脑磁共振波谱成像技术及应用ppt课件.ppt

脑磁共振波谱成像MRspectroscopyofthebrain Introduction MagneticResonanceSpectroscopy MRS研究人体能量代谢的病理生理改变 显示组织生化特征研究范围 主要中枢神经系统 体部如前列腺 肝脏 乳腺等不同波谱 1H 31P 13C 19F 23Na1H MRS应用最广泛 MRS对硬件的要求 与MRI不同高场强 1 0T以上 通常1 5或3 0T 高均匀度 B0的不均匀性必须小于1 0ppm不需要梯度线圈 但需要一些空间定位的辅助装置不需要成像装置 但需要必要的硬件和软件 显示波谱 计算化学位移频率 测定波峰等 MRS基本原理 利用原子核化学位移和原子核自旋耦合裂分现象不同化合物的相同原子核 相同的化合物不同原子核之间 由于所处的化学环境不同 其周围磁场强度会有轻微的变化 共振频率会有差别 这种现象称为化学位移 ChemicalShift 不同化合物的相同原子核之间 相同的化合物不同原子核之间 共振频率的差别就是MRS的理论基础 MRS如何生成 射频脉冲原子核激励驰豫信号呈指数衰减 自由感应衰减 傅立叶变换以振幅与频率的函数曲线显示 即磁共振波谱图 横轴代表化学位移 频率差别 单位百万分子一 ppm 纵轴代表信号强度峰高和峰值下面积反映某种化合物的存在和化合物的量 与共振原子核的数目成正比 MRS扫描前的若干问题 MRS序列选择 1 激励回波法 theStimulatedEchoAcquisitionMethod STEAM 优点 常使用短TE 35ms 检测代谢物种类多 如脂质 谷氨酰胺和肌醇只有在短TE才能检出缺点 对运动敏感 信噪比低 对匀场和水抑制要求严格 对T2弛豫不敏感 MRS序列选择 2 点分辨波谱法 thePointResolvedSpectroscopyPRESS 优点 信噪比高 是激励回波法的2倍 可以选择长 短TE 144msor35ms 对T2弛豫敏感 对运动不太敏感缺点 选择长TE 不易检出短T2物质 如脂质 对于在体的临床评价 PRESS具有高的信噪比且时效性好 最常用 3 0T MRS检查方法选择 1 单体素氢质子 Singlevoxel SV MRS覆盖范围有限 一次采集只能分析一个区域 适用于局限性病变 后颅窝病变采集时间短 一般3 5分钟谱线定性分析容易 单体素 SV STEAMTE 35ms MRS检查方法选择 2 多体素氢质子 protonmulti voxelspectroscopyimaging PMVSI MRS可以同时获取病变侧和未被病变累及的区域 评价病灶的范围大 匀场比较困难 由于多个区域同时获得相同的磁场均匀性 对临近颅骨 鼻窦或后颅窝的病灶 由于磁敏感伪影常常一次匀场不能成功采集时间比较长 多体素 MV PRESSTE 144ms 不同TE对波谱的影响 PRESS 短TE 检测代谢物种类多 如脂质 谷氨酰胺和肌醇只有在短TE才能检出 便于测量短T2的物质 缺点是基线不够稳定 长TE 检测代谢物种类少 基线稳定 常用于肿瘤性病变 因为TE 144ms时易于显示胆碱和乳酸峰 此时乳酸峰反转于基线下 兴趣区对MRS的影响 兴趣区大小直接影响波谱曲线的准确性 过小信号相对较低 过大容易受周围组织的干扰 产生部分容积效应 依据病灶大小决定 SV而言 对弥散病变 体素通常为2cm 2cm 2cm 局灶性病变 体素可减小兴趣区定位注意 避开血管 血液成分 脑脊液 空气 脂肪 坏死区 金属 钙化区和骨骼 上述区域易产生磁敏感伪影 降低分辨率和敏感性 掩盖代谢物的检出 兴趣区过小 颅骨伪影 匀场和水 脂抑制 匀场 波谱反映的是局部磁场的瞬间变化 任何导致磁场均匀性发生改变的因素 都可以引起波谱峰增宽或重叠 使MRS信噪比和分辨率降低水 脂抑制 水 脂浓度是代谢物的几十倍 几百倍 甚至几千倍 如不抑制 代谢物将被掩盖匀场和水抑制后 半高全宽 FWHM 头颅小于10Hz 肝脏小于20Hz 水抑制大于95 MRS临床应用技术 脑 点分辨波谱法PRESS选用SV或MV选择成像参数兴趣区的选择定位自动预扫描 匀场 水抑制数据采集后处理和分析 序列及扫描参数 SV PRESSTR1500msTE144 35msFOV24cmVoxelsize8cm3NEX8Scantime3min40s 自动预扫描后获得的参数 半高全宽小于10Hz水抑制大于95 波谱评价 具有诊断质量的波谱应有平直的基线和明确的窄峰 波谱检查不成功或出现非诊断性波谱的原因 患者不能配合匀场不成功病灶存在大量的坏死 血液成分 钙化和黑色素手术金属夹产生磁化率伪影甘露醇治疗后会在3 8ppm出现波峰类固醇类药物治疗后影响代谢物的水平 MRS的主要代谢物及其意义 N 乙酰天门冬氨酸 NAA 位于波谱2 02 2 05ppm处 主要位于成熟神经元内 是神经元的内标记物 是正常波谱中最大的峰 NAA下降见于神经元损害 包括缺血 创伤 感染 肿瘤等 脑外肿瘤无NAA峰NAA升高少见 Cavana病 发育中的儿童 轴索恢复时可升高 正常浓度为6 5 9 7mmol 平均7 8mmol 肌酸 Cr Pcr 位于波谱3 03ppm 3 94ppm PCr 附近 此峰由肌酸 磷酸肌酸 氨基丁酸 赖氨酸和谷胱甘肽共同组成 是脑细胞能量代谢的提示物 在低代谢状态下增加 而在高代谢状态下减低 一般较稳定 常作为其它代谢物信号强度的参照物 正常脑波谱中 Cr是第二高波峰Cr Pcr升高 创伤 高渗状态Cr Pcr降低 缺氧 中风 肿瘤 胆碱 Cho 波峰位于3 20ppm处 由磷酸胆碱 磷酸甘油胆碱 磷脂酰胆碱组成 反映脑内的总胆碱量 是细胞膜磷脂代谢的成份之一 是细胞膜转换的标记物 反映了细胞膜的运转 和细胞的增殖 Cho是髓鞘磷脂崩溃的标志 Cho升高 肿瘤 急性脱髓鞘疾病 炎症 慢性缺氧等Cho降低 中风 肝性脑病Cho峰是评价脑肿瘤的重要共振峰之一 肿瘤快速的细胞分裂导致细胞膜转换和细胞增殖加快 Cho峰增高 正常浓度0 8 1 6mmol 平均1 3mmol 肌醇 mI 波峰的位置3 56ppm和4 06ppm处 胶质细胞的标记物 是最重要的渗透压或细胞容积的调节剂mI升高 新生儿 低级别的胶质瘤 慢性病灶胶质增生mI降低 慢性肝病 梗死 恶性肿瘤 乳酸 Lac 位于1 32ppm 次峰4 1ppm 由两个共振峰组成 称为双重线 TE为144ms时反转向下 正常情况下检测不到Lac峰 此峰出现说明细胞内有氧呼吸被抑制 无氧糖酵解过程加强出现乳酸峰 见于脑肿瘤 脓肿 囊肿 梗塞及炎症 线粒体异常脑肿瘤中 Lac出现提示恶性程度较高 LAC LAC TE 35 TE 144 脂质 Lip 波峰位于0 8 1 33ppm之间 共振频率与Lac相似 可以遮蔽Lac峰 脂质 谷氨酰胺和肌醇只有在短TE才能检出Lip增高 提示髓鞘的坏死和 或中断 见于坏死肿瘤 炎症 急性中风 多发性硬化急性期 TE 35ms 谷氨酸和谷氨酰胺 Glx 位于2 1 2 55ppm 3 76ppm 谷氨酸是一种兴奋性神经递质 主要的氨摄取途径 谷氨酰胺参与神经递质的灭活和调节活动Glx升高 肝性脑病 缺氧性脑病 TE 35 丙氨酸 Ala 位于1 3 1 44ppm 常被Lac和Lip峰所遮盖 其功能尚不肯定升高 脑膜瘤 脑囊虫 Ala 波谱结果分析 1 病灶与正常侧对比 注意病灶区与对侧非病变区对称采集 便于对比两次采集必须采用同样的技术和方案 保持可比性假阴性 由于部分容积效应 体积较小的病灶可能表现为正常 2 比例因素和对比剂 比例因素 病理掩盖 当一种代谢物占优势时 其他代谢物由于比例的原因 显示为很小的波峰 这并不意味着其他代谢物浓度低 而是由于某种代谢物的病理性增加对比剂的影响 对比剂的注射不影响整个波谱的解释 但可能会影响个别峰的面积 3 区域变化 NAA 海马 皮质及皮质下 小脑 其他 Cr 灰质 白质 左右 3Cho 白质 灰质 在桥脑浓度 其他部位 基底节区 NAA Cr和mI Cr比率较低 Cho Cr比率较高 4 年龄变化 新生儿 NAA及NAA Cr比率逐渐增加 提示出生后神经元逐渐成熟 8月 Cho和mI水平明显升高8月至2岁 波谱逐渐趋于正常化2岁后与成人基本一致老年人 NAA及NAA Cr比率减低 提示神经元数目减少或生存能力减低 Cho和Cho Cr比率升高 提示细胞膜退变加剧和胶质细胞数目增加 新生儿 成人 顶叶波谱 颅内常见临床疾病的1HMRS表现 胶质瘤表现为NAA峰下降 Cho峰升高 Cr峰稍有变化 Cho峰的升高与肿瘤的恶性相关 Cr峰随肿瘤恶性程度的升高有降低趋势 Lip峰出现于大多数高级别的肿瘤中 特别是肿瘤坏死区或邻近坏死区 Lac峰多见于多形胶质母细胞瘤中 低级星形细胞瘤中出现此峰则预示肿瘤进一步恶变的可能 脑肿瘤 脑肿瘤 脑肿瘤 鞍区肿瘤 脑膜瘤 鼻咽癌颅内侵犯 31P波谱可见PCr和ATP下降 Pi升高 PCr Pi下降出现于ATP之前 1H波谱可见NAA下降 Lac增加 Cho和Cr下降 脑梗死 急性期脑梗塞 腔隙性脑梗塞 脑梗塞 慢性期 NAA Cho Cr明显下降 Cho升高 脑炎 Lac Lip增加 有时见aa增加 感染性病变 脑脓肿 脑炎 2013 5 30 2013 12 5 脑炎 脱髓鞘性病变 急性强化病灶Cho含量升高 NAA含量相对正常 mI含量常升高 慢性非强化病灶NAA Cho含量均下降 程度不一 mI含量升高 尤其是在慢性继发型MS 脱髓鞘病变 代谢性疾病 非酮性高甘氨酸血症 脑MRS可见多余甘氨酸信号 线粒体疾病 MRS表现为 信号减低和异常乳酸信号 氧化磷酸化障碍而致乳酸堆积 氏病人可见特异性 信号升