磁共振脑功能成像

磁共振波谱成像讲解磁共振脑功能成像第1页影像医学发展前景更敏感，更特异，更无创放射学----医学影像学放射诊疗----诊疗治疗学形态解剖----功效、代谢磁共振脑功能成像第2页医学磁共振技术应用MRI：研究人体组织器官大致形态病理生理改变MRS：研究人体能量代谢及生化改变fMRI：磁共振脑功效成像磁共振脑功能成像第3页脑功效成像测量脑内化合物测量脑局部代谢和血氧改变技术测量脑内神经元活动技术磁共振脑功能成像第4页脑功效成像测量脑内化合物测量脑局部代谢和血氧改变技术测量脑内神经元活动技术磁共振脑功能成像第5页测量脑内化合物是特殊神经化学研究技术，可定位定量，测量脑内各种生物分子分布和代谢。单光子发射计算机断层显像技术（SPECT）正电子发射断层成像技术（PET）磁共振波谱分析（MRS）磁共振脑功能成像第6页脑功效成像

测量脑内化合物测量脑局部代谢和血氧改变技术测量脑内神经元活动技术磁共振脑功能成像第7页测量脑代谢和血氧改变当脑活动增加时，局部血流，氧代谢和糖代谢增加，能够功效定位，对脑局部反应特征研究PET光学成像技术功效磁共振成像（fMRI）灌注成像：外源性灌注成像（PWI）内源性，血氧水平依赖法（BOLD）磁共振脑功能成像第8页脑功效成像

测量脑内化合物测量脑局部代谢和血氧改变测量脑内神经元活动磁共振脑功能成像第9页测量脑内神经元活动脑电图（EEG）脑磁图（MEG）事件相关电位（ERP）磁共振脑功能成像第10页磁共振功效成像磁共振波谱（MRS）扩散加权成像（扩散张量成像，DTI）灌注成像：外源性灌注成像（PWI）内源性，血氧水平依赖法（BOLD）磁共振脑功能成像第11页磁共振波谱(MRS)技术及临床应用

磁共振脑功能成像第12页MRS技术概述MagneticResonanceSpectroscopy，MRS研究人体能量代谢病理生理改变研究范围：中枢神经系统，体部如前列腺肝脏，乳腺等不一样波谱：1H、31P、13C、19F、23Na

31P-MRS最早应用1H-MRS应用最广泛磁共振脑功能成像第13页MRS对硬件要求

与MRI相同磁体RF线圈RF放大器RF发射器接收器和计算器磁共振脑功能成像第14页MRS对硬件要求与MRI不一样高场强，1.0T以上高均匀度，B0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辅助装置不需要成像装置，但需要必要硬件和软件，显示波谱，计算化学位移频率，测定波峰等磁共振脑功能成像第15页MRS技术及基本原理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MRS显示

振幅与频率函数即MRS磁共振脑功能成像第16页MRS技术及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一样化合物相同原子核，相同化合物不一样原子核之间，因为所处化学环境不一样，其周围磁场强度会有轻微改变，共振频率会有差异，这种现象称为化学位移不一样化合物相同原子核之间，相同化合物不一样原子核之间，共振频率差异就是MRS理论基础磁共振脑功能成像第17页MRS技术及基本原理MRS表示方法在横轴代表化学位移（频率差异），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应某种化合物存在和化合物量，与共振原子核数目成正比。磁共振脑功能成像第18页脑MRS磁共振脑功能成像第19页怎样取得MRS选择成像序列：激励回波法STEAM、点分辨波谱法PRESS等选择检验方法：单体素和多体素详细步骤：扫描参数、定位、饱和带、预扫描匀场、数据采集、后处理分析磁共振脑功能成像第20页MRS空间定位及序列选择激励回波法(theStimulatedEchoAcquisitionMethod,STEAM)

点分辨波谱法(thePointResolvedSpectroscopyPRESS)深部分辨波谱法（DRESS）空间分辨波谱法（SPARS）磁共振脑功能成像第21页MRS序列选择激励回波法：连续使用三个90°射频脉冲产生激励回波：900—900—900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弛豫不敏感磁共振脑功能成像第22页MRS序列选择点分辨波谱法：用1个90°和2个180°脉冲产生自旋回波：900—1800—1800优点：信噪比高，是激励回波法2倍

，能够选择长、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，如脂质磁共振脑功能成像第23页MRS检验方法单体素氢质子（Singlevoxel，SV）MRS多体素氢质子（protonmulti-voxelspectroscopyimaging，PMVSI）MRS磁共振脑功能成像第24页磁共振脑功能成像第25页SV氢质子MRS特点覆盖范围有限，一次采集只能分析一个区域，适合用于不足病变，后颅窝病变采集时间短，普通3~5分钟磁共振脑功能成像第26页MV氢质子MRSI2DPROBE-SI3DFocalPROBE-SIFullcoverageMRSI和UltroPROBE-SI磁共振脑功能成像第27页MV氢质子脑MRSI特点能够同时获取病变侧和未被病变累及区域，评价病灶范围大。匀场比较困难，因为多个区域同时取得相同磁场均匀性。对临近颅骨、鼻窦或后颅窝病灶，因为磁敏感伪影经常一次匀常不能成功采集时间比较长。磁共振脑功能成像第28页单体素与多体素比较

单体素轻易实现成像时间相对较短磁场不均匀性易克服谱线定性分析轻易谱线基线不稳定多体素覆盖范围大，一次采集可取得较多信息成像时间长轻易受磁场不均匀性影响谱线基线稳定磁共振脑功能成像第29页MRS详细操作步骤①成像参数选择②兴趣区选择③预扫描：体素匀场、水抑制④传导和接收增益，调整中央频率⑤资料采集⑥资料后处理，显示和储存

磁共振脑功能成像第30页怎样取得好MRS必要硬件和软件是基础：静磁场均匀性，射频脉冲稳定性，后处理软件序列、方法、参数和位置合理选择，是高信噪比确保磁共振脑功能成像第31页单体素点分辨波谱法（PRESS）成像参数TR1500ms

TE35ms或144ms

Voxelsize

15~20mm

NEX8

Scantime3‘40“

磁共振脑功能成像第32页参数选择对MRS影响SNRCho/crNaa/crScantimesensitivity采集次数增加__体素大小___TR延长——TE延长_磁共振脑功能成像第33页不一样TE对波谱影响（PRESS）TE=35msTE=144ms磁共振脑功能成像第34页不一样TE对波谱影响（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，惯用于肿瘤性病变。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。磁共振脑功能成像第35页兴趣区定位对MRS影响兴趣区大小直接影响波谱曲线准确性，过小信号相对较低；过大轻易受周围组织干扰，产生部分容积效应。依据病灶大小决定，普通单体素为15~20mm兴趣区定位注意：避开血管、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，掩盖代谢物检出磁共振脑功能成像第36页匀场和水、脂抑制匀场：波谱反应是局部磁场瞬间改变，任何造成磁场均匀性发生改变原因，都能够引发波谱峰增宽或重合，使MRS信噪比和分辨率降低水、脂抑制：水、脂浓度是代谢物几十倍，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:线宽，头颅小于10Hz，肝脏小于20Hz；水抑制大于95%磁共振脑功能成像第37页MRS信噪比MRS信噪比决定谱线质量MRS信噪比：最大代谢物峰高除以无信号区噪声平均振幅。通常大于3，谱线质量能够接收。磁共振脑功能成像第38页MRS信噪比影响原因磁场均匀性兴趣区定位采集平均次数体素大小TR、TE时间组织内原子核自然浓度和敏感性磁场强度：MRS敏感性与磁场强度2/3次方成正比，场强越高，敏感性和分辨率越高磁共振脑功能成像第39页总之兴趣区定位准确，避开可能影响MRS周围组织原因恰当匀场，确保采样区磁场均匀性，提升分辨力和敏感度充分抑制水、脂信号，防止波谱脂肪污染和水信号对代谢物掩盖增加采集次数、增加体素大小提升信噪比依据不一样病变选择不一样参数：TR、TE磁共振脑功能成像第40页波谱检验不成功或出现非诊疗性波谱原因患者不能配合匀场不成功病灶存在大量坏死、血液成份、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品治疗后影响代谢物水平磁共振脑功能成像第41页MRS面临挑战

特定技术抑制水波谱：与水相比，脑内代谢物含量非常低提升分辨力和敏感度：

MRS反应局部磁场瞬间改变，对任何原因引发磁场均一性微小波动均较敏感，造成波峰增宽和重迭，从而降低MRS技术分辨力和敏感度定量分析困难：尤其是绝对定量磁共振脑功能成像第42页MRS临床应用脑部体部：前列腺、肝脏、乳腺等磁共振脑功能成像第43页MRS在脑部临床应用技术点分辨波谱法PRESS选取SV或MV选择成像参数兴趣区选择定位自动预扫描：匀场、水抑制数据采集后处理和分析磁共振脑功能成像第44页序列及扫描参数SV,pressTR1500msTE144/35msFOV24cmVoxelsize20mmNEX8Scantime3min自动预扫描后取得参数：线宽（Ln）小于10Hz水抑制大于95%磁共振脑功能成像第45页1HMRS在颅脑疾病应用肿瘤与非肿瘤肿瘤类型观察肿瘤治疗效果和复发肿瘤与水肿非肿瘤：感染，梗塞、出血、癫痫等各种变性病变、神经退行性变、脱髓鞘病变、代谢性病变等磁共振脑功能成像第46页脑MRS常见成份汉字名称英文缩写ppm位置脂质Lipid0.8-1.3乳酸Lac1.3乙酰天门冬NAA2.0谷氨酸Glu/Gln2.1,2.3,3.7胆碱Cr/Pcr3.2肌醇Mi/Ins3.6磁共振脑功能成像第47页ChoNAACrmI磁共振脑功能成像第48页人脑代谢物测定意义

N-乙酰天门冬氨酸(NAA)：位于波谱2.0ppm处，主要位于成熟神经元内，是神经元内标识物，是正常波谱中最大峰。NAA下降见于神经元损害，包含缺血、创伤、感染、肿瘤等，脑外肿瘤无NAA峰NAA升高少见，Cavana病，发育中儿童，轴索恢复时可升高。磁共振脑功能成像第49页ChoCrNAA磁共振脑功能成像第50页正常异常磁共振脑功能成像第51页胆碱(Cho)：脑内总胆碱，波峰位于3.2ppm处，是细胞膜磷脂代谢成份之一，是细胞膜转换标识物，反应了细胞膜运转，和细胞增殖，Cho是髓鞘磷脂瓦解标志。Cho升高：脑肿瘤，急性脱髓鞘疾病Cho降低：中风，肝性脑病磁共振脑功能成像第52页ChoNAACr磁共振脑功能成像第53页肌酸(Cr/Pcr):包含肌酸和磷酸肌酸，是脑代谢标识物,位于波谱3.0ppm和4.1ppm处，参加体内能量代谢，Cr波峰比较稳定，惯用作内标准。在正常脑波谱中，Cr是第三高波峰。Cr/Pcr升高：创伤，高渗状态Cr/Pcr降低：缺氧，中风磁共振脑功能成像第54页CrChoNAA磁共振脑功能成像第55页乳酸(Lac)：乳酸是糖酵解终产物，它出现提醒无氧呼吸，正常脑组织中不可见，位于波谱1.32ppm，当TE从短TE变为长TE时，Lac峰会发生翻转。出现乳酸峰：见于脑肿瘤、脓肿、囊肿、梗塞及炎症磁共振脑功能成像第56页LACLACTE=35TE=144磁共振脑功能成像第57页磁共振脑功能成像第58页肌醇（mI）：波峰位置3.56ppm处，胶质细胞标识物，是最主要渗透压或细胞容积调整剂mI升高，提醒胶质增生及髓鞘化不良：新生儿，低级别胶质瘤mI降低：恶性肿瘤，慢性肝病磁共振脑功能成像第59页Lip-脂质：波峰位于0.8~1.33ppm之间，脂质、谷氨酰胺和肌醇只有在短TE才能检出Lip增高，提醒髓鞘坏死和／或中止。见于恶性肿瘤，炎症，急性中风磁共振脑功能成像第60页TE=35ms磁共振脑功能成像第61页（1）分析MRS时注意点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取一样技术和方案，保持可比性假阴性：因为部分容积效应，体积较小病灶可能表现为正常降低假阴性办法：缩小体素，提升分辨率；增加采集次数，提升信噪比磁共振脑功能成像第62页（2）分析MRS时注意点百分比原因（病理掩盖）：当一个代谢物占优势时，其它代谢物因为百分比原因，显示为很小波峰，这并不意味着其它代谢物浓度低，而是因为某种代谢物病理性增加对比剂影响：对比剂注射不影响整个波谱解释，但可能会影响个别峰面积磁共振脑功能成像第63页（3）正常情况下不一样区域代谢物改变１NAA:海马＜皮质及皮质下，小脑＜其它２Cr:灰质＞白质（２０％左右）3Cho：白质＞灰质，在桥脑浓度＞其它部位４基底节区：NAA/Cr和mI/Cr比率较低，Cho/Cr比率较高磁共振脑功能成像第64页（4）不一样年纪代谢物改变

新生儿：NAA及NAA/Cr比率逐步增加，提醒出生后神经元逐步成熟＜8月：Cho和mI水平显著升高8月至2岁：波谱逐步趋于正常化2岁后与成人基本一致老年人：NAA及NAA/Cr比率减低，提醒神经元数目降低或生存能力减低。Cho和Cho/Cr比率升高，提醒细胞膜退变加剧和胶质细胞数目增加磁共振脑功能成像第65页MRS判别肿瘤与非肿瘤

波谱技术TE=144ms，轻易反应Cho水平增加，即肿瘤病灶中主要代谢物TE=35ms，能检出mI，有利于肿瘤分级静脉注射对比剂前后，均可进行质子波谱成像，但进行随访时应与前一次一致磁共振脑功能成像第66页MRS判别肿瘤与非肿瘤

肿瘤波谱形式：NAA及NAA/Cr比率降低，提醒神经元数目和生存能力降低Cr降低，是因为肿瘤能量代谢需要Cho、Cho/NAA和Cho

/Cr比率增加，与细胞膜转换率和细胞稠密度相关，是源于肿瘤细胞增殖Lac出现：与成人脑肿瘤分级直接相关，肿瘤级别越高峰值越高；见于全部儿童脑肿瘤中磁共振脑功能成像第67页MRS判别肿瘤与非肿瘤Lip出现强烈提醒组织坏死，见于肿瘤、炎症、急性脱髓鞘病变mI/Cr便于肿瘤分级，低度恶性肿瘤＞高度恶性肿瘤；mI/Cr比率显著增高，提醒为非肿瘤性病变Glx高于NAA峰1/3时即认为Glx增高，见于脑膜瘤，显著增高提醒非肿瘤性病变：感染，梗死，肝性脑病等磁共振脑功能成像第68页MRS判别肿瘤与非肿瘤

注意点不能完全依赖于波谱，要结合MRI图像和灌注结果假阴性结果：见于肿瘤显著坏死、低度恶性、非常小病变假阳性结果：见于炎性假瘤、机化血肿、病毒性脑炎等磁共振脑功能成像第69页胶质瘤Cho增加，NAA降低磁共振脑功能成像第70页Cho增加磁共振脑功能成像第71页Cho增加磁共振脑功能成像第72页脑脓肿Lac增高磁共振脑功能成像第73页磁共振波谱(MRS)技术在体部应用磁共振脑功能成像第74页MRS在前列腺肿瘤中应用超声、CT、MRI诊疗前列腺癌，敏感性特异性都不高MRS使前列腺癌诊疗重现生机，MRI与3D-MRS相结合评价前列腺癌敏感性95%，特异性91%，是最为理想检出前列腺癌方法。摘自（Radiology,1999,213:473-480）磁共振脑功能成像第75页MRS在前列腺肿瘤中应用前列腺癌在MRS上表现为较高Cho峰，同时特异性枸橼酸盐（Citrate）峰显著减低，对前列腺癌诊疗特异性较高。MRS技术：选择序列参数、定位、饱和带、匀场常规自动预扫描自动匀场和水脂抑制，要求线宽小于15Hz，方可进行MRS数据采集。数据后处理分析磁共振脑功能成像第76页正常前列腺MRS图像来自北京大学第一医院磁共振脑功能成像第77页Cho3.2Cre3.0Cit2.6-2.7正常前列腺MRS谱线表现ci