磁共振波谱成像及其临床价值.ppt

磁共振波谱成像及其临床价值,MRS概述 成像原理 成像技术 临床应用 发展方向,医学磁共振技术包括三大部分 MRI：研究 人体组织器官大体形态的病生理变化 MRS：研究人体能量代谢的病生理变 化 fMRI：研究人脑功能的病生理变化,概述,概述,磁共振波谱成像：是一种无创性检测人体正常和病变组织细胞代谢变化的技术 单光子发射计算机断层成像（SPECT）和正电子发射计算机断层成像（PET）相比，磁共振波谱无需要放射性示踪剂标记，没有放射性损害。,MRS是在MRI形态学诊断的基础上，从代谢方面对病变进一步定性； 临床上用于评价脑发育成熟程度、颅脑肿瘤代谢、感染性病变、脱髓鞘病变、缺血性病变、系统性疾病的肝脏受累和肾移植术后的急性排异反应等。,概述,随着磁共振扫描仪硬件技术的提高和软件算法的改进，其在临床工作中的应用日益增多； 目前，3.0 Tesla场强MRI/MRS一体化扫描仪在临床的应用和多体素波谱成像软件的开发，使得我们能对人体组织，特别是脑组织的代谢变化情况进行更为细致的观察和研究。,概述,MRS 优点： 无创性 能很好的了解组织器官的代谢情况（可定量分析） 缺点：信噪比及空间分辨率低.精确性差（各类肿瘤波谱间存在一定的重叠）不能严格用于诊断,概述,MRI & MRS比较 本质上相同，具有相同的物理原理；不同的是数据的处理和显示方式； MRI扫描后，一定时域内获得的信号被用于产生一个断面影像，如矢状、横轴和冠状等； MRS扫描后，一定时域内获得的信号通过快速傅立叶转换（Fourier Transform）产生一个质子成分按频率分布的波谱图,成像原理,MRI & MRS比较 MRI获得的信号是由不同体素内氢核发射的已经在不同的空间方向进行频率和相位编码的信号。 MRS以质和量的方式获取氢原子核化学环境的信息，揭示某部分的质子组成成分。,成像原理,成像原理, MRI,成像原理, MRS,绝大多数原子核都具有围绕自身轴线做旋转运动的特性，称之为自旋特性。 由于原子核是带电粒子，其在做自旋运动时，会在周围产生一个微小的磁场，像小磁针一样，具有南北两极，其矢量大小用自旋磁矩M表示。,成像原理磁共振,原子核在外加磁场中自旋的同时，还以一定的角度绕外加磁场方向进行旋转运动，称为进动（ precession ）。 进动频率亦称角频率（ ），取决于外加磁场强度（B0）和原子核的旋磁比（ ）： = *B0。,成像原理磁共振,上述方程式称为拉莫方程（Larmor Equation），其角频率又称为拉莫频率。 旋磁比（）是原子核的固有特性，仅与原子核的种类有关。,成像原理磁共振,成像原理磁共振,M,B0,B0表示外加主磁场的方向； M表示自旋磁矩,质子在外加磁场中的进动,外加射频脉冲（Radio Frequency，RF）频率与原子核拉莫频率相同时，原子核就会吸收射频脉冲的能量，从低能量状态转变到高能量状态，产生磁共振现象（Magnetic Resonance Phenomenon）。,成像原理磁共振,RF停止后，原子核就会从不稳定的高能状态恢复到稳定的低能状态，此过程称为驰豫。期间会发生能级和相位的变化。由接收线圈探测原子核驰豫过程中释放出来的自由感应衰减（FID）信号,转换成MR信号。,成像原理磁共振,带负电荷的电子在原子核周围形成电子云，电子云的作用使得外加磁场对原子核的作用减弱，其作用的大小用屏蔽系数（）表示，因此被消弱掉的磁场强度为B0。 这部分磁场（ B0）与外加磁场方向相反，强度与外加磁场强度（B0）成正比,波谱原理化学位移,考虑到电子云的磁屏蔽作用，拉莫方程应修正为： = （1- ）B0。 上式显示，即使同一种原子核由于处于不同化合物中的，所受磁屏蔽作用的程度不同（即 不同），因此将具有不同的共振频率，这就是所谓的化学位移现象（Chemical Shift Phenomenon），也是磁共振波谱成像的基础。,波谱原理化学位移,化学位移（chemical shift）频率数值用于表示化合物中各组成成分的原子核共振波峰的位置。 实际应用中，此频率数值并非用其绝对值（Hz，赫兹）表示，而是用一个相对值ppm表示。,波谱原理化学位移,=（ f - fr ）/ fr106 ppm 其中，表示化学位移， f表示被测原子核的共振频率， fr表示中心拉莫频率, ppm表示百万分之一。 是一个相对值，反映不同化学环境屏蔽系数的差别，与外加磁场强度的大小无关，是非磁场依赖性的。,波谱原理化学位移,生物组织中有磁性的元素约百余种，如1H、13C、19F、23Na、31P等。 人脑研究时代谢物浓度低，需要高SNR（与主场强、接受频带宽及旋磁比） 目前，研究和使用最多的是1H。 1H是磁化率最高的原子核，可以得到较强的信号（即SNR高）； 1H占活体组织中原子数的2/3，数量丰富。,成像原理,除1H外可用于MRS研究的有： 31P； 13C 23Na 39K 19F,成像原理,波谱技术,匀场 抑水 定域方法,波谱技术,匀场 MRS反映的是局部磁场的瞬间变化，对磁场均匀性的变化敏感，不均匀会导致波峰的增宽和重叠，从而导致分辨率、敏感度的降低 半波宽0.05-0.1ppm (3.0T 相当于8-16Hz),波谱技术,抑水 水在体内的浓度是其它产物的100000倍必须抑水以充分显示其他代谢峰。 常用：化学位移饱和法（chemical-shift sclective saturation CHESS）在使用波谱脉冲序列前，使用以水共振频率为中心的射频脉冲完成水抑制,波谱技术,定位法 深部分辨表面分析法（depth resolved surface-coil spectroscopy DRESS） 空间分辨分析法(spatially resolved spectroscopy SPARS) 点分辨波谱分析法(point resolved spectroscpy PRESS) 激励回波采集法(stimulated echo spectroscopy STEAM) 以后两者最常用,波谱技术,STEAM 参数：TE/TR=35ms/1500ms，用3个90度脉冲激励3个两两相互垂直的层面，产生回波信号 优点：对短T2代谢物(lip,ala等)显示好，可以更好抑制水的共振峰。 缺点：场强均匀性要求高，信噪比低，谱的基线不稳定，造成代谢物含量测定时系统误差较大。,波谱技术,PRESS 参数：TE144ms/1500ms,采用1个90、2个180度脉冲激励相互垂直的3个层面产生回波信号 优点：信号强，谱线稳定 缺点：不能测的短T2代谢产物，,1H MRS活体测定的代谢物分子基团 甲基（CH3-）：位于脂肪酸末端、乳酸、NAA、N-乙酰糖蛋白和胆碱； 次甲基（-CH2-）：位于脂肪酸、谷氨酸、-氨基丁酸、肌酸和丙三醇羟基等； 乙醇基（H-C-OH）：多位于糖中，如葡萄糖、肌醇； 乙烯基或烃：位于饱和脂肪酸。,MRS测定的含1H基团,临床应用,正常波谱图,临床应用,正常波谱图 横轴为频率轴，纵轴为信号强度轴 主要显示4个代谢峰，波峰下面积代表化合物浓度 病理情况下还可显示其它代谢峰 见下表,代谢物化学位移,临床应用,常见疾病的代谢物浓度变化 见下表,疾病 NAA Cr Cho Lac Lip aa 肿瘤 - - - 脓肿 梗死 - - - MS - - - 癫痫 - - ,颅内常见病变的代谢物特征,发展方向,单体素多体素完全覆盖式螺旋波 多体素波谱又称波谱成像（SI） 优点：1次采集可获得VOI多部位谱线，可放映同一时间不同部位代谢物的分布，有利于弥漫病变的发现及早期检出，并可双侧对比。 缺点：技术复杂，检查时间较长，不适合临床工作,多核波谱 31P可用于判定磷代谢产物的浓度，并可根据无机磷波谱的位置，测定pH值； 13C可