MRS的临床应用(何-杰)-2

MRS的临床应用何杰常规磁共振（cMRI)功能性磁共振（fMRI）弥散成像（DWI）波谱成像（MRS）灌注成像（PWI）弥散张量成像（DTI）脑皮层功能成像（BOLD）基本概念MRS是目前唯一无创性观察活体组织代谢及生化变化的技术，检测到cMRI不能显示的异常1995年，MRS被美国食品及药品管理局正式批准基本概念MRS不能替代cMRI，但可提供补充信息。对于复杂病例，当分析临床病史和影像资料出现争议时，MRS最有价值。应用DWI、PWI和MRS等多种功能成像方法评价脑部病变，将提高磁共振成像诊断的特异性和诊断能力。观察病变进展，评估治疗后反应，提示预后。基本原理1947年波罗科特(Proctor)指出原子核的共振频率与其化学环境密切相关,化学环境的改变可使某种原子核在Larmor共振频率的基础上有轻微的偏移,这种现象称之为化学位移。MRS就是利用磁共振现象和化学位移作用,对特定原子核及其化合物进行分析。基本原理MRS谱线的横轴代表化学位移，即频率，所能探测到的化合物表现为在一个或特定频率上的峰。纵轴是化合物的信号强度，其峰高度或峰下面积与该化合物的浓度成正比。基本原理最常用于医学临床的原子核有1H、31P、13C，其中以1H和31P波谱最常用1H波谱磁敏感性较31P波谱高，因此信号更强，有更高的空间分辨率1H最常用于MR波谱分析，能检测脂肪、氨基酸、酮体等生物重要代谢物质基本技术空间定位技术单体素技术多体素技术基本技术单体素（singlevoxel,SV)-覆盖的解剖范围有限，采集一次只能分析一个区域-体素定位应准确-避开磁化率伪影和脂肪-弥漫性病变大小选2*2*2cm;局灶性病变，可缩小体素基本技术常用的单体素空间定位采集技术激励回波采集模式（stimusatesechoacquisitionmode，STEAM）连续使用三个互相垂直的90度脉冲获得1个受激回波点分辨波谱（pointresolvedspectroscopy，PRESS）使用1个90度脉冲和2个重聚的180度脉冲获得自旋回波基本技术STEAM优点：回波时间短（20-30ms），能显示谷氨酰胺和谷氨酸（glutamine、glutamate,Glx)、肌醇（myo-inositol，mI)、脂质（lipids，lip）等短T2物质缺点：信噪比低，对运动极敏感基本技术PRESS目前常用的技术,可选择长、短TE优点：信噪比高缺点：选择长回波时间时（TE50ms）会导致短T2代谢物的丢失，且导致信噪比下降平直的基线明确的窄峰基本技术多体素（multi-voxel)技术又称化学位移成像（chemicalshiftimaging,CSI)或磁共振波谱成像（magneticresonancespectrumimaging，MRSI)可分为二维及三维的多体素采集。优点是一次采集覆盖的范围较大，在选定的空间分布中，可得到多个体素的代谢物谱线，比单体素效率高。还可通过软件将感兴趣代谢物的MRS信号变化标记到相应的MRI图像上，重建出代谢物分布图，直观显示代谢物变化基本技术多体素技术的缺点对硬件及软件技术要求较高，比单体素采集费时。由于采集范围大，比单体素更容易受到磁场不均匀的影响，谱线的质量及稳定性不如单体素技术可靠，谱线的校正、拟合也更复杂基本技术回波时间应用长、短TE确定的常规代谢物-N-乙酰天门冬氨酸(N-acetylasparte,NAA)-肌酸（creatine,Cr)-胆碱（choline,Cho)-乳酸（lactate,Lac)仅短TE确定的代谢物-脂质（lipids,Lip)-谷氨酰胺和谷氨酸（glutamineandglutamate,Glx)-肌醇（myo-inositol,mI)基本技术如何选择长、短TE中等TE（144ms）PRESS用于肿瘤性病变。易于显示Cho和Lac峰，两者是肿瘤性病变的主要代谢改变短TE（30-35ms）PRESS用于其他的病理状态基本技术体素的位置和大小：为提高1HMRS敏感性,感兴趣区要求有严格的边界,并避免来自邻近组织的干扰:体素越小，部分容积效应越小，但信噪比及空间分辨率降低●血管、血液、空气、脑脊液、脂肪、坏死区、金属、钙化●颅骨,ROI距其至少约5～10mm●邻近静脉窦基本技术如何确定Lac峰（Lac与Lip共振频率基本相同）严格匀场后，Lac的共振呈双峰线（doublet)当TE为144ms时，Lac峰反转于基线下当选择长TE（270ms）时，Lip信号不再磁化，只能检测到LacTE144ms，Lac倒置双峰，位置1.33ppm波谱分析中的主要代谢物及其意义(脑组织）NAA—N-乙酰天门冬氨酸波峰位置：2.02，2.5和2.6PPM最高峰，灰白质浓度接近神经元和轴索生存能力与密度的标记物Cr—肌酸波峰位置：3.02和3.94脑代谢标记物，最稳定Cho—胆碱波峰位置：3.22磷脂代谢的成分，细胞膜转换的标记物，反映细胞增殖mI—肌醇波峰位置：3.56和4.06胶质细胞的标记物，位于星形细胞中；髓鞘退变的产物Lac—乳酸波峰位置：双峰线，中心在1.33PPM，第二峰在4.1PPM，水抑制时被抑制，TE为135或144ms时反转提示厌氧性糖酵解(正常脑组织不可见）Lip—脂质波峰位置：在0.8至1.3PPM之间多峰提示髓鞘坏死和/或中断(正常脑组织不可见）Ala—丙氨酸波峰位置1.48Glx-谷氨酰胺和谷氨酸波峰位置：2.1—2.55PPM谷氨酰胺—星形细胞标记物谷氨酸—神经毒素normal脑白质正常谱线临床应用脑肿瘤—鉴别肿瘤和非肿瘤性病变、原发和转移鉴别、胶质瘤分级提示、提示理想的穿刺部位、评价肿瘤侵润和进展、评价治疗反应、放疗前定位、鉴别放疗后复发和放射性脑坏死、帮助制定放疗计划颞叶癫痫-定侧、定量血管性异常—梗死脑缺氧-HIE：评估预后感染性病变--脑炎、脑脓肿脑损伤-发现常规CT阴性的病变、评价疗效、预测后果神经退行性疾病：老年性痴呆（AD）-早期诊断代谢性疾病-线粒体脑病脱髓鞘-脑白质营养不良、多发性硬化精神性疾病-抑郁症、精神分裂症药物依赖其他系统疾病引起的脑改变—肝性脑病、慢阻肺、系统性红斑狼疮、Cusing综合症等引起的脑代谢变化前列腺、肝脏、骨骼肌、心肌神经退行性疾病痴呆---阿尔茨海默病（Alzheimer’sdisease，AD)占痴呆的70%，发病率增高，早期诊断有意义发展过程：正常老年—轻度认知障碍（MCI））---AD可检测出海马尚未萎缩之前的早期表现体素——扣带回后缘TE：30ms主要表现NAA，NAA/CrCho，Cho/CrmI，mI/Cr(0.70,为早期异常，对诊断最重要）重要事项：只在选择短TE时，mI才能确定。AD的代谢异常首先出现于扣带回。最早的代谢异常是mI/Cr升高。ADmI-3.564.06AD9月21日-世界阿尔茨海默病（老年痴呆病）日活动主题-关注痴呆，刻不容缓全球每7s便新增1名老年痴呆患者，每年发病140万，预计2050年将过亿我国已超过500万AD（重要观点）任何有记忆减退、进行性认知障碍、假性痴呆、抑郁、功能亢进或精神紊乱的患者都应进行MRS检查，以助疾病的诊断CT、MRI、PET、SPECT正常，并不禁忌进行MRS检查当cMRI正常，即海马尚未萎缩时，MRS即可检测AD。AD患者中，mI/Cr的升高早于NAA/Cr的降低MRS诊断AD的敏感性为85%，特异性65%；对AD与正常老年人的鉴别诊断敏感性83%，特异性98%；和其他类型痴呆鉴别诊断敏感性82%，特异性65%额颞叶痴呆—主要是Pick氏病体素--额叶（皮层和/或白质）TE30MS主要表现：NAA，NAA/CrCho，Cho/CrmI，mI/Cr（主要异常，0.7）也能观察到Lip峰血管性痴呆体素--额叶和顶叶白质TE30MS主要表现Cho/Cr体素--纹状体可用于鉴别PD和PS(帕金森综合征-多系统萎缩、进行性核上瘫、皮质基底节退行性变等）PD—典型的MRS是正常的PS—NAA/Cr，NAA/Cho体素--颞顶叶--可用于评价认知障碍NAA，NAA/Cr--与认知障碍程度直接相关黑质退行性疾病--帕金森病（Parkinson’disease,PD)运动神经元退行性疾病-肌萎缩侧索硬化症（amyotrophiclateralsclerosis,ALS）50岁以上典型三联征-上肢无力、下肢痉挛、全身反射亢进cMRI表现：沿运动通路的T2高信号，中央前回萎缩MRS通过显示运动通路的NAA/Cr比率的降低，定量分析神经元的退变体素--中央前回，桥脑，延髓主要表现：NAA、NAA/Cr中央前回，脑桥和延髓Glx、Glx/Cr延髓重要事项：1、对ALS的检测，运动皮层的NAA/Cr比率较cMRI所显示的异常改变更为敏感。2、MRS异常表现与疾病严重程度似乎直接相关，并可用于监测治疗反应ALS代谢性疾病影响白质和灰质的代谢性疾病-线粒体脑病Leigh病（亚急性坏死性脑脊髓病）对于有肌病的儿童，除外Leigh病和线粒体异常非常重要肌张力减退、精神性运动退化、共济失调、眼睑麻痹、吞咽困难，可进展为呼吸衰竭直至死亡cMRI显示尾状核、豆状核以及导水管周围灰质、齿状核、大脑脚、丘脑以及脑室周围白质双侧对称性T2高信号Leigh病（亚急性坏死性脑脊髓病）MRS的作用确定诊断（包括cMRI正常的病例）评价预后监测疗效反应体素—豆状核主要表现Lac最典型表现Ala可出现NAA，Cr和Cho可正常或可有：NAA，NAA/CrCrCho，Cho/Cr对疑有代谢性疾病的儿童，MRS是评价基底节和顶叶白质的理想方法。MR波谱成像—线粒体脑肌病suspiciousleigh异常信号区出现乳酸峰（1.33ppm）TE=35正相双峰TE=144负相双峰TE=144TE=35代谢性疾病影响白质和灰质的代谢性疾病-线粒体脑病MELAS综合征-（伴有乳酸中毒和卒中的线粒体脑肌病），以线粒体肌病、脑病、乳酸性酸中毒、中风样发作为特征体素置于病灶内-最常累及枕叶、基底节MRS显示与梗死同样的异常急性期/亚急性早期：Lac升高线粒体脑肌病：可见乳酸峰MR波谱成像Lac——线粒体脑肌病TE=144TE=35TR=35—线粒体脑肌病mitochondrial-lacMR波谱成像谷氨酰氨、谷氨酸峰增高系统性疾病的脑部异常肝性脑病血管性异常梗死早期诊断脑梗死评价急性梗死的严重程度及其预后（NAA和Lac水平直接与缺血严重程度和细胞死亡的程度相关）评价疗效缩小鉴别诊断的范围确定缺血半暗带MRS在脑缺血数分钟即可显示Lac升高，早于ADC降低NAA下降较ADC改变晚，开始于数小时（动物实验最早1小时），预示该区组织终将坏死可恢复的缺血区Lac中度升高，NAA无变化、或仅轻度降低限度：不能定性和分期主要表现Lac-最敏感、最早期表现（12h之内）NAA（最早30-60分观察到，6h下降50%）LipCr和Cho---多变Glx可能升高急性梗死58/M突发左侧肢体无力,伴言语不清2小时急性期脑梗死乳酸峰急性期脑梗死-左侧上下肢无力3天Lac主要表现Lac-趋向正常化可见Lip峰NAA，Cr,Cho亚急性/慢性梗死主要表现LacNAA正常半暗带LipT1WIT2WIFLAIRDWIADCMRS亚急性期DWI高信号ADC等信号提示坏死亚急性晚期脑梗死伴渗血脂峰MRA-右颈内动脉及大脑中动脉闭塞T1WIT2WI脑缺氧导致缺氧性脑病的原因（hypoxicencephalopathy，HE)新生儿Apgar评分较低新生儿窒息/缺氧严重哮喘溺水充血性心衰广泛心梗先心病头外伤呼吸衰竭体素：枕叶皮质基底节分水岭主要表现：NAA，NAA/CrCr、Cho、mIlac,Lip，Glx缺氧缺血缺氧性脑病（HIE）特征性表现—出现Lac峰，Lac/Cr比率明显升高（正常为0.23）分期—轻度0.5，中度0