断能力。 观察病变进展，评估治疗后反应，提示预后。,基本原理,1947年波罗科特( proctor)指出原子核的共振频率与其化学环境密切相关,化学环境的改变可使某种原子核在larmor共振频率的基础上有轻微的偏移,这种现象称之为化学位移。 mrs就是利用磁共振现象和化学位移作用,对特定原子核及其化合物进行分析。,基本原理,mrs谱线的横轴代表化学位移，即频率，所能探测到的化合物表现为在一个或特定频率上的峰。纵轴是化合物的信号强度，其峰高度或峰下面积与该化合物的浓度成正比。,基本原理,最常用于医学临床的原子核有 1h、 31 p、 13 c，其中以1h和 31 p波谱最常用 1 h波谱磁敏感性较 31 p波谱高，因此信号更强，有更高的空间分辨率 1 h最常用于mr波谱分析，能检测脂肪、氨基酸、酮体等生物重要代谢物质,基本技术,空间定位技术 单体素技术 多体素技术,基本技术,单体素（single voxel,sv) -覆盖的解剖范围有限，采集一次只能分析一个区域 -体素定位应准确 -避开磁化率伪影和脂肪 -弥漫性病变大小选2*2*2cm;局灶性病变，可缩小体素,基本技术,常用的单体素空间定位采集技术 激励回波采集模式 （stimusates echo acquisition mode，steam） 连续使用三个互相垂直的90度脉冲获得1个受激回波 点分辨波谱（point resolved spectroscopy，press） 使用1个90度脉冲和2个重聚的180度脉冲获得自旋回波,基本技术,steam 优点：回波时间短（20-30ms），能显示谷氨酰胺和谷氨酸（glutamine、glutamate,glx)、肌醇（myo-inositol，mi)、脂质（lipids，lip）等短t2物质 缺点：信噪比低，对运动极敏感,基本技术,press 目前常用的技术,可选择长、短te 优点：信噪比高 缺点：选择长回波时间时（te50ms）会导致短t2代谢物的丢失，且导致信噪比下降,平直的基线 明确的窄峰,基本技术,多体素（multi-voxel)技术 又称化学位移成像（chemical shift imaging, csi)或磁共振波谱成像（magnetic resonance spectrum imaging，mrsi) 可分为二维及三维的多体素采集。优点是一次采集覆盖的范围较大，在选定的空间分布中，可得到多个体素的代谢物谱线，比单体素效率高。还可通过软件将感兴趣代谢物的mrs信号变化标记到相应的mri图像上，重建出代谢物分布图，直观显示代谢物变化,基本技术,多体素技术的缺点 对硬件及软件技术要求较高，比单体素采集费时。 由于采集范围大，比单体素更容易受到磁场不均匀的影响，谱线的质量及稳定性不如单体素技术可靠，谱线的校正、拟合也更复杂,基本技术,回波时间 应用长、短te确定的常规代谢物 -n-乙酰天门冬氨酸(n-acetyl asparte,naa) -肌酸（creatine,cr) -胆碱（choline,cho) -乳酸（lactate,lac) 仅短te确定的代谢物 -脂质（lipids,lip) -谷氨酰胺和谷氨酸（glutamine and glutamate,glx) -肌醇（myo-inositol,mi),基本技术,如何选择长、短te 中等te（144ms）press用于肿瘤性病变。易于显示 cho和lac峰，两者是肿瘤性病变的主要代谢改变 短te（30-35ms）press用于其他的病理状态,基本技术,体素的位置和大小：为提高1h mrs 敏感性,感兴趣区要求有严格的边界,并避免来自邻近组织的干扰:体素越小，部分容积效应越小，但信噪比及空间分辨率降低 血管、血液、空气、脑脊液、脂肪、 坏死区、金属、钙化 颅骨,roi距其至少约510mm 邻近静脉窦,基本技术,如何确定lac峰（ lac与lip 共振频率基本相同） 严格匀场后，lac的共振呈双峰线（doublet) 当te为144ms时，lac峰反转于基线下 当选择长te（270ms）时，lip信号不再磁化，只能检测到lac,te144ms，lac 倒置双峰，位置1.33ppm,波谱分析中的主要代谢物及其意义(脑组织）,naan-乙酰天门冬氨酸 波峰位置：2.02，2.5和2.6ppm 最高峰，灰白质浓度接近 神经元和轴索生存能力与密度的标记物,cr肌酸 波峰位置：3.02和3.94 脑代谢标记物，最稳定,cho胆碱 波峰位置：3.22 磷脂代谢的成分，细胞膜转换的标记物， 反映细胞增殖,mi肌醇 波峰位置：3.56和4.06 胶质细胞的标记物，位于星形细胞中； 髓鞘退变的产物,lac乳酸 波峰位置：双峰线，中心在1.33ppm， 第二峰在4.1ppm，水抑制时被抑制， te为135或144ms时反转 提示厌氧性糖酵解(正常脑组织不可见）,lip脂质 波峰位置：在0.8至1.3ppm之间多峰 提示髓鞘坏死和/或中断(正常脑组织不可见）,ala丙氨酸 波峰位置1.48,glx-谷氨酰胺和谷氨酸 波峰位置：2.12.55ppm 谷氨酰胺星形细胞标记物 谷氨酸神经毒素,normal,脑白质正常谱线,临床应用,脑肿瘤鉴别肿瘤和非肿瘤性病变、原发和转移鉴别、胶质瘤分级提示、提示理想的穿刺部位、评价肿瘤侵润和进展、评价治疗反应、放疗前定位、鉴别放疗后复发和放射性脑坏死、帮助制定放疗计划 颞叶癫痫-定侧、定量 血管性异常梗死 脑缺氧-hie：评估预后 感染性病变-脑炎、脑脓肿 脑损伤-发现常规ct阴性的病变、评价疗效、预测后果 神经退行性疾病：老年性痴呆（ad）-早期诊断 代谢性疾病-线粒体脑病 脱髓鞘-脑白质营养不良、多发性硬化 精神性疾病-抑郁症、精神分裂症 药物依赖 其他系统疾病引起的脑改变肝性脑病、慢阻肺、系统性红斑狼疮、cusing 综合症等引起的脑代谢变化 前列腺、肝脏、骨骼肌、心肌,神经退行性疾病,痴呆-阿尔茨海默病（alzheimers disease，ad) 占痴呆的70%，发病率增高，早期诊断有意义 发展过程：正常老年轻度认知障碍（mci）-ad 可检测出海马尚未萎缩之前的早期表现,体素扣带回后缘 te：30ms 主要表现 naa，naa/cr cho，cho/cr mi，mi/cr(0.70,为早期异常，对诊断最重要） 重要事项： 只在选择短te时， mi才能确定。 ad的代谢异常首先出现于扣带回。 最早的代谢异常是mi/cr升高。,a d,mi-3.56 4.06,a d,9月21日-世界阿尔茨海默病（老年痴呆病）日 活动主题-关注痴呆，刻不容缓 全球每7s便新增1名老年痴呆患者，每年发病140万，预计2050年将过亿 我国已超过500万,a d（重要观点）,任何有记忆减退、进行性认知障碍、假性痴呆、抑郁、功能亢进或精神紊乱的患者都应进行mrs检查，以助疾病的诊断 ct、mri、pet、spect正常，并不禁忌进行mrs检查 当cmri正常，即海马尚未萎缩时，mrs即可检测ad。ad患者中，mi/cr的升高早于naa/cr的降低 mrs诊断ad的敏感性为85%，特异性65%；对ad与正常老年人的鉴别诊断敏感性83%，特异性98%；和其他类型痴呆鉴别诊断敏感性82%，特异性65%,额颞叶痴呆主要是pick氏病 体素- 额叶（皮层和/或白质） te 30ms 主要表现： naa，naa/cr cho，cho/cr mi，mi/cr（主要异常，0.7） 也能观察到lip峰,血管性痴呆 体素- 额叶和顶叶白质 te 30ms 主要表现 cho/cr,体素- 纹状体 可用于鉴别pd和ps(帕金森综合征-多系统萎缩、进行性核上瘫、皮质基底节退行性变等） pd 典型的mrs是正常的 ps naa/cr， naa/cho 体素 - 颞顶叶-可用于评价认知障碍 naa，naa/cr- 与认知障碍程度直接相关,黑质退行性疾病-帕金森病（ parkinson disease,pd),运动神经元退行性疾病-肌萎缩侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis,als）,50岁以上 典型三联征-上肢无力、下肢痉挛、全身反射亢进 cmri表现：沿运动通路的t2高信号，中央前回萎缩 mrs通过 显示运动通路的naa/cr比率的降低，定量分析神经元的退变,体素-中央前回，桥脑，延髓 主要表现： naa、naa/cr 中央前回，脑桥和延髓 glx、glx/cr 延髓 重要事项： 1、对als的检测，运动皮层的naa/cr比率较cmri 所显示的异常改变更为敏感。 2、mrs异常表现与疾病严重程度似乎直接相关，并 可用于监测治疗反应,als,代谢性疾病,影响白质和灰质的代谢性疾病-线粒体脑病leigh病（亚急性坏死性脑脊髓病） 对于有肌病的儿童，除外leigh病和线粒体异常非常重要 肌张力减退、精神性运动退化、共济失调、眼睑麻痹、吞咽困难，可进展为呼吸衰竭直至死亡 cmri显示尾状核、豆状核以及导水管周围灰质、齿状核、大脑脚、丘脑以及脑室周围白质双侧对称性t2高信号,leigh病（亚急性坏死性脑脊髓病） mrs的作用 确定诊断（包括cmri正常的病例） 评价预后 监测疗效反应 体素豆状核 主要表现 lac 最典型表现 ala 可出现 naa，cr和cho可正常或可有： naa，naa/cr cr cho，cho/cr 对疑有代谢性疾病的儿童，mrs是评价基底节和顶叶白质的理想方法。,mr 波谱成像线粒体脑肌病suspicious leigh,异常信号区出现乳酸峰（1.33ppm） te= 35 正相双峰te=144 负相双峰,te= 144,te= 35,代谢性疾病,影响白质和灰质的代谢性疾病-线粒体脑病,melas综合征- （伴有乳酸中毒和卒中的线粒体脑肌病），以线粒体肌病、脑病、乳酸性酸中毒、中风样发作为特征 体素置于病灶内-最常累及枕叶、基底节 mrs显示与梗死同样的异常 急性期/亚急性早期：lac升高,线粒体脑肌病：可见乳酸峰,mr 波谱成像,lac,线粒体脑肌病,te=144,te=35,tr=35,线粒体脑肌病mitochondrial-lac,mr 波谱成像,谷氨酰氨、谷氨酸峰增高,系统性疾病的脑部异常,肝性脑病,血管性异常,梗 死 早期诊断脑梗死 评价急性梗死的严重程度及其预后（naa和lac水平直接与缺血严重程度和细胞死亡的程度相关） 评价疗效 缩小鉴别诊断的范围 确定缺血半暗带,mrs在脑缺血数分钟即可显示lac升高，早于adc降低 naa下降较adc改变晚，开始于数小时（动物实验最早1小时），预示该区组织终将坏死 可恢复的缺血区lac中度升高，naa无变化、或仅轻度降低 限度：不能定性和分期,主要表现 lac-最敏感、最早期表现（12h之内） naa（最早30-60分观察到，6h下降50%） lip cr和cho-多变 glx可能升高,急性梗死,58/m 突发左侧肢体无力,伴言语不清2小时,急性期脑梗死,乳酸峰,急性期脑梗死-左侧上下肢无力3天,lac,主要表现 lac-趋向正常化 可见lip峰 naa，cr,cho,亚急性/慢性梗死,主要表现 lac naa正常,半暗带,lip,t1wi,t2wi,flair,dwi,adc,mrs,亚急性期,dwi高信号 adc等信号,提示坏死,亚急性晚期脑梗死伴渗血,脂峰,mra-右颈内动脉及大脑中动脉闭塞,t1wi,t2wi,脑缺氧,导致缺氧性脑病的原因（hypoxic encephalopathy，he) 新生儿apgar评分较低 新生儿窒息/缺氧 严重哮喘 溺水 充血性心衰 广泛心梗 先心病 头外伤 呼吸衰竭,体素：枕叶皮质 基底节 分水岭 主要表现： naa，naa/cr cr、cho、mi lac,lip，glx,缺氧,缺血缺氧性脑病（hie）,特征性表现出现lac峰，lac/cr比率明显升高（正常为0.23） 分期轻度1.5 评估预后 lac/cr判断病变区神经细胞是否可逆，0.5-1.5之间仅有25%出现脑后遗症 naa降低提示乳酸过度积聚引起神经元自身溶解，是不可逆脑损伤的标志,癫痫,颞叶癫痫（temporal lobe epilepsy,tle)是难治性局灶性癫痫的主要原因 70%的tle表现为以神经元丢失和胶质增生为特征的内侧海马硬化 mrs对癫痫的海马异常检测的敏感性高于cmri 对癫痫的定侧提供了高敏感的方法 当cmri正常或只显示一侧病变时mrs可提示双侧病变,主要表现 naa,naa/cr,naa/cho,naa/cho+cr (提示神经元丢失或功能障碍） cho和cr（反应性星形细胞增生） mi(反应性胶质细胞和星形细胞增生） lac和lip(癫痫发作24小时内检测到，可持续存在7天）,tle,naa/cho+cr比率被认为是tle分析中最一致的参数，代表了tle所致异常表现中最敏感指标 naa/cho+cr比率低于0.71，不对称指数大于11% naa/cho+cr比率低于0.66，不对称指数大于10% 国内naa/cho+cr比率低于0.68，用于定侧的指数大于9%，何慧瑾，等。mrs在颞叶癫痫定侧诊断中的价值，中国计算机成像杂志，2000，6（6）：361-366,naa/cho+cr比值小于0.68 为异常，两侧均低，双侧比值差别为0.07，低侧为异常侧,女,23岁左颞叶癫痫,病程10年,发作频率5次/月 左侧naa降低,naa/(cr+cho)值:左侧0.6,右侧0.78 病理示左侧颞叶神经元固缩,分布密度低 ,白质内胶质细胞增生,同一tle患者两侧hf的mrs，左为对侧，右为患侧，naa降低，naa/（cho+cr)值为0.42。对侧为0.69,脱髓鞘,多发性硬化（ms) 鉴别继发进展型（ps）与反复发作型（rr） 鉴别急性和慢性斑块 鉴别假瘤型ms与肿瘤 随访病变进程 - 最好指标是naa/cr 监测治疗反应,mv-mrs cho升高，naa略降低,ms,sv-mrs- 出现lip,mr 波谱成像,病变区cho升高，naa略降低,mr 波谱成像,多发性硬化,体素位于脓腔内 主要表现 细胞液的氨基酸（ass）（0.9ppm） 醋酸盐（1.92ppm）琥珀酸盐（2.4ppm） lac lip ala naa，cr，cho通常缺如 注意：颅内化脓性脓肿在dwi研究中有典型表现，明显高信号，而伴有囊性或坏死性变性的肿瘤无此特征，dwi约需30秒，mrs约需5分钟，实际工作中常只选dwi 研究,感染性疾病-脓肿,脑脓肿,press 2d csi：左为治疗前，右为大剂量抗菌素2周后波谱，除lac外所有峰均消失,颅脑损伤,适应症：评估预后、评估生物化学反应类型 体素位置：顶部白质区及枕部皮层下 主要表现 1.低钠血症：naa、cr、cho、mi、 cho/cr、mi/cr均降低 2.高渗状态： cr、cho、mi、 cho/cr、mi/cr均降低， naa，naa /cr升高或降低 3.弥漫性轴索损伤：naa /cr降低， cho、cho/cr升高 4.神经元损害： naa和naa /cr降低，可见lip出现 5.缺氧：lip或/和lac升高，naa和 naa /cr降低，glx升高（初期）,颅内肿瘤,常用技术 -多体素中等回波时间（te144ms） -单体素30/35ms和/或144ms -三维（3d）多体素,指征 鉴别肿瘤与非肿瘤病变 组织学提示 原发肿瘤与转移瘤的鉴别 肿瘤分级提示 提示理想的穿刺部位 评价肿瘤浸润 评价肿瘤的进展 评价治疗反应 主要表现 naa ， naa/cr cr cho，cho/cr，cho/naa lip和lac,谱线显示naa降低，choline增加， 提示神经元破坏，细胞增殖活跃。,single voxel probe press,mr 波谱成像,确定肿瘤病灶的范围,multi voxel probe press,mr 波谱成像,cho代谢图,应 用,鉴别肿瘤与非肿瘤性病变 cho是颅内肿瘤最特异的标记物，cho、cho/cr和cho/naa比率增长，强烈提示肿瘤 研究- cho/naa比率大于2.0时，敏感性和特异性分别为96%和70%，大于2.5时，敏感性为90%，特异性为86%,应 用,原发性肿瘤与转移瘤的鉴别 naa和cr的部分或完全缺失提示转移瘤 研究- 如肿瘤周围显示cho升高-原发；无升高-转移瘤所致水肿,应 用,肿瘤分级提示-肿瘤分级中最有用代谢物 cho：有效显示肿瘤增殖活性，水平越高提示肿瘤恶性程度越高 lac：水平越高提示肿瘤恶性程度越高 lip：典型见于高恶性度伴坏死的肿瘤，低恶性中也可能出现 naa和cr：高恶性肿瘤中降低最明显 mi:低度恶性肿瘤mi/cr高于高恶性肿瘤,星形细胞瘤（级）：cho升高，naa降低,mr 波谱成像,星形细胞瘤,反亨特氏角(hunters angle),星型细胞瘤2级 cho/naa 0.91,囊性星型细胞瘤3级 cho/naa 2.76,胶质瘤4级 cho/naa 4.68,20岁女性，a为mr增强扫描，右额叶病灶，边缘不清，无强化；b为t2像，高信号旁有轻度水肿；无强化、轻度水肿、无坏死及占位效应均提示tumor为低级别,c为pwi rcbv图，tumor为高灌注， rcbv为7.72；d为press序列波谱图，cho/naa=3.60，lac升高。二者均提示tumor为高级别，活检证实为高级别胶质瘤,43岁男性，a为mr增强扫描，右额叶强化病灶， b为t2像，瘤旁有明显水肿，常规mr有强化、不均匀、水肿程度均提示为高级别胶质瘤,c为pmi rcbv图，tumor为低灌注， rcbv为1.70；d为press序列波谱图，cho升高，naa轻度降低，cho/naa=0.90。二者均提示tumor为低级别，活检证实为低级别胶质瘤,应 用,其他 提示理想的穿刺部位 评估肿瘤侵润 评估肿瘤进展 评价治疗反应,67y，胶质瘤2级，放疗后36月mri增强扫描显示左侧额叶环形强化灶及左颞叶均匀强化灶，mrs显示lip峰，代表肿瘤坏死（活检证实）；左额叶病灶显示低cho，左颞叶显示高cho, pet示高代谢，代表肿瘤进展。,脑膜瘤,naa峰消失，cho峰明显升高，提示脑外肿瘤,肿瘤区naa峰消失，cho峰升高，高大脂峰出现，提示脑外肿瘤并有坏死； 肿瘤边缘区naa峰轻度降低，cho峰稍高。,mr 波谱成像,dti,mrs,脑膜瘤,mr 波谱成像,脑膜瘤,mr 波谱成像,正常前列腺频谱,mr 波谱成像,前列腺频谱,正常：枸櫞酸盐（citrate,cit)-2.6 ppm cho:3.2ppm cr:3.0ppm cho、cr峰较低且融合在一起，（ cho+cr）/cit比值低于60%,前列腺癌： cit峰明显下降 （cho+cr）/cit比值显著升高,针对性活检 频谱提高诊断,前列腺频谱提高诊断准确性,临床病史 psa持续升高 连续活检阴性,早期诊断,mr,前列腺频谱,mr,放疗过程的疗效跟踪,前列腺频谱有效地监测治疗过程,mr,31p-mrs技术,31p的共振频率带大约40 ppm,生物组织的31 p-mrs可测出七条不同的共振峰 相应的7种代谢物分别是：