MRS分析（教学课件）

1、颅内疾病的H1+MRS检查,What Can We See into MR spectroscopy?,MRS的原理,由于质子空间位置的不同，根据Lamour方程，自旋频率有轻微的差别：化学位移； 1H有10ppm=640Hz(1.5T） 31P 有30ppm=770Hz 13C有200ppm=5000Hz 19F有2000ppm=120000Hz 空间定位PRESS 或者PRIME，抑制水中的1H信号，,what if the nuclei emit slightly different frequency energy ?,what determines the frequency ? e

2、nergy difference field strength,B0applied field Larmor frequency magic number for nucleus (gyromagnetic ratio) purely empirical What is the real field that a nucleus sees ? mixture of outside field and local environment,blue H is different to green Hso frequency should change,A possible toy spectrum

3、,frequency,looks more like real spectroscopy different nuclei give different peaks a real spectrum ?,Recording a spetrum,excite,many different frequences,sort out frequencies with Fourier transform,Spectrum with splitting,diagram from http:/drx.ch.huji.ac.il/nmr/whatisnmr/whatisnmr.html,when do we s

4、ee splitting ? H-C ? H-C-C-H,N,H,C,H,C,H,C,H,2,O,C,C,H,3,C,H,3,real splitting,diagram from http:/drx.ch.huji.ac.il/nmr/whatisnmr/whatisnmr.html,MRS的技术和影响因素,1、扫描技术： H1+、P31 、13C、19F等；较常见的是1H和31P； 2、 H1+ MRS：Single voxel，Multi-voxel,3-D等； 3、TE时间影响显示的波峰，如短TE显示的波较多（10、25ms),长TE（144、135ms等）； 4、脑的不同部位和年龄影

5、响组织内分子的含量，附近组织的影响。 5、最小的Voxel为4mm,实验用甚至达2mm；一般化学物质浓度0.5mM-10mM。,MRS成像技术,如何定位：采用三个相互垂直的90度选层剃度； PRESS采用90180180度； 1、STEAM和PRESS的区别:前者不易受周围的信号污染，后者定位不如前者准确但是S/N是前者的2倍； 2、CHESS抑制水分子的信号：预饱和；,脑正常H+波谱分析,1、NAA（N乙酰天门冬氨酸），2.022.6ppm,在神经细胞内，由神经元的线粒体产生； 2、Cr（肌酸/磷酸肌酸Pcr），3.02ppm,能量代谢物； 3、Cho(胆碱复合物），3.23ppm，磷酸胆碱

6、(PC)和甘油酸胆碱(GPC)，细胞膜和脂质中，细胞膜的合成和降解； 葡萄糖：3.4和3.8ppm,糖尿病可以升高。,4、Lac（乳酸），1.33ppm,双峰结构，正常脑组织内无； 5、MI（肌醇），3.56ppm，少量为氨基乙酸和1-磷酸肌醇，与脑的渗透调节和细胞膜磷脂代谢有关，为胶质细胞的指标；良性者升高，MI/Cr明显升高提示为非肿瘤性病变,短TE更明显，长TE受J-coipling影响； 6、Glx(谷氨酸盐/谷氨酰胺/氨基丁酸）脑内活性物质，2.2-2.4ppm和3.6-3.8ppm,Glx高于NAA的1/3，提示升高，Glx明显升高提示为非肿瘤性病变，脑缺氧、肝昏迷、癫痫精神分裂等

7、； 7、Lip脂质波，1.4ppm,提示组织坏死，髓鞘发育前可以发现Lip波。,MRs,PROBE-SV,2D MR SPECTROSCOPY,2D MR SPECTROSCOPY,2D MR SPECTROSCOPY,颅内MRS正常值,MRS,MRS,新生儿颅脑MRS特点,MI 和 Cho在新生儿较成熟脑高； MI在最初的的数月下降，Cho随着髓鞘化而下降； NAA和Cho出生时都很低，Cho在4月内持续升高并保持恒定，NAA在第一年保持恒定； 成年后金属沉积波增宽；,颅内病变的MRS,肿瘤MRS特点：NAA下降甚至无，Cho升高，Cr可以下降，出现Lac以及Lip波； 鉴别肿瘤和炎症：脓肿

8、内出现氨基酸波Aas（0.9ppm),出现在长TE序中，短TE可能与Lip重叠；Cho,Cr和NAA下降，醋酸盐（1.92ppm)、琥珀酸盐（2.4ppm)、 Aas为细菌分解产物；但是在霉菌以及寄生虫感染没有AA； 脑囊虫： Cho,Cr和NAA下降，Lac和Aas升高，醋酸盐（1.92ppm)、琥珀酸盐（2.4ppm)和 Aas升高提示非肿瘤；,结核瘤：显著特点是Lip,NAA、Cho、Cr和MI减少甚至缺失； 脑炎：NAA和NAA/Cr下降，慢性期更加明显，Cr下降，Cho和Cho/ Cr显著升高，尤其疱疹病毒感染，出现MI提示炎症； 弓形虫感染和淋巴瘤：淋巴瘤的NAA/Cr、NAA、C

9、r和MI降低，Cho升高，Lip和Lac升高，前者的Cho下降；,左额叶病灶， 长T1长T2信号,MRS波谱分析,Glioblastoma Abscess,MR images of a patient with a brain abscess,MR images of a patient with a brain abscess,MRS,Representative in vivo 1H MR spectra for six cerebral abscesses demonstrate an inverted resonance around 0.9 ppm, which correspond

10、s to amino acids. AA = amino acids, Ac = acetate, Ala = alanine, Lac = lactate, ms = millisecond, Suc = succinate.,MRS-abscess,脑脓肿的MRS,1、在强化的脓肿壁、脓腔和周围水肿区内见显著和典型的Lac波，脓腔脓肿壁周围水肿区; 2、脓肿壁、脓腔和周围水肿区内NAA下降，但是脓肿壁脓腔; 3、随着Lac峰从中心向周围水肿区递减，Cho 和Cr递增。,succinate (Succ), acetate (Ac), alanine (Ala), lactate (Lac),

11、 and amino acids (AA).,MRS在良恶性胶质瘤中的意义,1、NNA显著降低，Cr中度降低，Cho升高； 2、Lip和Lac提示肿瘤缺氧和坏死； 3、Cho/NAA值与恶性相关性明显； 4、出现Ala、Gly和PEA与恶性程度有关； 5、MI以及MI/Cr，良性者较高；,Headache and epilapsy in a 35 year male,MRS in 6 and 16 voxel,Multi-voxel MRS of glioma,49 year female patient,TIWI ,+C and MRS,Gliomatosis cerebri,胶质瘤不同区域

12、MRS值比较,胶质瘤,NAA/Cho,1肿瘤中心，2肿瘤周边，3周围水肿，4对侧正常区域。,NAA/Cr,Cho/Cr,肿瘤中心区、边缘区和周围水肿区 NAA/Cho和NAA/Cr递增； Cho/Cr和乳酸值递减； 肿瘤强化区内NAA下降，于强化区可见乳酸峰。,Brain infarction: NAA降低，出现乳酸峰,Diffusion and MRS,Acontrol, B-low grade astroma, C -analplasia, D-GBM, MI decreased with grading,22-year-old man with oligodendroglioma Inv

13、olving the left temporal lob and basal ganglia region. NAA and Cho (NAA/Cho = 0.72),25-year-old woman with low-grade astrocytoma in right thalamus and subsequent invasion of the left thalamus via the massa intermedia。NAA/Cho ratio (0.66) with prominent lactate peak,AD, healthy control subject (A), l

14、ow-grade tumor (B), an anaplastic astrocytoma (C), GBM (D). 2000/272/128 (TR/TE/excitations),JPA(Juvenile pilocytic astrocytoma),PNET and ependymoma,Harmatoma,tuberous sclerosis and cortical dysplasia,Cerebral infarction,HIE,near-drowning,Twelve-month-old presenting with pneumonia and seizure episod

15、e,Four-month-old with severe shaking injury,脱髓鞘疾病的MRS,1、NAA、NAA/Cr降低，Cho、Cho/Cr、MI、MI/Cr升高，出现Lac和Lip; 2、假肿瘤样的MS：肿瘤的NAA下降更明显，MI/Cr升高提示为MS； 3、PML进行性多发脑白质病： MI、MI/Cr中度升高；与淋巴瘤鉴别； 4、其它；,MS斑块区域 和正常区域MRS,Tumefactive demyelinating lesion.,Glioma or not?,脑内和脑外肿瘤,1、脑膜瘤和神经鞘瘤：无NAA和Cr； 神经鞘瘤在3.6ppm出现磷酸肌醇峰； 脑膜瘤出现A

16、la(1.2-1.4ppm),Cho和Glx升高，Cho显著，Cr和Lip下降， 转移性肿瘤：无NAA，Lip和Lac显著，DBM和M均可有显著的Lip峰；,Metastasis tumor,肿瘤复发和放射性脑炎：前者恢复肿瘤特性，后者NAA、Cr、Cho、MI下降或者缺乏，Lip和Lac峰； 原始神经外胚层肿瘤（PNET)：除了其它肿瘤特征外有明显的丙氨酸和Glx，Cho升高超过星形细胞瘤和室管膜瘤，3.65ppm处有Gly-Mi的升高； 颅咽管瘤：出现Lip峰；,脑膜瘤MRS结果,1、除了其它MRI的固有的特征外，MRS显示Cho显著升高，NAA缺乏，Cr明显下降或缺乏。其中1/3于肿块内

17、可见NAA波峰； 2、于肿块内部可测到Lac峰，于肿瘤旁白质内未见Lac峰。,MRS,MRS,MRS,脑内转移性肿瘤MRS,1、2/3于中心区NAA缺乏，但是在肿瘤边缘可见下降的NAA峰。 Cho升高，Cr明显下降或缺乏。 2、肿块内2/3见在1.33ppm左右单峰波，可能为坏死的脂质成份。 3、转移性肿瘤的Cho/Cr:5.22,3.58,2.02和1 。,转移性肿瘤的Cho/Cr：,听神经鞘瘤的MRS,1、在肿瘤的实性和囊性变区NAA和Cho下降,囊性变区域Cr明显下降或缺乏； 2、实性区域或肿块中心可测到Lac,囊性变区域无。 3、周围脑组织无Lac，NAA、 Cho 和Cr与对侧相似，

18、NAA甚至略高。,颅咽管瘤的MRS,1、囊性部分NAA、 Cho 和Cr均缺乏； 2、无Lac； 3、本例（9岁）见阻塞性脑积水，于MR信号表现正常岛叶相对于Cho 和Cr，NAA下降，NAA/Cho、 NAA/Cri、 和Cho/Cri分别为：0.47、0.88和1.92。,MRS,MRS,MRS,MRS,MRS,代谢性疾病,Leighs Disease:脑组织中出现Lac, NAA、Cho和Cr下降，NAA明显； MELAS 病：在脑实质以及CSF中发现乳酸峰； 肝性脑病：myo-inositol (MI)/ (Cr) Cho)/Cr 下降， Glx/Cr 升高，肝移植后可以恢复到正常；,L