脑肿瘤磁共振波谱MRS和PWI灌注成像

脑肿瘤的磁共振MRS和PWI成像病理生理和神经化学成像技术和脉冲序列临床应用脑肿瘤的磁共振波谱和灌注成像能给出病理和代谢信息对常规MRI进行补充有助疑难疾病的诊断脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学血管壁厚度增加管腔截面减少相对脑血容量（rCBV）减少血管腔血管壁周围组织电子自旋T2*信号减低梯度回波能探测其顺磁敏感性血管直径增加管壁增厚数量增多血容量增加正常脑胶质瘤毛细血管直径3-5μm3-40μm内皮细胞厚度0.26μm0.5μmrCBV与肿瘤级别和血管增生的组织学相关血管增生程度-是组织病理学特征和预后最关键因素肿瘤恶性程度和胶质瘤分级的重要组织学标准血管网不仅为肿瘤输送氧和营养物质而且是肿瘤侵犯周围血管的路径恶性肿瘤常破坏脑毛细血管内皮细胞血脑屏障通透性升高-对比剂增强外溢-血管通透性可测量脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学血管内皮生长因子(VEGF)血管渗透性因子(VPF)与肿瘤新生血管有关肿瘤生长的重要介质灌注MRI能直接探测与组织学相关的CBV和血管渗透性脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学6DSCMRI测量脑血流量困难（需测动脉输入功能）DSCMRI和动脉自旋标记技术结合可测量与肿瘤级别相关的CBF肿瘤灌注平均通过时间(MTT)与脑血流成反比CBF=CBV/MTT脑肿瘤中浓密微血管和迂曲侧枝循环CBV升高MTT应延长一些肿瘤微血管不均匀尤其肿瘤边缘CBF增加MTT也可降低脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学1H-MRS检测的神经代谢物的意义NAA神经元标志减少与神经元丧失或死亡有关Cho反映脑内总胆碱量包括磷酸胆碱甘油磷酸胆碱磷脂酰胆碱和鞘磷脂升高提示细胞膜更新紊乱Cr包括肌酸磷酸肌酸是能量代谢产物反映细胞内肌酸总储备情况相对稳定常用内标准•理论上测各物质绝对浓度最科学但复杂•NAA，Cho与Cr比值相对容易不随T1/T2变化不受脑脊液影响CalellaAM,etal.NeuralDev,2007,2:4.EhrengruberMU,etal.Gene,2000,258(1-2):63-69.脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学ppm3.93.23.02.42.01.3NormalMRSpectrum122GMHunter’sangle1WM代谢物胆碱复合物肌酸-磷酸肌酸N-乙酰天门冬氨酸谷氨酸+谷氨酰胺肌醇乳酸脂质ChoCrNAAGlx(Glu+Gln)mIlactatelipidsppm3.23.03,3.942.02-2.052.05-2.53.561.330.9代谢物亮氨酸，异亮氨酸，缬氨酸丙氨酸醋酸盐琥珀酸盐甘氨酸谷胱甘肽磷酸丝氨酸Leucine,isoleucine,valinealanineacetatesuccinateglycineglutathionephosphoserineppm0.91.481.922.43.552.93.7脑肿瘤中Cho改变Cho水平与肿瘤细胞密度肿瘤级别有无坏死有关Cho升高见于肿瘤由于细胞膜翻转和增生细胞膜破坏释放磷酸胆碱和甘油磷酸胆碱及其代谢物合成是Cho升高的生物学基础脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学脑肿瘤基本代谢改变Cholactatelipids升高NAACr降低脑肿瘤中Cho改变Cho降低高度恶性肿瘤和GBMs的大量坏死Cho半定量能显示胶质瘤的增生与胶质瘤增生活跃组织学标志Ki-67明显相关Cho值不同可显示肿瘤内不同组织学分级出血钙化辐射射坏死区等脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学脑肿瘤中NAA确切功能不清神经元密度和发育标志--神经元特性也见于不成熟少突胶质细胞原始星形细胞轴突NAA降低-正常神经元和轴突被肿瘤组织取代正常脑内乳酸很少检出乳酸明显升高有氧反应失去无氧糖酵解取代缺氧代谢紊乱巨噬细胞聚集（炎症区）乳酸也可聚集囊肿和坏死灶乳酸和脂质常见于坏死和囊性肿瘤内-预示高度恶性脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学脑肿瘤中Cr和PCr改变Cr能量代谢标志Cr相对恒定常用作计算代谢物比值(Cho/Cr和NAA/Cr）但恶性病变降低Cr减少肿瘤消耗能量增加代谢活动局部和个性化Cr浓度不清绝对定量增加MRS敏感度和特异度肌醇（Myo-inositol）低级别胶质瘤升高脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学脑肿瘤磁共振波谱NAA降低-肿瘤代替或破坏神经元Cr相对恒定,但恶性病变降低Cho肿瘤升高Lipids见于肿瘤坏死-预示高度恶性Lactate见于血供丰富的恶性程度很高的肿瘤Myo-inositol低级别胶质瘤升高History:68y/oman严重头疼TE30msDx:Grade2astrocytomaDx:Grade2fibrillaryastrocytoma3yearslaterTE144msHistory:39y/owoman间断性视力缺失数周475Dx:Highlyanaplasticastrocytoma{4}TE30ms随肿瘤级别磁共振波谱的变化随恶性程度增加:NAA降低Cr降低Cho升高Lactate升高Lipids可能升高History:34y/omanwithheadacheandmentalstatuschanges502{2}Dx:GBM{3}132321成像技术和脉冲序列脑肿瘤DSCMRI参数测量示踪剂稀释法和首过药代动力学模型法DSCMRI信号被测量由于对比剂引起T2orT2*效应的磁敏感性动态磁敏感对比增强灌注MRI(DSCMRI)血脑屏障破坏区漏出和T1效应CBV被高估测量相对rCBV参考对侧正常脑白质无单位rCBV用于局部CBV或相对动脉输入功能CBVcCBV（correctedCBV）用于脑血容量漏出效应校正序列自旋回波-梯度回波对比剂通过微血管使T2和T2*变化自旋和梯度回波能测量CBV对比剂标准剂量(0.1mmol/kg）正常脑白质传递信号失去约25%SET2WI不敏感需要2-4倍对比剂量才产生信号变化梯度回波探测局部磁敏感性顺磁性变化更敏感血管和周围组织局部磁敏感性改变血管内外质子自旋降低T2*成像技术和脉冲序列动态磁敏感对比增强灌注MRI(DSCMRI)序列自旋回波-梯度回波自旋回波伪影磁敏感性较小毛细血管对比磁敏感性增加梯度回波毛细血管和较大血管灌注均敏感减少层厚可降低伪影的磁敏感性梯度回波用0.1mmolgadolinium/kg的磁敏感度和自旋回波用0.2mmol/kg相似成像技术和脉冲序列动态磁敏感对比增强灌注MRI(DSCMRI)序列单体素-多体素单体素采样小一般病变2D定位对低波谱分辨率组织化学位移伪影体素内出血化学位移成像污染更好多体素MRSI或化学位移成像(CSI)2D或3D采样大分辨率高代谢物覆盖兴趣区大可评价局部和全脑MRSI+MRI比较正常和病理组织体素获得具体代谢物分布成像技术和脉冲序列质子MRS和MRSI成像技术和脉冲序列质子MRS和MRSI序列单体素-多体素3DMRSI-提供脑肿瘤全面波谱评价K空间采样和化学位移编码结合-减少3D成像时间加容积饱和带-减少头皮和脂肪污染序列短回波-长回波时间短回波（20-40ms）MIGlxlipids-重要肿瘤特征和监测疗效高信/噪比基线不平假“NAA”2.05-2.5ppmGlx复合物中等回波（135-144ms）颅内肿瘤多用-1.3/1.4ppm脂肪中分出乳酸和丙氨酸双波J-耦合/倒置-基线平少扭曲-无“假NAA”2.0-2.05仅NAA2.05-2.5ppm无Glx复合物-脂质出现比短波更有意义-易重复准确尤其肿瘤特性主峰Cho和NAA长回波（270-288ms）因代谢物T2衰减NAACho和Cr信号低信/噪比低成像技术和脉冲序列质子MRS和MRSI31左顶叶复发性高级别胶质瘤体素位置rCBV增加第1-2行肿瘤波谱明显胆碱升高长回波信/噪比低乳酸峰倒置肌醇Glx脂质峰短TE易鉴别高Glx（2.05-2.5ppm）假NAA峰长回波不明显第3行正常对侧大脑长回波基线信号降低第4行脑脊液缺乏波谱rCBVrCBV32常用中等回波135or144ms时间允许再短回波30ms3DMRSI序列更好回波时间靠个人经验与正常对照比较时间有限时推荐仅短回波--短TE代谢物信息对肿瘤特性重要成像技术和脉冲序列质子MRS和MRSI33序列增强前-后波谱争议对比剂对波谱数据影响尤其波峰面积定量注对比剂后波谱理由-对代谢物比和峰面积影响小-在波宽和波峰比上可减少患者间的差异-不仅获得肿瘤T2信号异常区波谱-而且确定强化坏死及肿瘤侵犯或水肿区代谢变化成像技术和脉冲序列质子MRS和MRSITR/TE1000/54FOV210×210mm层厚3-8mm矩阵128×128体素1.8×1.8mm层间隔0-30%翻转角30带宽1470Hz/pixel10层60层/秒TR1000ms+FLA30T1效应最小对比剂注射前采集10层--基线对比剂(0.1mmol/kg)流率3-5mL/s盐水(总量20mL)脑肿瘤MRI参数DSCMRI3D或2DTR/TE1500/144ms混合多体素CSIPRESS双回波包异常和正常脑组织VOI在脑内相位编码FOV中心外放饱和带第二个3D或2DTR/TE1500/30ms（时间允许）脑肿瘤MRI参数ProtonMRSI脑肿瘤MRI参数37波谱表现无特异环状强化波谱重叠如胶质瘤转移瘤炎症脱髓鞘病变AIDS相关病变MRIMRSI灌注MRI联合提高准确度可信度敏感度病变部位和对侧正常脑组织代谢物比较Cho/Cho(n)和Cho/Cr(n)比值不是传统Cho/CrorCho/NAAMRSI和DSCMRI数据不仅肿瘤而且肿瘤周围鉴别原发胶质瘤水肿转移瘤单纯血管源水肿非肿瘤侵犯一些共振峰帮助细菌性脓肿诊断亮氨酸异亮氨酸缬氨酸丙氨酸醋酸盐琥珀酸盐甘氨酸除CBV外其它灌注参数帮助提高特异性MTT升高-缺血血管通透性升高-非典型脑膜瘤MRIMRS灌注成像结合SummaryofDSCMRIandMRSIFindingsforCommonRingEnhancingBrainLesions39磁共振波谱和灌注磁共振波谱肿瘤组织学恶性程度界定肿瘤vs.强化边缘指导活检疗效随访脑肿瘤磁共振灌注DSI(动态磁敏感成像)主要参数CBV(脑血容量)恶性程度指导活检监测疗效History:27y/omalewithasingleseizure708Dx:Low-gradefibrillaryastrocytoma{2}TE30msTE144msHistory:55y/omalewithnausea,vomiting&increasingsomnolence684Dx:GBM{2}胶质瘤级别评价灌注MR和MRS在脑肿瘤的临床应用高级别胶质瘤术后需放化疗低级别无需组织学肿瘤分级金标准有限度活检样本限度细胞学限切下肿瘤残余肿瘤不能胶质瘤组织病理学分类有争议在讨论修订rCBV在胶质瘤分级有用LGGsandHGGsrCBV比较LGGs1.11-2.14HGGs3.64-7.32330例胶质瘤分级rCBV胶质母细胞瘤7.32间变性星形细胞瘤5.84低级别胶质瘤1.26160例胶质瘤分级rCBVLGGs2.14HGGs5.1866胶质瘤级别评价灌注MR和MRS在脑肿瘤的临床应用与低级别比较高级别胶质瘤rCBV高Cho高52岁女II/IV级胶质瘤Cho增加区与高rCBV区不对应Cho升高rCBV1.70TE144轴位T1FLAIRT24770岁女Ⅲ/Ⅳ级胶质瘤Cho增加区与高rCBV区不完全符合Cho增加区超出增强区肿瘤浸润明显Cho增高rCBV3.70轴位T1FLAIRTE1444860岁男IV/IV级胶质瘤病变周围增加灌注和坏死中心降低灌注Cho增加区对应高rCBV