磁共振氢质子波谱在颅脑疾病诊断的临床应用.ppt

磁共振氢质子波谱在颅脑疾病 诊断的临床应用 Clinic Application of Proton Magnetic Resonance Spectroscopy in the Diagnosis of Brain Diseases,What does 1H MRS tell us？,Not architecture, but metabolites.,一、基本原理与成像技术 1、磁共振波谱（MRS） 一种利用核磁共振现象和化学位移作用对一系列原子核及其化合物进行分析的方法。MRS是目前无损伤性的研究人体器官和组织代谢、生化改变及化合物定量分析的方法之一。,化学位移（chemical shift） 同一种原子核，在不同的分子中，由于周围电子云的结构、分布和运动状态不同，周围电子云对其产生不同的屏蔽作用磁屏蔽（化学环境）,1H在H2O和脂类(-CH3)具有不同的化学环境，则有不同的进动频率： = B = （1-）B0 -屏蔽常数,不同，即使在同一B0中，不同的化合物的相同原子核由于其所处的化学环境不同，其周围磁场强度会有细微变化，共振频率也会有所差别化学位移 在1.5T主磁场中， H2O和脂类中的1H的共振频率分别为63.75Hz及210Hz（相差3ppm） 化学位移的单位表述 赫兹（Hz） 相对值（ppm）：频率的百万分之一,二、技术方法,参考像,选取ROI,空间定域,匀场,抑水,扫描,1、扫描序列 （1）激励回波序列（STEAM） 三个相互垂直的90RF脉冲 优点：TE短，对短T2化合物，如Glx、MI、 Lip等 受J耦合影响少 缺点：信噪比低 对运动敏感 对磁场均匀度等要求严格,（2）点解析波谱（PRESS） 两个180 脉冲后，再跟一个90 脉冲 优点：适于长TE化合物，如Cho、 Cr、NAA等 信噪比高 对运动不敏感 对磁场要求相对低 缺点：易受J耦合影响,2、单体素采集与多体素采集 单体素（SV）仅对一个体素的化合物浓度进行分析 多体素（SI）计算ROI内所有体素化合物的平均浓度 PRESS和STEAM序列都可行SV及SI采集,3、化学位移成像（chemical shift imaging，CSI） 2D-CSI 3D-CSI,NAA,NAA,Cr,Cho,Lac,Glx,Cr,3.9 3.2 3.0 2.4 2.0 1.3 ppm,三、正常图象分析 1、常见化合物的化学位移及其作用,（1）NAA氮-乙酰天门冬氨酸 位于2.0ppm 主要位于神经元上，是公认的神经元标志物， NAA降低往往提示神经元的脱失或功能障碍。,（2）Choline胆碱复合物（甘油磷酸胆碱、磷酸胆碱和胆碱） 位于3.2ppm，与细胞膜磷脂代谢有关，参与细胞膜构成，并且是乙酰胆碱的前体； Cho升高，反映胶质增生、细胞增殖和膜转运增加。,（3）Creatine肌酸（ Cr ）和磷酸肌酸（ pCr ） 位于3.0ppm(少量位于3.94ppm) 作用:高能磷酸盐的储备形式及ATP和ADP的缓冲剂； 其含量相对较稳定，常被作为1H MRS相对定量测量 时的参照物。,（4）乳酸（Lactic acid） 位于1.3ppm, PRESS序列 TE=144ms时，呈倒置双峰 TE=288ms时，呈正置双峰 正常情况下检测不到，常出现于缺血缺氧时。,（5）MI肌醇 位于3.6ppm 星形细胞内的一种重要的渗透递质，参与调节渗透压，营养细胞及生成表面活性物质；作为星形细胞的标志物。,（6）Glx谷氨酰胺及谷氨酸复合物 位于2.22.4ppm 一种兴奋性神经递质 在缺氧、肝性脑病或脑肿瘤等时升高,2、如何定量 （1）绝对定量： （2）半定量： 直接测代谢峰下的面积 （3）相对定量： 计算比值：NAA/CR CHO/NAA CHO/CR NAA/（CHO+CR）等 相对定量可以消除生物体及外磁场等的影响，应用较多。,在正常人群中，各种代谢物的浓度并非一成不变，具有个体差异，而且随年龄的变化代谢物浓度有规律地变化。,32w,4y,3mon,9y,四、1H MRS在颅脑疾病诊断中的应用 （一）脑血管病 （二）肿瘤及肿瘤样病变 （三）颞叶癫痫 （四）老年性痴呆：Alzheimer病等 （五）一些儿童脑疾病 （六）其他： Parkinson病、白质脑病、肝性脑病、 精神分裂症、MS等,（一）脑血管病 1.1 出血性脑血管病：1H MRS的作用不大 1.2 缺血性脑血管病： 1H MRS的价值 1H MRS出现异常改变比常规MRI早。临床上脑梗死发生4小时以内的病人,常规MRI常常难以显示缺血区,而MRS改变则很明显 。 1H MRS的改变不受模糊效应的影响（3W左右）。,缺血性脑血管病的1H MRS表现： 出现Lac： Lac 的增高是脑梗死早期的一个敏感指标，2-3小时即可出现； Federico 等认为,Lac 升高在脑梗死最初2448 小时与无氧代谢有关,而后期则为梗死区小胶质细胞和巨噬细胞的浸润所致。 Lac与多伦多中风评分（TSS）、Barthel指数评分（BI）以及梗死灶体积显著相关， Lac 浓度预示着损伤程度。,NAA减低： 一般，NAA在脑中风后624小时开始明显下降，标志着神经元出现不可逆损伤； NAA在梗死区分布不均匀,中心区域下降较周围明显。 NAA含量可作为评估脑梗死病人预后的指标。,梗 塞 10 0.810.62 0.910.46 0.880.17 0.680.14,例数 Cho/NAA Cho/Cr NAA/Cr Lac/Cr,正 常 61 0.870.21 1.210.25 1.420.30 0.200.10,P值 0.05 0.05 0.05 0.05,Case1: 发病24小时,NAA,NAA,NAA,NAA,Lac,Lac,Lac/Lip,Case2: 发病3天,normal,normal,infaction,infaction,Lac、NAA等的浓度变化在脑梗塞中是个动态的过程。,发病5.5h 正常侧 病侧,3d 11d 36d,1H MRS对缺血半暗带的研究 PWIDWI mis-match 研究发现，在急性期脑梗死后MRS上发现Lac峰,而NAA峰正常或略低,提示脑缺血半暗带存在,仍可进行溶栓治疗。 CSI（LacNAA）的范围,（二）MRS在脑肿瘤中的应用价值 1H MRS对脑肿瘤的临床应用具有广泛的应用前景，主要有几个方面： 1、星形细胞瘤与急/亚急性脑梗塞、局灶性炎症的鉴别 2、环形增强病变的鉴别 3、肿瘤的定性诊断及良、恶性分级 4、界定肿瘤界限、指导治疗方案、 5、评估肿瘤治疗效果,脑肿瘤的波谱 实质内NAA消失或降低，Cho显著升高，Cr轻度下降，可有Lac/Lip出现。 坏死囊变区内NAA、 Cho、 Cr均明显降低，伴Lac 峰。,T,E,Necrosis,normal,NAA,Cho,Lip,Cr,星形细胞瘤、脑梗塞的1H MRS代谢物比值分析表 Cho/NAA Cho/Cr NAA/Cr (Lac+Lip)/Cr 星 形 2.120.31* 2.260.76* 0.910.18 0.450.19 梗 塞 0.810.62 0.910.46 0.880.17 0.680.14 P 值 0.023 0.021 0.75 0.62,1.1、星形细胞瘤与急/亚急性脑梗塞的鉴别,Normal,Normal,脑梗塞：正常神经元功能障碍或死亡，细胞膜转运减慢或失，能量代谢下降，可以导致NAA，Cho 和Cr降低，但是，由于乏氧造成糖酵解增加，使Lac明显增高。 星形细胞瘤：肿瘤细胞增殖、细胞膜转运增强，而正常神经元被替代，因此Cho明显升高，NAA显著降低，Cho/NAA、Cho/Cr明显增高。,附表：星形细胞瘤和局灶性脑炎的波谱代谢物比值 例数 Cho/NAA Cho/Cr 星形细胞瘤 11 2.120.31 2.260.76 局灶性脑炎 5 0.850.29 1.130.95 P值 0.05 0.05,1.2 星形细胞瘤与局灶性炎症的鉴别,Normal,2、环形增强病变的鉴别,Tumor? Abcess?,脓肿 氨基酸峰（0.9ppm）、乙酸（1.92ppm）、丙氨酸（1.5ppm）等的出现具有特异性,AA,Lip/Lac,A,S,3.1、肿瘤的定性诊断 脑膜瘤 脑膜瘤系脑外肿瘤，理论上不包含NAA，但Cho显著增高。 丙氨酸峰Ala（1.47ppm）的出现，是其特征性改变。 转移瘤 NAA消失； Cho明显升高；Cr降低； 出现Lac和/或Lip峰。 胶质瘤 NAA明显下降（级别越高，下降越明显），Cho显著升高，Cr降低；可出现脂质波及乳酸峰，提示肿瘤的脂性坏死和缺氧程度。,3、肿瘤的定性诊断及良、恶性分级,Ala,NAA,Cho,Cho,NAA,Lip,Cho,NAA,Lip,3.2、肿瘤良、恶性分级,高、低级别胶质瘤肿瘤实质的1H-MRS代谢物比值分析表 例数 Cho/NAA Cho/Cr NAA/Cr (Lac+Lip)/Cr 低级别 10 2.020.31 2.260.76 0.910.18 0.450.19 高级别 35 2.880.49 2.761.03 0.830.28 1.381.71 P值 0.032 0.285 0.779 0.168,Cho/NAA=3.30,Cho/NAA=5.12,附表：转移瘤与高级别胶质瘤瘤周水肿波谱代谢物比值 例数 Cho/NAA Cho/Cr 转移瘤 10 1.330.33 1.940.61 高级别 35 2.030.63 2.280.74 t值 0.70 0.33 P值 0.006 0.230,4、界定肿瘤界限、指导治疗方案,胶质瘤：高级别胶质瘤瘤周水肿区有肿瘤细胞浸润，Cho显著增高，NAA、Cr明显下降， Cho/ Cr、 Cho / NAA 增高，尤其Cho / NAA ； 非浸润性肿瘤（良性脑膜瘤、转移瘤等）瘤周没有肿瘤细胞浸润，不出现病理性谱线。,normal,tumor,tumor,necrosis,edema,edema,edema,edema,edema,1、肿瘤实质；2、3肿瘤下方水肿区； 4、5、6、7肿瘤内侧水肿区,脑膜瘤脑浸润,5、对治疗效果的监测 研究表明，系列的MRS对治疗效果监测有帮助： 瘤体缩小者，CHO值下降； 瘤体增大者，CHO值升高。 MRS是反应肿瘤代谢及发展的可靠指标。,术后改变：CHO、NAA、CR均低； 肿瘤复发：CHO，NAA，CR，CHO/NAA,放射性损伤 MRS具有明显优势： 照射剂量40Gy，乳酸峰增高； 放射性坏死者，显示NAA、Cho、Cr均大幅度下降， 而出现细胞坏死峰（02.0ppm之间宽大的波峰）； 肿瘤复发者，Cho/NAA和Cho/Cr增高，乳酸峰出现。,（三）颞叶癫痫 颞叶癫痫的发生与海马硬化密不可分,海马硬化是指海马区域出现神经细胞丢失和胶质细胞增生的病理改变。 MRI对颞叶癫痫的诊断主要依靠对海马形态学研究以及1H MRS。 1H MRS有助于颞叶癫痫的定性、定侧。,海马硬化出现海马区域神经细胞丢失和胶质细胞增生，导致NAA降低，而Cho 和 Cr水平没有变化；活动期可以出现Lac峰。 正常成人的1H MRS 波谱NAA/（Cho + Cr）最低值为0.72 ,低于 0.67 则为异常。,R,L,NAA/ （Cho + Cr）L=0.66 NAA/ （Cho + Cr）R=0.64,NAA/ （Cho + Cr）L=0.64 NAA/ （Cho + Cr）R=0.75,（四） 老年性痴呆： Alzheimer病,Alzheimer 病(AD) 是由于大脑皮层神经元丧失及功能障碍而导致的进行性智能障碍性疾病。神经纤维缠结和老年斑是两个特征性的病理表现。 1H MRS研究发现AD 患者的额叶、颞叶 、扣带回后部等结构内NAA含量下降，肌醇（MI）含量升高。,AD 脑内MI升高有一定特异性, 认为MI水平在颞叶皮质的升高与AD 的严重程度和病程相关, 枕叶MI 的升高在AD 诊断中可达到83%的敏感性和98%的特异性。 导致AD 患者MI 聚集的原因和可能的病理生理机制仍然不清。 对于1H MRS能否鉴别AD和其他类型痴呆各家意见并不统一，有待于进一步研究。,MI,MI,normal,AD,(五) MRS in pediatrics 儿童代谢性脑病 脑白质营养不良 NAA/Cr Cho/Cr mI/NA