MRS在神经外科的应用

磁共振波谱（MRS）在神经外科中的应用MRI&MRS比较在本质上，MRS与MRI其物理原理是相同的；不同的是，数据处理和数据显示方式的差别；MRI扫描后，一定时域内获得的信号被用于产生一个影像，如矢状、横轴和冠状等；MRS扫描后，一定时域内获得的信号通过快速傅立叶转换（FourierTransform）产生一个质子成分按频率分布的波谱图，而此波谱图显示了构成该图像的各组成成分。对于具有相同原子序数的原子核，即同种元素的同位素，如氢原子核的三种同位素（氕，氘和氚），即使它们是在理想均匀的磁场中，进行精确地测量，其共振频率也不完全相同，而是在一个较窄的频率范围内。这种差异是由于原子核处于不同的化合物中，受到原子核周围的电子影响所致。MRS的物理基础带负电荷的电子具有与原子核相似的自旋特性，在原子核周围形成具有屏蔽作用的磁场，这一磁场称为电子云。电子云的作用使得外加磁场对原子核的作用减弱。MRS的物理基础处于化合物中的同一种原子核，由于所受磁屏蔽作用的程度不同，将具有不同的共振频率，这就是所谓的化学位移现象（ChemicalShiftPhenomenon），也是磁共振波谱成像的基础。MRS的成像基础化学位移（chemicalshift）用于表示化合物中各组成成分的原子核共振的波峰位置。实际应用中，此频率数值并非用其绝对值（Hz，赫兹）表示，而是用一个相对值ppm表示。化学位移的表示方法对于指定的MRI/MRS一体化扫描机器，其磁场强度是一定的。利用频率连续的RF脉冲激励选定区域的组织，处于不同化学环境的同类原子核会以不同的频率发生共振。在RF脉冲停止激励后，组织弛豫过程所产生信号的频率也是连续的。磁共振波谱图将接收线圈接收到的磁共振信号通过傅立叶转换，描绘成直角坐标中按频率分布的函数曲线，就得到磁共振波谱图。其中，纵坐标表示信号强度，横坐标表示共振频率。磁共振波谱图1HMRS测定的代谢物及其临床含义N-乙酰基天门冬氨酸（NAA）正常脑组织1HMRS中的第一大峰，位于2.02-2.05ppm；与蛋白质和脂肪合成，维持细胞内阳离子浓度以及钾、钠、钙等阳离子通过细胞和维持神经膜的兴奋性有关；仅存在于神经元内，而不会出现于胶质细胞，是神经元密度和生存的标志；含量多少反映神经元的功能状况，降低的程度反映了其受损的大小。1HMRS测定的代谢物及其临床含义肌酸（Cr）正常脑组织1HMRS中的第二大峰，位于3.03ppm附近，有时在3.94ppm处可见其附加峰（PCr）；此峰由肌酸、磷酸肌酸、-氨基丁酸、赖氨酸和谷胱甘肽共同组成；此代谢物是脑细胞能量依赖系统的标志；能量代谢的提示物，在低代谢状态下增加，而在高代谢状态下减低；峰值一般较稳定，常作为其它代谢物信号强度的参照物。1HMRS测定的代谢物及其临床含义胆碱（Cho）位于3.2ppm附近；由磷酸胆碱、磷酸甘油胆碱、磷脂酰胆碱组成，反映脑内的总胆碱量；细胞膜磷脂代谢的成分之一，参与细胞膜的合成和蜕变，从而反映细胞膜的更新；Cho峰是评价脑肿瘤的重要共振峰之一，肿瘤快速的细胞分裂导致细胞膜转换和细胞增殖加快，从而使Cho峰增高；Cho峰在几乎所有的原发和继发性脑肿瘤中都升高；恶性程度高的肿瘤中，Cho/Cr比值显示增高。1HMRS测定的代谢物及其临床含义乳酸（Lac）位于1.32ppm，由两个共振峰组成，称为双重线；正常情况下，细胞代谢以有氧代谢为主，检测不到Lac峰，或只检测到微量；此峰出现说明细胞内有氧呼吸被抑制，糖酵解过程加强；脑肿瘤中，Lac出现提示恶性程度较高，常见于多形胶质母细胞瘤中；Lac也可以积聚于无代谢的囊肿和坏死区内；脂质（Lip）位于1.3、0.9、1.5和6.0ppm处，分布代表甲基、亚甲基、等位基和不饱和脂肪酸的乙烯基；共振频率与Lac相似，可以遮蔽Lac峰；此峰多见于坏死脑肿瘤中，其出现提示坏死的存在；1HMRS测定的代谢物及其临床含义肌醇（mI）位于3.56ppm此代谢物被认为是激素敏感性神经受体的代谢物，可能是葡萄糖醛酸的前体；mI含量的升高与病灶内（尤其是慢性病灶内）的胶质增生有关；有研究认为，在低高级星形细胞瘤中，此峰随着肿瘤恶性程度的增加而增高；1HMRS测定的代谢物及其临床含义丙氨酸（Ala）位于1.3-1.44ppm，常被Lac和Lip峰所遮盖，其功能尚不肯定；谷氨酸（Glu）和谷氨酰胺（Gln）位于2.1-2.5ppm；Glu是一种兴奋性神经递质，在线粒体代谢中具有重要功能；Gln参与神经递质的灭活和调节活动；1HMRS测定的代谢物及其临床含义脑肿瘤胶质瘤表现为NAA峰下降、Cho峰升高，Cr峰稍有变化。Cho峰的升高与肿瘤的恶性相关；Cr峰随肿瘤恶性程度的升高有降低趋势；Lip峰出现于大多数高级别的肿瘤中，特别是肿瘤坏死区或邻近坏死区；Lac峰多见于多形胶质母细胞瘤中，低级星形细胞瘤中出现此峰则预示肿瘤进一步恶变的可能；颅内常见临床疾病的1HMRS表现颅内常见临床疾病的1HMRS表现1H-MRS能够鉴别颅内肿瘤与脑梗死,原发肿瘤和转移瘤,并能对肿瘤的恶性程度进行评估,特别是能鉴别恶性肿瘤放疗后所产生的新病灶为肿瘤复发还是放射性脑病等。1.肿瘤区别于其他非肿瘤疾病如梗死或脓肿的重要特点是:肿瘤1H-MRS表现为Cr、NAA峰值降低,Cho峰值增高;而梗死或脓肿则三者均降低,并且发现随胶质瘤恶性程度的增加,Cho峰值也逐渐升高,且脂质峰值逐渐升高。颅内常见临床疾病的1HMRS表现Moller2Hartmann等对176例颅内占位患者进行了分析,进一步证实了上述特点,而且发现在髓母细胞瘤中,Cho峰值最高,Cr显著降低,几乎消失。而转移瘤的脂质峰值最高,以此与原发瘤鉴别。颅内常见临床疾病的1HMRS表现2、评估肿瘤进展：Cho和Lac是最重要评估因素，Cho大于140%提示肿瘤高度进展的可能，同时出现脂质波提示预后不好。也可以用连续波谱复查评估胶质瘤的进展情况，在连续复查时，Cho波增加45％说明肿瘤进展，肿瘤不进展时，Cho降低、不变或增加小于35％。颅内常见临床疾病的1HMRS表现3、评估肿瘤范围：颅内肿瘤的范围常常超出磁共振强化的范围，用强化评估肿瘤范围显然不准确。应该用波谱和灌注反映肿瘤范围。4、提示穿刺部位：Cho增高最明显的部位肿瘤最活跃，是穿刺的最佳部位。颅内常见临床疾病的1HMRS表现5、脑外肿瘤,如脑膜瘤或者神经鞘瘤则表现为NAA明显减低甚至消失,因为脑组织外不存在神经元细胞。6；肿瘤复发区别于放疗后脑病的特征是Cho峰值的升高,后者因为损伤导致的变性坏死导致Cho峰值降低,NAA降低甚至缺如。颅内常见临床疾病的1HMRS表现Tedeschi等对胶质瘤的患者进行了为期3.5年的随访研究,发现Cho信号强度与病情的进展情况呈正相关,病情稳定者Cho变化不明显,说明Cho峰值高低与病情相关。颅内常见临床疾病的1HMRS表现7、可能提示肿瘤组织类型淋巴瘤与胶质母细胞瘤鉴别困难时，肿瘤实质部分出现明显的脂质波，提示淋巴瘤的可能鞍内和鞍上病变内脂质波增高提示颅咽管瘤原始神经外胚层肿瘤（PNET）Cho/Cr和Cho/NAA明显增高，高于星形细胞瘤和室管膜瘤，在儿童后颅凹肿瘤的鉴别诊断中很有用。Cho和Cr波增高提示肥大型星形细胞瘤。脑梗死1H波谱可见NAA下降，Lac增加，Cho和Cr下降；颅内常见临床疾病的1HMRS表现感染性病变NAA、Cho、Cr明显下降；Lac、Lip增加，有时见aa增加；颅内常见临床疾病的1HMRS表现颅内常见临床疾病的1HMRS表现癫痫ＮＡＡ浓度与额叶、颞叶癫痫发作频率呈负相关；随着发作频率的增加,ＮＡＡ呈逐渐下降的趋势,研究表明癫痫发作越频繁神经元丧失或功能缺失越严重。肌酸(Ｃｒ)和胆碱(Ｃｈｏ)峰值升高；ＮＡＡ与(Ｃｒ+Ｃｈｏ)的比值降低提示海马硬化；颅内常见病变的代谢物特征疾病NAACrChoLacLipaa肿瘤---脓肿梗死---MS---癫痫--磁共振波谱分析在癫痫患者中的临床应用MRI能通过体积定量的方法发现海马硬化，以及颞叶内侧信号的改变。但是轻度海马硬化在形态学上不容易发现异常，而且在病变早期，易受损的齿状回及CA4区最早发生病变，这种改变通过海马体积的测量是不能发现的。有人认为神经元丢失达50%，即海马硬化超过中度时，在MRI上才有可能表现出形态学异常。而且海马神经元缺失后胶质细胞增生、充填，海马体积变化不明显，MRI体积定量测量是不能发现海马萎缩的。对于MRS而言，只要存在神经元缺失的病理改变，导致了代谢产物异常，MRS就能很敏感地探测到海马硬化的发生。因此同MRI及其它检查方法相比，MRS具有更高的敏感性，而且与手术病理有良好地符合，是探测局部神经元病变的最好工具。磁共振波谱分析在癫痫患者中的临床应用1、在颞叶癫痫患者中，NAA/Cr值病灶侧低于健侧和正常人，Cho/Cr值病灶侧高于健侧和正常人。由于颞叶内侧受颞骨岩部及周围脑脊液的影响，质子密度不均匀，得到的谱线分离性差，Cr和Cho峰有重叠。有人认为将NAA/（Cr+Cho）作为参数来研究，可以消除Cho与Cr峰部分融合导致的峰下面积测量不准确的影响。磁共振波谱分析在癫痫患者中的临床应用研究认为正常人NAA/（Cr+Cho）值的95%参考值范围是0.74±2×0.07（M±2SD），最低值是0.6，双侧NAA/（Cr+Cho）相差不超过0.07。而在颞叶癫痫患者，病灶侧及健侧NAA/（Cr+Cho）的值均低于正常人。当颞叶脑组织NAA/（Cr+Cho）低于0.6时，可以判断脑组织代谢功能异常。当双侧颞叶脑组织NAA/（Cr+Cho）差值大于0.07时，较低的一侧为病灶侧。磁共振波谱分析在癫痫患者中的临床应用2、MRS对颞叶外特别是起源额叶癫痫具有重要价值，研究表明与正常对照组相比较，很多癫痫病人的一侧或双侧额叶出现NAA/Cr或NAA/Cho比值的降低，癫痫灶往往定位与大脑半球NAA降低最明显的地方，而其中有很多是MRI没有发现异常的。并且MRS发现代谢产物异常的范围要比脑电图的定位更广泛。磁共振波谱分析在癫痫患者中的临床应用3、MRS不但敏感性较高，而且对双侧病变的检出率优于MRI。双侧NAA/Cr的不对称程度和EEG的不对称程度是一致的，在NAA/Cr下降多的一侧，EEG的异常越重。意味着组织损伤的波谱异常的地方往往是EEG上首先异常放电的地方。NAA/Cr下降幅度和神经元的丢失成正比。但波谱改变的病灶不一定在MRI上能发现形态学异常，因为这时可能处于病变早期。随着病变的发展MRI上出现形态学改变，MRS的异常越加明显。磁共振波谱分析在癫痫患者中的临床应用4MRS癫痫的发作，病程，严重程度的评估难治性癫痫患者术前NAA的下降和术后的病理学上海马的硬化程度有关，可以认为MRS测得的代谢物的数量能用来评估难治性癫痫患者神经元丢失及功能下降的严重程度。对监视病情变化和评估海马的组织病理学改变有一定的作用。另外，MRS测得的代谢物的数量和癫痫的发作频率有密切关系。如随着NAA的下降，EEG上癫痫的发作频率增加。磁共振波谱分析在癫痫患者中的临床应用5MRS对难治性癫痫术后效果的评估大量的研究表明：结合EEG和MRS可以对难治性癫痫术后效果进行评估。如果EEG确定的癫痫灶和MRS确定的异常部位在相符合，术后的疗效较好，如果MRS确定的异常部位面积较大，两侧都有异常或与EEG确定的癫痫灶差别较大则预后较差。小结MRS作为一种无创性研究活体器官组织代谢、生化变化及化合物定量分析的方法，目前在肌肉、脑部及肝脏应用研究较多。初步的研究表明MRS在多种疾病的诊断、鉴别及预后评估上有着重要的作用，随着MRI/MRS装置不断改进、软件开发及临床研究的不断深入,人们通过MRS对各种疾病的生化代谢的认识将不断提高,MRS必能为临床的诊断和治