MRS在神经系统疾病研究中的应用

1、.,1,MRS在神经系统疾病研究中的应用,.,2,主要内容,MRS简介及分类 MRS几种代谢物的意义 在神经系统疾病中的研究现状 癫痫 脑肿瘤（胶质瘤、脑膜瘤、转移瘤） 脑缺血和脑梗死 炎症 鉴别诊断 阿尔茨海默病 帕金森氏病 多发性硬化 MRS存在问题,.,3,磁共振波谱 (magnetic resonance spectroscopy，MRS),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，其灵敏度不断提高，近10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。,.,

2、4,MRS分类,根据检测体素分类： 1 单体素质子谱（singlevoxel MRS） 选择性采集一个感兴趣区体素的谱线 2 多体素质子谱（multivoxel MRS） 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 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， 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 MRS常常又称为磁共振频谱成像（magnetic resonance spectroscopy imaging，MRSI）或磁共振化学位移成像（MR chemical shift imaging）。 3 MRS三维波谱 三维MRS可直接进行三维数据采集,也

3、可先行多层面MRS采集,然后 再重建三维MRS,后者可以进行任意角度重建,便于临床医生观察, 有良好的临床应用前景。,.,5,MRS 测定的原子核有1H、31P、13C和19F等。 由于1H在人体内含量最为丰富，所以磁共振氢频谱（1HMRS）的应用最为广泛，也是活体MRS中检测灵敏度最高的。它能够同时检测到多种代谢物，如N乙酰天冬氨酸、胆碱化合物、 乳酸、 肌酸、 肌醇、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。,.,6,氮乙酰天门冬氨酸(Nacetylaspartate，NAA):共振峰位于2.02ppm处,主要存在于神经元及其轴索,是神经元的标志物，NAA含量降

4、低,反映神经元丢失或能量代谢障碍; 乙酰胆碱(choline，Cho):共振峰位于3.2ppm处,其与细胞膜磷脂分解和合成有关,参与细胞膜的构成。Cho峰增高提示细胞分裂增值活跃,以及细胞膜代谢异常增高。 肌酸和磷酸肌酸(creatine and phosphocreatine，Cr+PCr):Cr共振峰见于3.0和3194ppm,作为高能磷酸盐的储备形式和ADP及ATP的缓冲剂; - 氨基丁酸 (aminobutyric acid，GABA) 是中枢神经系统中的一种主要抑制性神经递质，具有抗伤害作用。,.,7,谷氨酰胺和谷氨酸复合物：是兴奋毒性作用的神经递质。 肌醇(myoinositol,

5、MI):MI共振峰主要位于3.56和3165ppm处，具有调节渗透压，营养细胞，抗氧化作用及生成表面活性物质。 乳酸(lactate,Lac):共振峰位于1.3和4.1ppm，是无氧酵解的产物，见于脑缺血缺氧等病理状态。因此，其检出对缺血缺氧疾病的诊断和治疗有非常重要的意义。,.,8,癫痫诊断,MRS检查发现颞叶癫痫病灶侧颞叶NAA峰减低.Cr和Cho峰升高,MRS的定位诊断与EEG和PET结果有很高的一致性.由于实际操作中Cr和Cho峰难以完全分开,国内外均以NAA/(Cr+Cho)比值作为颞叶癫痫定量诊断指标,该值降低被认为是定量诊断最敏感的指标之一.此外,有资料显示NAA降低与癫痫发作频

6、率密切相关,切除癫痫病灶后,NAA水平还可恢复至正常甚至更高水平.所以MRS还可用于监测抗癫痫药物疗效。,.,9,图BI倾斜冠状重度T2加权像，未见明显器质性病变，分别在其双侧海马区设置VOI(右侧为VOI1，左侧为VOI2 )，,图B2分别显示VOII, V012谱线，可见右侧海马区 NAA峰值含量降低。,图B3为以NAA信号强度为灰阶的伪彩图与倾斜冠状重度T2加权像融合像，双侧海马区直接观察未见明显差异。,图B4为以Cho/NAA信号强度比值为灰阶的伪彩图与倾斜冠状重度T2加权像融合像，右侧海马区可见明显增高，增高范围较明确，与EEG检查结果吻合,.,10,胶质瘤,胶质瘤是最常见的脑内肿瘤

7、,其MRS表现为NAA峰降低,Cho峰升高,NAA/Cr和NAA/Cho比值降低,Cho/Cr比值升高,部分病例在1.3ppm处可见向上的脂质(Lipids,Lip)峰或倒置的Lac峰.Ttmiya等发现级星型细胞瘤的Cho/Cr比值低于级和级星型细胞瘤,认为Cho/Cr比值升高与肿瘤组织学分级程度呈正相关,提示该指标有鉴别诊断价值。Kumar等提出NAA减低是神经元丢失的结果,NAA/Cho越低，神经元破坏得就越严重。研究发现Cho/Cr和NAA/Cho在低级和高级胶质瘤中的敏感度分别为73%和86%,特异度分别为94%和96%。,.,11,.,12,.,13,脑膜瘤,脑膜瘤MRS成像在脑膜

8、瘤良恶性分级中具有重要 价值。Ala峰的出现对于脑膜瘤诊断具有重要意 义,而1.3ppm处Lip的出现提示恶性脑膜瘤诊断; 瘤周水肿区Cho峰升高提示恶性脑膜瘤存在瘤周 浸润。,.,14,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

9、in choline levels, associated with absence or considerable reduction of N-acetylaspartate. Presence of an alanine peak can confirm the diagnosis。,.,15,.,16,脑转移瘤,脑转移瘤的原发肿瘤来原于脑外其它组织,肿瘤内部无 神经元存在,其MRS表现为Cho显著升高,Cr减少或消失 Cho/Cr比值升高,无NAA峰,可出现Lac峰和Lip峰,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 常增高、能量耗竭、糖无氧酵解增加有关。 Sijens等通

10、过与MRI对比研究发现,尽管1HMRS不能识 别转移瘤的来源,却能区分常规影像不能鉴别的孤立转 移灶,并可对转移瘤进行分期;早期转移瘤只含有Cho峰, 中期转移瘤含有Lip峰和略高的Cho峰,晚期转移瘤含有 Lac峰和低的Cho峰。,.,17,Cho/Cr可用于肿瘤的鉴别诊断,Cho/Cr大于2.48时诊断转移瘤和胶质母细胞瘤的正确率分别为88.9%和60.0%,当Cho/Cr小于2.48时诊断放射性坏死和脑梗死的正确率分别为71.4%和100%.对于转移瘤和胶质母细胞瘤的进一步鉴别,73.7%转移瘤存在Lip峰,NAA峰缺失,而在胶质母细胞瘤中仅有10.0%. Ala峰增高被认为是脑膜瘤的特

11、征性波峰,神经鞘瘤/转移瘤MRS中无Ala或Glx峰,神经鞘瘤出现Mi峰升高,以此可以区分脑膜瘤,神经鞘瘤,转移瘤.,环形强化的各种脑内病变的鉴别,.,18,其他类型脑肿瘤,目前,对其他脑肿瘤MRS的文献报道较少,已知转移瘤、淋巴瘤和结核瘤的Lip峰增高,但是淋巴瘤Lac峰相对更明显,结核瘤的Cho峰不高。,.,19,脑梗死和脑缺血的诊断,脑梗死病灶发生以下代谢改变:在常规MRI未见异常改变时,MRS即能早期发现Lac峰,对发病24h梗死区在T2WI上呈高信号者,MRS出现Lac峰的范围常大于T2WI的病灶范围,并且梗死区中央Lac水平高于周边,大脑中动脉阻塞所致梗死区的Lac水平高于其他部位

12、的脑梗死灶,脑梗死病灶一旦出现通常在Lac峰出现后,脑梗死病灶才有NAA峰下降,大脑中动脉区脑梗死的NAA降低显著重于其他部位的脑梗死灶,Lac峰水平最高的部位一般就是NAA降低最严重的部位;Cr和Cho峰的改变不如Lac和NAA那样恒定,而且文献报道尚无统一意见。,.,20,Giroud等对短暂性脑缺血发作(transient ischemic attack,TIA)进行MRS研究,在TIA发作后的3天内,对 脑功能异常区和对侧相同脑区进行MRS检查,结果发 现功能异常区的NAA/Cr无明显异常改变,而Lac峰升 高,提示脑局部低灌注可能导致乳酸浓度升高,预示 该区是可能发展成脑梗死的高危区

13、域。,.,21,.,22,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,MRI表现与脑肿瘤类似,应用MRS可区分肿瘤与急性脑梗死。梗死病灶的Cho/Cr正常,发病24h内Lac峰明显升高,提示脑缺血。,.,23,炎症,The main application of proton magnetic resonance spectroscopy in inflammatory and infectious processes is the establishment of differential diagnoses between these processes and brain

14、tumors.In focal inflammatory processes in patients with acquired immunodeficiency syndrome(aids), such as toxoplasmosis ,tuberculosis or cryptococcosis, proton spectroscopy shows a broad lipid peak and occasionally a lactate peak, with a decrease or absence of N-acetyl aspartate and slight increase

15、of choline.In pyogenic abscesses, N-acetyl aspartate,creatine and choline peaks are not detected and the spectroscopic curve presents amino acid peaks, especially succinate, acetate and cytosolic peaks, due to the great quantity of hydrolytic enzymes produced by bacteria, which results in elevated c

16、oncentrations of proteins and amino acids.,.,24,.,25,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.,.,26,阿尔茨海默病(Alzheimer.sdisease,AD)患者的NAA水平 在海马、颞叶、额叶、枕叶及脑白质均明显降低。 Kantarci等对AD枕叶皮质进行MRS检查,结果发MI/NAA 可作为AD与正常脑老化和其他类型痴呆的鉴别诊断指 标,NAA减少和MI升高可能

17、与患者认知功能减退程度相关。,.,27,Block等研究发现许多AD患者的NAA水平下降,mI升高; Dixon等研究发现AD患者左侧海马NAA水平显著降低。 Insausti等认为如果MRI同时显示海马体积萎缩,则对AD诊断具有显著性意义。且作者同时指出海马NAA水平显著降低与个体认知能力损伤密切相关。 Kantarci等应用1H-MRS对比研究AD老年轻度认知损害(MCI)和正常人,认为AD发病早期即出现mI/Cr的升高,并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,病变继续发展会导致DNA水平下降,由于上述改变在三者间有较大重叠,其诊断价值有待于进一步研究. Marjanska

18、等用1H2MRS监测B前体蛋白早老素联合转基因(APPPS1)鼠-B前体蛋白-早老素-联合转基因(APP2PS2)鼠野生鼠模型发现NAA/tCr,Glu/tCr水平随年龄增长均有所降低. NAA水平的降低被公认为是AD患者病理及病情进展的一个预测值,因此认为NAA、Glu的1HMRS观测结果同AD患者实际病情吻合,可以作为监测AD患者病情进程的一个重要指标。,.,28,.,29,帕金森氏病的诊断,帕金森氏病(Parkinson.sdisease,PD)的主要病理改变是 脑干黑质致密带中多巴胺神经元减少,基底节区也有类似 改变。目前,受技术水平的限制,MRS采样容积(VOI)还不 能准确放置在黑质,仅将VOI设定在双侧基底节区进行 MRS检查结果显示,PD基底节区的NAA/Cr比值降低,从而 提示基底节区神经元缺失或受到破坏。,.,30,多发硬化的诊断,多发硬化(multiple sclerosis,MS)的病理基础是脑白质脱髓鞘、神经传导阻滞和神经元损伤。Dviae等应用MRS评价MS病变,发现新发病灶内N